KR100777136B1 - Boil off gas reliquefaction apparatus using line mixer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LNG의 저장탱크로부터 발생하는 BOG의 재액화 장치에 있어서, BOG 압축기로 공급되는 BOG를 라인믹서에서 LNG와 혼합하여 LNG의 증발시 발생되는 증발 잠열에 의하여 BOG를 냉각하고, 상기 BOG와 LNG를 혼합하기 위하여 저장탱크와 BOG 압축부 사이에 라인믹서와 미스트 제거 드럼을 설치함으로써, 냉각시간을 단축시켜 BOG의 온도제어가 용이하고 구조가 간단한 라인믹서를 이용한 BOG 재액화 장치를 제공한다. The present invention relates to a reliquefaction apparatus for BOG generated from a storage tank of LNG, in which a BOG supplied to a BOG compressor is mixed with LNG in a line mixer to cool the BOG by latent heat of evaporation generated when the LNG evaporates, and the BOG and In order to mix LNG, a line mixer and a mist elimination drum are installed between the storage tank and the BOG compression unit to shorten the cooling time, thereby providing a BOG reliquefaction apparatus using a line mixer that is easy to control the temperature of the BOG and has a simple structure.
BOG, 재액화, 라인믹서, 예냉 BOG, Reliquefaction, Line Mixer, Precooling
Description
도 1a는 종래의 BOG의 온도 제어를 위한 재액화 장치의 시스템 개략도,1A is a system schematic diagram of a reliquefaction apparatus for temperature control of a conventional BOG;
도 1b는 도 1a에 도시된 열교환기의 개략 단면도,1B is a schematic cross-sectional view of the heat exchanger shown in FIG. 1A,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도,2 is a system schematic diagram of a BOG reliquefaction apparatus according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 도 2에 도시된 라인믹서의 개략 단면도,3 is a schematic cross-sectional view of the line mixer shown in FIG.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도,4 is a system schematic diagram of a BOG reliquefaction apparatus according to a second embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도,5 is a system schematic diagram of a BOG reliquefaction apparatus according to a third embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도를 각각 나타낸다.6 shows a system schematic diagram of a BOG reliquefaction apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1: BOG 압축부 2,2a,2b,2c: 콜드박스유닛1:
3: 유량조절수단 4: 작동유체 압축부3: flow control means 4: working fluid compression
10: 저장탱크 11: 제1BOG 압축기10: storage tank 11: the first BOG compressor
12: 제2BOG 압축기 13: 안전밸브12: second BOG compressor 13: safety valve
14: 재순환밸브 15: 기액분리기14: recirculation valve 15: gas-liquid separator
16: 라인믹서 17: 미스트 제거 드럼16: Line Mixer 17: Mist Elimination Drum
20: 응축기20: condenser
21,21a: 제1열교환기 22: 제2열교환기21, 21a: first heat exchanger 22: second heat exchanger
23: 제3열교환기 24,26: 팽창터빈23:
25: 팽창밸브 30: 버퍼탱크25: expansion valve 30: buffer tank
31: 제1밸브 32: 제2밸브31: first valve 32: second valve
41: 제1작동유체 압축기 42: 제2작동유체 압축기41: first working fluid compressor 42: second working fluid compressor
43: 제3작동유체 압축기 44: 제1냉각기43: third working fluid compressor 44: first cooler
45: 제2냉각기 46: 제3냉각기45: second cooler 46: third cooler
본 발명은 BOG 재액화 장치에 관한 것으로, 특히 극저온의 액화 천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)를 운송하는 운반선의 저장탱크에서 액화 천연가스가 증발되어 발생된 증발가스(BOG, Boil Off Gas, 이하 "BOG"라 칭함)를 재액화함에 있어서, BOG의 응축단계 이전에 BOG와 LNG를 혼합하여 BOG를 예냉시켜 주기 위한, 라인믹서를 이용한 BOG 재액화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a BOG reliquefaction apparatus, and in particular, boil off gas (BOG) generated by evaporation of liquefied natural gas in a storage tank of a carrier transporting cryogenic liquefied natural gas (LNG). In the reliquefaction of the " BOG ", a BOG reliquefaction apparatus using a line mixer for pre-cooling the BOG by mixing the BOG and LNG before the condensation step of the BOG.
일반적으로 육상에 설치되는 액화 천연가스(LNG)의 저장탱크뿐만 아니라, LNG를 수송하는 운반선의 저장탱크에 있어서도, 모스형이나 멤브레인형과 같은 저 장탱크의 형상에 관계없이 통상적으로 하루 동안 대략 0.1% 내지 3%에 달하는 량의 LNG가 저장탱크를 싸고 있는 절연체를 통한 외부열의 유입 결과로 증발되며, 이러한 LNG BOG의 량이 많아질 경우 저장탱크 내부의 압력이 증가 되어 저장탱크의 폭발과 같은 위험한 상황을 초래하게 된다.In general, not only storage tanks of liquefied natural gas (LNG) installed on land, but also storage tanks of carrier ships transporting LNG, regardless of the shape of the storage tank such as moss type or membrane type, it is generally about 0.1 for a day. As much as 3% to 3% of LNG is evaporated as a result of the inflow of external heat through the insulator that encloses the storage tank. If the amount of LNG BOG increases, the pressure inside the storage tank increases, which is a dangerous situation such as an explosion of the storage tank. Will result.
상기와 같이 LNG 저장탱크의 내부에서 발생하는 LNG 증발가스의 경우 전형적으로 운반선의 보일러나 발전기에 동력을 공급하기 위한 보조 연료원으로 사용되어 왔으나, 최근에 들어 LNG 운반선의 설계는 스팀구동에 따른 터빈 엔진보다는 오히려 디젤 엔진을 적용하고 있는 추세이므로, LNG 저장탱크의 내부에서 발생하는 증발가스(BOG)를 보조 연료원으로 사용할 필요성이 급격히 감소하고 있다.As described above, LNG boil-off gas generated inside the LNG storage tank has been typically used as an auxiliary fuel source for powering a boiler or generator of a carrier, but in recent years, the design of an LNG carrier has a turbine according to steam driving. Since diesel engines are used rather than engines, the necessity of using BOG as an auxiliary fuel source generated inside LNG storage tanks is rapidly decreasing.
따라서, 최근에는 이러한 LNG BOG를 회수하여 LNG로 재액화시킨 후 이를 다시 LNG 저장탱크로 보내는 BOG 재액화 장치가 도입되고 있으며, 일예로는 한국 특허공개 제2001-89142호에 기재된 것과 같은 BOG 재액화 장치를 들 수 있다.Therefore, recently, a BOG reliquefaction apparatus has been introduced to recover such LNG BOG, reliquefy it to LNG, and send it back to the LNG storage tank. As an example, BOG reliquefaction as described in Korean Patent Laid-Open No. 2001-89142 has been introduced. A device is mentioned.
상기한 BOG 재액화 장치는 작동유체를 하나 이상의 압축기에서 압축시키고, 압축된 작동유체를 제1열교환기에서 간접적인 열교환에 의해 냉각시키고, 냉각된 작동유체를 하나 이상의 팽창터빈에서 극저온 팽창시키고, 팽창된 극저온의 작동유체를 제2열교환기에서 압축된 증기(BOG)와의 간접적인 열교환에 의해 가온시키고, 가온된 팽창 작동유체를 제1열교환기를 통해 상기 압축기로 복귀시키도록 형성된 극저온 냉동사이클과, 저장탱크에서 발생된 BOG를 압축기에서 압축시키고, 압축된 BOG를 제2열교환기에서 팽창된 작동유체와의 열교환을 통해 적어도 부분적으로 응축시켜 이를 저장탱크로 환수시키도록 형성된 BOG 사이클로 구성되어 있다.The BOG reliquefaction apparatus compresses the working fluid in one or more compressors, cools the compressed working fluid by indirect heat exchange in a first heat exchanger, cryogenically expands the cooled working fluid in one or more expansion turbines, and expands. A cryogenic refrigeration cycle configured to warm the cryogenic working fluid by indirect heat exchange with compressed steam (BOG) in a second heat exchanger, and return the heated expansion working fluid to the compressor through a first heat exchanger; It consists of a BOG cycle configured to compress the BOG generated in the tank in a compressor and to condense the compressed BOG at least partially through heat exchange with the expanded working fluid in the second heat exchanger and return it to the storage tank.
상기한 BOG 재액화 장치는 저장탱크에서 증발된 BOG가 냉각되지 않고 압축기로 유입되어 압축되므로 비체적이 증가된 상태로 압축되어 전력이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한 상기 BOG는 압축기에서 압축되면서 온도가 증가되어 응축기로 유입되기 때문에 가온된 BOG를 응축시켜 주기 위해서는 극저온 냉동사이클의 부하가 증가 되어야 하므로 결과적으로 전체 시스템의 운전비용이 증가 되는 문제점이 있다.The BOG reliquefaction apparatus has a problem in that the BOG evaporated from the storage tank is compressed into the compressor without being cooled and is compressed in an increased state of the specific volume, which consumes a lot of power. In addition, since the BOG is compressed in the compressor and the temperature is increased to flow into the condenser, the load of the cryogenic refrigeration cycle must be increased in order to condense the heated BOG, resulting in an increase in the operating cost of the entire system.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 BOG 재액화 장치는 국제특허 공개공보 제WO2005/047761호에 게재되어 있으며, 도 1a에는 BOG의 온도 제어를 위한 재액화 장치의 시스템 개략도가, 도 1b에는 BOG의 냉각을 위하여 BOG 공급 배관에 설치된 열교환기의 개략 단면도가 각각 도시되어 있다.The BOG reliquefaction apparatus, which was devised to solve this problem, is disclosed in WO2005 / 047761. FIG. 1A is a system schematic diagram of a reliquefaction apparatus for temperature control of BOG, and FIG. 1B is a cooling of BOG. For the sake of illustration, schematic cross-sectional views of heat exchangers installed in the BOG feed pipe are shown.
도 1a에 도시된 BOG의 온도 제어를 위한 재액화 장치는 저장탱크에서 발생된 BOG가 압축기(110)에서 압축되고, 압축된 BOG는 콜드박스(cold box)(130)에서 극저온의 작동유체와의 열교환을 통하여 적어도 부분적으로 응축되어 상기 저장탱크로 환수되는 재액화 장치에 있어서, BOG의 압축단계 이전에 BOG를 LNG와의 간접 열교환방식으로 냉각하여 BOG의 온도를 제어하는 장치이다. 상기 압축기(110)로 공급되는 BOG를 냉각하기 위하여 상기 압축기(110) 입구측 BOG 공급라인에는 도 1b에 도시된 열교환기(120)가 연결되고, 상기 열교환기(120)는 드럼 형태의 세퍼레이션 챔버(separation chamber)(129)와 상기 세퍼레이션 챔버(129)의 내부 공간에 설치되는 핀튜브열교환기 형태의 파이프 쿨러(pipe cooler)(124)로 구성되어 있다. 상기 파이프 쿨러(124)의 입구에는 응축된 BOG 즉, LNG가 상기 열교환기(120)와 저장 탱크로 환수될 수 있도록 연결되는 배관인 제1도관(122)이 연결되고, 상기 파이프 쿨러(124)의 출구에는 상기 열교환기(120)를 통과하면서 완전히 증발된 LNG가 BOG 공급라인으로 혼합될 수 있도록 연결되는 배관인 제2도관(126)이 연결된다.In the reliquefaction apparatus for temperature control of the BOG shown in Figure 1a is a BOG generated in the storage tank is compressed in the
상기 압축기(110) 및 콜드박스(130)로 공급되는 BOG의 온도를 설정 온도 범위로 유지하기 위해서는 상기 열교환기(120)의 출구 온도와 상기 압축기(110)의 출구 온도를 측정하고, 상기 제1도관(122)에 설치된 제어밸브(125)가 온도 제어유닛(160)에 의하여 개도가 조절된다. 따라서, 상기 제1도관(122)을 통하여 상기 열교환기(120)로 유입되는 유량이 제어된다.In order to maintain the temperature of the BOG supplied to the
그러나, 상기한 종래의 BOG의 온도 제어를 위한 재액화 장치는 압축기(110) 및 콜드박스(130)로 공급되는 BOG를 냉각시켜 주기 위하여 BOG 공급라인에 열교환기(120)가 연결되어 있지만, 상기 열교환기(120)는 챔버(129) 내부에 파이프 쿨러(124)가 설치된 복잡한 구조로 되어 있어서 제작이 용이하지 않고, BOG와 LNG가 파이프 쿨러(124)를 통하여 간접 열교환되어 BOG가 냉각되므로 설정 온도까지 냉각하는데 시간이 길게 소요되어 온도제어가 용이하지 않다.However, the conventional reliquefaction apparatus for controlling the temperature of the BOG, although the
또한, 상기 BOG의 냉각시 응축된 BOG가 압축기로 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 챔버(129)의 상부에는 메시 스크린(mesh screen)(128)이 설치되어 있지만, 상기 메시 스크린만(128)으로는 미스트(mist)를 제거하는 것이 용이하지 않기 때문에 미스트 상태의 BOG가 유입될 경우 압축기(110)가 손상될 수도 있다.In addition, although the
아울러, 상기 열교환기(120)의 파이프 쿨러(124)에 소량의 LNG가 유입될 경우에는 상기 파이프 쿨러(124)의 하부에서만 열교환이 이루어지기 때문에 BOG의 냉각이 원활하게 이루어지지 않아서 BOG의 온도 제어가 용이하지 않은 문제점이 있다.In addition, when a small amount of LNG flows into the
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유지보수가 필요 없고 제작이 용이하면서 구조가 간단하고, 저장탱크로부터의 BOG의 온도를 신속하게 제어할 수 있는 BOG 재액화 장치를 제공하는 것이다. Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the object of the present invention is maintenance-free, easy to manufacture, simple structure, can quickly control the temperature of the BOG from the storage tank It is to provide a BOG reliquefaction device.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 깊이 있는 연구를 수행한 결과, 본 발명자들은 압축기로 공급되는 BOG를 라인믹서에서 LNG와 혼합하여 LNG의 증발시 발생되는 증발 잠열에 의하여 BOG를 냉각하고 상기 BOG와 LNG를 혼합하기 위하여 저장탱크와 BOG 압축부 사이에 라인믹서와 미스트 제거 드럼을 설치함으로써, 냉각시간을 단축시켜 온도제어가 용이하며 미스트의 제거가 우수하고 구조가 간단한 BOG 재액화 장치를 개발하였다. As a result of in-depth research to achieve the object of the present invention, the present inventors mix BOG supplied to a compressor with LNG in a line mixer to cool the BOG by latent heat of evaporation generated during evaporation of LNG, and the BOG. Line Mixer and mist elimination drum are installed between storage tank and BOG compression section to mix LNG with LNG. BOG reliquefaction apparatus has been developed to shorten the cooling time and to easily control temperature, remove mist and have simple structure. .
즉, 본 발명의 한 실시예에 따르면, LNG가 저장된 저장탱크 내부에서 증발된 천연가스(BOG)를 가압공급하는 BOG 압축부; 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 극저온 냉동사이클에서 작동유체를 가압공급하기 위하여 가압 및 냉각과정이 반복되도록 복수의 작동유체 압축기와 냉각기가 연결된 작동유체 압축부; 및 상기 작동유체 압축부의 작동유체를 극저온 팽창시킨 후 응축기에서 상기 BOG와 열교환하여 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 콜드박스유닛을 포함하여 구성되고, 상기 콜드박스유닛에 의하여 액화된 BOG가 상기 저장탱크로 환수되는 BOG 재액화 장치로서, 상기 BOG 압축부와 상기 저장탱크 사이에는 상기 저장탱크에서 증발된 BOG와 외부로부터 공급되는 LNG가 혼합되는 라인믹서와, 상기 라인믹서에서 혼합된 BOG에 존재하는 미스트를 제거하는 미스트 제거 드럼이 설치되고, 상기 라인믹서에서는 LNG의 증발 잠열에 의하여 상기 BOG가 냉각되는 것을 특징으로 하는 라인믹서를 이용한 BOG 재액화 장치가 제공된다.That is, according to one embodiment of the present invention, the BOG compression unit for pressurizing and supplying the natural gas (BOG) evaporated in the storage tank LNG is stored; A working fluid compressor connected to a plurality of working fluid compressors and a cooler such that the pressurizing and cooling processes are repeated to pressurize and supply the working fluid in the cryogenic refrigeration cycle for liquefying the BOG; And a cold box unit for liquefying the BOG by heat-exchanging with the BOG in a condenser after cryogenic expansion of the working fluid compression unit, and the BOG liquefied by the cold box unit to the storage tank. A BOG reliquefaction apparatus that is returned, a line mixer in which BOG evaporated in the storage tank and LNG supplied from outside is mixed between the BOG compression unit and the storage tank, and mist present in the BOG mixed in the line mixer. A mist removal drum for removing is provided, and the line mixer is provided with a BOG reliquefaction apparatus using a line mixer, wherein the BOG is cooled by latent heat of evaporation of LNG.
상기 미스트 제거 드럼은 상기 드럼에서 포집된 LNG가 저장탱크로 회수되도록 상기 드럼의 하단부에 드레인배관이 형성되는 것이 바람직하다.The mist elimination drum is preferably a drain pipe is formed at the lower end of the drum to recover the LNG collected from the drum to the storage tank.
또한, 상기 외부로부터 공급되는 LNG는 상기 저장탱크 또는 상기 액화된 BOG로부터 공급되는 것이 바람직하다. In addition, the LNG supplied from the outside is preferably supplied from the storage tank or the liquefied BOG.
또한, 상기 콜드박스유닛의 출구에는 기액분리기가 설치되어 액화된 BOG가 펌프에 의하여 상기 저장탱크로 환수되고, 기체 상태의 BOG가 라인믹서로 재투입되거나 배출되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a gas-liquid separator is installed at the outlet of the cold box unit so that the liquefied BOG is returned to the storage tank by a pump, and the gaseous BOG is re-injected or discharged into the line mixer.
또한, 상기 콜드박스유닛의 출구에는 기액분리기가 설치되어 액화된 BOG가 펌프에 의하여 상기 저장탱크로 환수되거나 재순환 밸브를 통하여 라인믹서로 재투입되고, 기체 상태의 BOG가 라인믹서로 재투입되거나 배출되는 것이 바람직하다.In addition, a gas-liquid separator is installed at the outlet of the cold box unit so that the liquefied BOG is returned to the storage tank by a pump or re-introduced to the line mixer through a recirculation valve, and the gaseous BOG is re-introduced or discharged into the line mixer. It is desirable to be.
또한, 상기 콜드박스유닛은, 상기 유량조절수단의 출구에 연결되어 상기 유량조절수단으로부터 유입되는 작동유체를 상기 응축기를 통과한 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제1열교환기; 상기 제1열교환기의 출구에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창터빈; 및 상기 팽창터빈의 출구에 연결되어 상기 팽창터빈을 통과한 극저온의 작동유체와 상기 BOG 압축부로부터 유입되는 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축기를 포함하는 것이 바람직하다. 이외에도 하기 구체적인 실시예에서 설명하는 콜드박스유닛에 대한 다른 실시예를 적용하는 것도 가능하다.The cold box unit may further include: a first heat exchanger connected to an outlet of the flow regulating means for precooling the working fluid introduced from the flow regulating means to the low temperature part working fluid passing through the condenser; An expansion turbine connected to the outlet of the first heat exchanger to cryogenically expand the working fluid; And a condenser connected to an outlet of the expansion turbine to allow the cryogenic working fluid passing through the expansion turbine and the BOG flowing from the BOG compression unit to liquefy the BOG. In addition, other embodiments of the cold box unit described in the following specific embodiments may be applied.
또한, 상기 콜드박스유닛의 작동유체 입출구 배관에는 바이패스배관을 형성하고, 상기 바이패스배관을 통하여 일부의 작동유체를 상기 작동유체 압축부로 재순환시켜 상기 콜드박스유닛으로 공급되는 작동유체의 유량을 조절하기 위한 유량조절수단을 포함하여 구성되고, 상기 유량조절수단의 바이패스배관에는 BOG의 부하변동에 따라 작동유체의 공급량을 조절하기 위한 작동유체의 버퍼탱크가 구비되는 것이 바람직하다.In addition, a bypass pipe is formed in the working fluid inlet / outlet pipe of the cold box unit, and a part of the working fluid is recycled to the working fluid compression unit through the bypass pipe to control the flow rate of the working fluid supplied to the cold box unit. It is preferably configured to include a flow control means for, the bypass pipe of the flow control means is preferably provided with a buffer tank of the working fluid for adjusting the supply amount of the working fluid in accordance with the load fluctuation of the BOG.
이하, 본 발명에 의한 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이하에서 기재하는 온도, 압력은 하나의 예를 도시하는 것으로 본 발명이 이들의 수치로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a specific embodiment according to the present invention will be described in detail as follows. The temperature and pressure described below show one example, and the present invention is not limited to these numerical values.
도 2에 도시된 바와 같이, LNG가 저장된 저장탱크(10) 내부에서 증발된 천연가스(BOG)를 가압공급하는 BOG 압축부(1); 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 극저온 냉동사이클에서 작동유체를 가압공급하기 위하여 가압 및 냉각과정이 반복되도록 복수의 작동유체 압축기와 냉각기가 연결된 작동유체 압축부(4); 및 상기 작동유체 압축부(4)의 작동유체를 극저온 팽창시킨 후 응축기(20)에서 상기 BOG와 열교환하여 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 콜드박스유닛(2)을 포함하여 구성되는 BOG 재액화 장치에서, 상기 BOG 압축부(1)와 상기 저장탱크(10) 사이의 BOG 라인상에 라인믹서(16)와 미스트 제거 드럼(17)이 연속하여 설치된다.As shown in FIG. 2, the
본 발명에 따른 상기 라인믹서(16)는 도 3에 도시되어 있다. 본 발명에서 사용되는 라인믹서(16)는 관내에 여러 개의 엘리먼트가 좌우방향의 연속으로 고정되어 층류의 유체를 난류유체로 변환시켜 주면서 통과 중에 연속적인 교반(MIXING)을 일으켜 효과적으로 2가지 이상 유체, 기체, 액체를 혼합시켜주는 장치로 유체흐름을 분할시키고 흐름의 방향을 뒤바꾸어주고 전환시키면서 분할, 방향전환, 뒤섞임의 3가지 역할을 배관 내 이송 중에 연속적으로 시켜주어 세밀한 혼합까지 할 수 있다.The
본 발명에서 라인믹서(16)는 저장탱크(10)로부터의 BOG가 유입되는 입구(201)와 외부로부터의 LNG가 유입되는 입구(202)는 가까울수록 두 유체가 혼합되는 경로 길이(path length)가 길어지기 때문에 바람직하다. BOG 입구(201)로 유입된 BOG는 LNG 입구(202)로 유입된 LNG와 혼합된다. 외부로부터 유입된 LNG는 라인믹서(16)의 내부 경로상의 표면(160a)에 도포되고, 이 도포된 LNG는 라인믹서(16)의 경로면을 따라 흐르면서 다소 고온의 BOG에 의하여 증발한다. 이때 LNG의 증발잠열에 의하여 BOG의 온도가 하강하게 된다. 기화된 LNG와 BOG의 혼합가스는 넉아웃 드럼(Knock-out drum)과 같은 미스트 제거 드럼(17)을 거쳐 BOG 압축부(1)로 공 급된다.In the present invention, the
상기 미스트 제거 드럼(17)에서는 액적이나 미스트가 중력에 의하여 드럼의 하부에 모이고 상부의 출구에는 혼합 냉각된 BOG만 BOG 압축부(1)로 공급되는 방식인데, 드럼의 상부에 액적이나 미스트 제거하는 스크린을 추가로 설치하는 것이 바람직하다.In the
상기 라인믹서(16)에서 혼합된 LNG와 BOG는 미스트 제거 드럼(17)에서 미스트나 액적이 제거된 후, 상기 BOG 압축부(1)로 이동하게 된다.The LNG and BOG mixed in the
또한, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 콜드박스유닛(2,2a,2b,2c)의 출구에는 기액분리기(15)가 설치되어 액화된 BOG가 펌프(P)에 의하여 상기 저장탱크(10)로 환수되고, 기체 상태의 BOG가 라인믹서(16)로 재투입되거나 배출될 수 있다. 또한, 상기 콜드박스유닛(2,2a,2b,2c)의 출구에는 기액분리기(15)가 설치되어 액화된(응축된) BOG가 펌프에 의하여 상기 저장탱크로 환수되거나 상기 재순환 밸브(14)를 통하여 라인믹서(16)로 재투입되고, 기체 상태의 BOG가 라인믹서(16)로 재투입되거나 배출될 수도 있다.In addition, as shown in Figures 4 to 6, at the outlet of the cold box units (2, 2a, 2b, 2c) is a gas-
이하에서는 본 발명의 전체 시스템을 구체적인 실시예 별로 구분하여 설명한다.Hereinafter, the entire system of the present invention will be described by dividing each specific embodiment.
(제1실시예)(First embodiment)
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도이다.2 is a system schematic diagram of a BOG reliquefaction apparatus according to a first embodiment of the present invention.
본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 본 발명의 출원인에 의하여 기출원된 특허출원 제2005-65501호에 기재된 구성에 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG를 라인믹서(16)에서 LNG와 혼합하여 BOG를 냉각하도록 구성된 장치이다.In the BOG reliquefaction apparatus according to the first embodiment of the present invention, the
본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 저장탱크(10)에서 발생된 기체 상태의 천연가스(증발된 천연가스, BOG)를 극저온 냉동사이클과의 열교환에 의해 액화시킨 후 다시 상기 저장탱크(10)로 환수시켜 저장하기 위한 장치이다.In the BOG reliquefaction apparatus according to the first embodiment of the present invention, the gaseous natural gas (evaporated natural gas, BOG) generated in the
본 발명의 제1 내지 제4실시예에 의한 BOG 재액화 장치에 있어서, 상기 극저온 냉동사이클은 밀폐시스템(closed system)으로 이루어져 있으며, 밀폐시스템 내부를 순환하는 작동유체(냉매)에는 BOG의 액화점(-162℃) 이하로 냉각될 수 있는 물질로 질소, 헬륨, 아르곤 등이 사용 가능 하지만, 본 발명에서는 작동유체로서 질소를 사용한 운전에 대하여 설명하기로 한다.In the BOG reliquefaction apparatus according to the first to fourth embodiments of the present invention, the cryogenic refrigeration cycle consists of a closed system, the working fluid (refrigerant) circulating inside the closed system of the BOG liquefaction point Nitrogen, helium, argon, and the like may be used as materials that can be cooled below (−162 ° C.), but the operation using nitrogen as a working fluid will be described in the present invention.
도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 LNG가 저장된 저장탱크(10) 내부에서 발생된 BOG를 가압하는 BOG 압축부(1); 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 극저온 냉동사이클에서 작동유체를 가압냉각하기 위하여 가압 및 냉각과정이 반복되도록 복수의 작동유체 압축기(41,42,43)와 냉각기(44,45,46)가 연결된 작동유체 압축부(4); 상기 작동유체 압축부(4)의 작동유체를 극저온 팽창시킨 후 응축기(20)에서 상기 BOG와 열교환하여 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 콜드박 스유닛(2); 및 상기 콜드박스유닛(2)의 작동유체 입출구 배관에 바이패스배관을 형성하고, 상기 바이패스배관을 통하여 일부의 작동유체를 상기 작동유체 압축부(4)로 재순환시켜 상기 콜드박스유닛(2)으로 공급되는 작동유체의 유량을 조절하기 위한 유량조절수단(3)을 포함하여 구성되고, 상기 콜드박스유닛(2)에 의하여 액화된 BOG가 상기 저장탱크(10)로 환수되도록 구성되어 있다. 상기 BOG 압축부(1)와 상기 저장탱크(10) 사이의 BOG 라인상에 라인믹서(16) 및 미스트 제거 드럼(17)이 설치된다.BOG reliquefaction apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in Figure 2 includes a BOG compression unit (1) for pressurizing the BOG generated in the
여기서, 상기 유량조절수단(3)의 바이패스배관에는 BOG의 부하변동에 따라 작동유체의 공급량을 조절하기 위한 작동유체의 버퍼탱크(30)가 설치되어 있다.Here, the
도 2를 참조하여 상기한 각 구성을 더욱 상세히 설명하면, 먼저 저장탱크(10)에 저장된 LNG 중 증발된 BOG를 재액화시켜 주기 위하여 이를 공급 및 환수하는 시스템은 저장탱크(10), BOG 압축부(1), 응축기(20) 및 펌프(P)로 구성된다.Referring to Figure 2 described in more detail with reference to the above, first, the system for supplying and reclaiming the BOG evaporated in the LNG stored in the
상기 저장탱크(10)의 상부에는 BOG가 배출될 수 있도록 배출구가 형성되어 BOG 공급배관과 연결되어 있고, 상기 BOG 공급배관에는 저장탱크(10) 내부의 BOG가 소정의 압력(약 1.03bar) 이상으로 상승될 경우 개폐되어 상기 저장탱크(10)의 압력을 소정의 압력 이하로 낮춰 주도록 안전밸브(13)가 형성되어 있다.A discharge port is formed in the upper portion of the
상기 BOG 압축부(1)는 모터(M), 복수의 BOG 압축기(11,12) 및 이를 상호 연결시켜 주는 배관으로 구성되고, 상기 BOG 압축기(11,12)는 모터(M)에 의하여 구동되도록 연결되어 있다.The BOG compression unit (1) is composed of a motor (M), a plurality of BOG compressors (11, 12) and pipes that interconnect them, and the BOG compressors (11, 12) to be driven by the motor (M) It is connected.
상기 저장탱크(10)로부터 공급된 BOG가 상기 BOG 압축기(11,12)에 의하여 단계적으로 압축 이송될 수 있도록 제1 및 제2BOG 압축기(11,12)가 배관에 의하여 순차적으로 연결되어 있다. 여기서, 본 발명에 의한 BOG 압축부(1)는 BOG를 2단 압축하여 이송하므로 제1 및 제2BOG 압축기(11,12)가 배관에 의하여 직렬로 연결된다.The first and second BOG compressors 11 and 12 are sequentially connected by pipes so that the BOG supplied from the
상기 응축기(20)는 압축된 BOG를 극저온 팽창된 작동유체와 열교환시켜 액화시켜 주기 위한 장치로서 콜드박스유닛(2) 내부에 설치되어 있고, 상기 압축된 BOG와 극저온 팽창된 작동유체가 통과하도록 내부에 유로가 형성되어 있다. 상기 응축기(20)의 BOG 출구 배관에는 응축된 BOG를 상기 저장탱크(10)로 환수시켜 주기 위한 펌프(P)가 연결되고, 상기 펌프(P)의 출구에 형성된 환수배관은 상기 저장탱크(10)에 연결된다.The
또한, 상기 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG의 공급 온도를 조절하기 위하여 상기 콜드박스유닛(2)의 출구측 환수배관을 분기시켜 하나의 배관은 상기 저장탱크(10)에 연결하고, 다른 하나의 배관은 상기 저장탱크(10)의 출구와 상기 BOG 압축부(1)의 입구를 연결하는 공급배관에 연결하여 바이패스배관을 형성하며, 상기 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG의 온도가 높아지면 상기 바이패스배관을 통하여 응축된 BOG의 일부를 재순환시켜 BOG와 응축된 BOG를 혼합하는 방법으로 BOG를 예냉시켜 온도를 조절한다. 물론, 응축된 BOG가 아닌 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG를 사용하여 예냉시켜도 무방하다.In addition, in order to control the supply temperature of the BOG supplied to the BOG compression unit (1) by branching the outlet side return pipe of the
이때, 상기 BOG 압축부(1)와 상기 저장탱크(10) 사이의 BOG 라인 상에는 라 인믹서(16) 및 미스트 제거 드럼(17)을 설치하여 온도 조절을 용이하게 한다.At this time, the
여기서, 상기 바이패스배관에는 응축된 BOG의 재순환량을 조절하도록 재순환밸브(14)가 형성되어 있으며, 상기 재순환밸브(14)의 제어방법은 상기 밸브를 수동 개폐하거나 상기 저장탱크(10)의 출구 또는 상기 BOG 압축부(1) 입구에 온도센서(미도시됨)를 형성하여 BOG의 공급온도에 따라 상기 재순환밸브(14)의 개폐 정도를 자동 제어하는 것도 가능하다. 상기 온도센서에 의한 재순환밸브(14)의 자동 제어는 상기 BOG 압축부(1)로 공급되는 온도가 정상상태에 도달할 때까지만 제어되며 이후 상기 재순환밸브(14)는 닫히고 응축된 BOG는 상기 저장탱크(10)로 환수된다.Here, the bypass pipe is formed with a
상기 콜드박스유닛(2)은 상기 유량조절수단(3)의 출구에 연결되어(유량조절수단을 경유하지 않고 작동유체 압축부(4)로부터 바로 연결되어도 무방함) 상기 유량조절수단(3)으로부터 유입되는 작동유체를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제1열교환기(21); 상기 제1열교환기(21)의 출구에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창터빈(24); 및 상기 팽창터빈(24)의 출구에 연결되어 상기 팽창터빈(24)을 통과한 극저온의 작동유체와 상기 BOG 압축부(1)로부터 유입되는 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축기(20)를 포함하여 구성된다.The
이하, 본 발명에 의한 BOG 재액화 장치의 콜드박스유닛(2)에는 작동유체의 극저온 팽창을 위하여 팽창터빈(24)이 장치되었지만, 이에 한정되지 않고 상기 팽창터빈(24)을 팽창밸브로 대체하여 사용하는 것도 가능하다.Hereinafter, the
여기서, 상기 저온부 작동유체는 상기 콜드박스유닛(2)의 팽창터빈(24)에 의 하여 극저온 팽창되고 상기 응축기(20)에서 BOG와 열교환을 실시한 후 상기 작동유체 압축부(4)로 환수되는 작동유체로 정의하고, 고온부 작동유체는 상기 작동유체 압축부(4)로부터 상기 팽창터빈(24)까지의 작동유체로 정의한다.Here, the low temperature operating fluid is cryogenic expansion by the
상기 팽창터빈(24)의 회전축에는 발전기(G)가 연결되어 상기 팽창터빈(24)에서 발생되는 전기에너지를 상기 작동유체 압축부(4) 또는 상기 BOG 압축부(1)의 구동에너지로 이용하는 것도 가능하다.A generator (G) is connected to the rotary shaft of the expansion turbine (24) to use electrical energy generated by the expansion turbine (24) as driving energy of the working fluid compression unit (4) or the BOG compression unit (1). It is possible.
상기 콜드박스유닛(2)은 하나의 모듈로 형성되며, 이는 제한된 공간에 상기 제1열교환기(21), 팽창터빈(24) 및 응축기(20)를 밀집시킴으로써 각 구성요소 간의 배관을 짧게 형성할 수 있어서 배관을 통한 열손실을 최소화할 수 있다. 즉, 상기 팽창터빈(24)과 상기 응축기(20)를 연결하는 배관의 길이가 짧아져 상기 팽창터빈(24) 출구에서의 작동유체의 극저온 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.The
또한 상기 콜드박스유닛(2)을 모듈화함에 따라 콜드박스유닛(2) 및 BOG 재액화 장치의 소형화가 가능하고, 선박에 장착을 용이하게 할 수 있다.In addition, as the
아울러, 상기 콜드박스유닛(2)은 일반적으로 알려진 단열재로 단열하는 것이 바람직하다.In addition, the
상기 작동유체 압축부(4)는 상기 팽창터빈(24)에서 작동유체(질소)가 충분히 극저온 팽창될 수 있도록 고압(약 58bar)으로 압축시켜 이를 상기 유량조절수단(3)을 통하여 상기 콜드박스유닛(2)으로 가압 공급해 주는 수단으로서 작동유체를 다단계로 압축시켜 주기 위한 복수의 작동유체 압축기(41,42,43) 및 상기 작동유체 압축기(41,42,43)의 압축 운전에 의하여 가열된 작동유체를 냉각시켜 주기 위하여 각 작동유체 압축기(41,42,43) 사이에 설치되는 복수의 냉각기(44,45,46)로 구성되어 있다. The working
여기서, 상기 작동유체 압축기(41,42,43)의 압축 운전 중 작동유체의 압력이 급격하게 상승하거나 유량이 급격하게 증가되어 전체 시스템 즉, BOG 재액화 장치가 비정상적으로 운전될 경우 이를 우회시켜 다시 상기 작동유체 압축기(41,42,43)로 유입시켜 주기 위한 서지(surge)배관을 부가하는 것도 가능하다. Here, when the pressure of the working fluid is rapidly increased or the flow rate is rapidly increased during the compression operation of the working fluid compressor (41, 42, 43), if the whole system, that is, the BOG reliquefaction device is abnormally operated, it is bypassed again. It is also possible to add a surge pipe for introducing into the working
본 발명에 의한 BOG 재액화 장치의 작동유체 압축부(4)에는 작동유체를 3단계로 압축시켜 주기 위하여 제1 내지 제3작동유체 압축기(41,42,43)가 배관에 의하여 순차적으로 연결되어 있고, 각 작동유체 압축기(41,42,43)의 출구에는 해수(海水)와의 열교환을 위한 제1 내지 제3냉각기(44,45,46)가 각각 연결되어 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제3작동유체 압축기(41,42,43)는 하나의 회전축에 맞물려 회전되도록 정렬되어 있으며, 상기 회전축은 모터(M)에 의하여 구동되도록 연결되어 있다.The first to third working
또한 상기 제1 내지 제3냉각기(44,45,46)는 상기 제1 내지 제3작동유체 압축기(41,42,43)에 의하여 작동유체가 소정 온도 이상으로 상승될 경우에만 작동시켜 냉각시켜 주며, 상기 콜드박스유닛(2)으로부터 회수되는 작동유체의 온도가 낮아서 상기 작동유체 압축부(4)에 열응력(thermal stress)이 가해질 경우에는 상기 제1 내지 제3냉각기(44,45,46)의 작동을 조절하는 것이 바람직하다.In addition, the first to
상기 유량조절수단(3)은 BOG의 부하변동에 따라 작동유체의 공급량을 조절하기 위한 수단으로 상기 콜드박스유닛(2)의 작동유체 입출구 배관에 바이패스배관을 형성하고, 상기 바이패스배관에는 작동유체의 버퍼탱크(30)가 설치되어 있고, 상기 버퍼탱크(30)의 전후측에는 유량조절을 위한 제1 및 제2밸브(31,32)가 각각 설치되어 있다.The flow control means (3) is a means for adjusting the supply amount of the working fluid in accordance with the load fluctuation of the BOG to form a bypass pipe in the working fluid inlet and outlet pipe of the cold box unit (2), the bypass pipe is operated A
상기 BOG의 부하가 최대가 되면 상기 제1 및 제2밸브(31,32)가 모두 닫혀서 극저온 냉동사이클 내를 순환하는 100%의 작동유체가 상기 작동유체 압축부(4)와 상기 콜드박스유닛(2)으로 순환되도록 한다.When the load of the BOG is maximized, the first and
한편, 상기 BOG의 부하가 감소하면 상기 제1밸브(31)의 개도를 조절하여 열어주고, 상기 제2밸브(32)를 닫아줘서 상기 작동유체 압축부(4)로부터 토출된 작동유체의 일부가 상기 버퍼탱크(30)로 유입되도록 한다.On the other hand, when the load of the BOG decreases, the opening degree of the
또 한편, 상기 BOG의 부하가 감소되었다가 다시 증가하면 상기 제1밸브(31)를 닫아주고, 상기 제2밸브(32)를 일부 또는 전부 열어줘서 상기 버퍼탱크(30)에 저장된 작동유체의 일부가 상기 극저온 냉동사이클로 순환되도록 한다.On the other hand, when the load of the BOG decreases and then increases again, a part of the working fluid stored in the
버퍼탱크(30) 내부에는 소정 량의 질소가 충전되어 있기 때문에 상기 극저온 냉동사이클의 운전 과정에서 증감되는 작동유체(질소)를 보충하거나 조절하는 것도 가능하다.Since the
본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 운전방법은 BOG 순환과정과 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클로 구분하여 설명하기로 한다.The operating method of the BOG reliquefaction apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described by dividing the BOG circulation process and the refrigeration cycle for the working fluid (nitrogen).
먼저, BOG의 순환과정을 설명하면, 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG가 외부의 온도차에 의하여 증발되어 내부 압력이 설정 압력 이상으로 상승되면 상기 저장 탱크(10)의 출구에 형성된 안전밸브(13)가 개방되어 증발된 BOG가 배출된다. 이때, 상기 BOG의 온도가 설정온도 즉, -120℃ 이상인 경우에는 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG 또는 상기 응축기(20)로부터 유입되는 액화된 BOG의 일부가 상기 BOG와 라인믹서(16)에서 혼합되어 상기 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG가 1.03bar, -120℃로 유지되도록 한다. 여기서, 상기 액화된 BOG를 재순환시켜 주기 위해서는 환수배관의 바이패스배관에 설치된 재순환밸브(14)를 개방하여 액화된 BOG의 일부가 유입되어 상기 BOG와 혼합되도록 한다. 또한 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG를 투입하기 위해서는 상기 저장탱크(10)의 하부에 형성된 배관(미도시됨)이 BOG의 공급배관과 연결되도록 배관을 형성하는 것이 바람직하다.First, the circulation process of the BOG, when the LNG stored in the
상기 BOG 압축부(1)로 유입된 BOG는 2단의 BOG 압축기(11,12)에서 3.2bar, -50.83℃로 압축되어 고온 고압의 과열 상태가 된다.The BOG introduced into the
상기 압축된 BOG는 상기 콜드박스유닛(2)의 응축기(20)에서 질소 냉동사이클에 의하여 극저온 팽창된 작동유체(질소)와 열교환되어 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화된다.The compressed BOG is heat-exchanged with a cryogenic expanded working fluid (nitrogen) by a nitrogen refrigeration cycle in the
상기 액화된 BOG는 환수배관에 설치된 펌프(P)를 통하여 상기 저장탱크(10)로 환수되어 저장되고, BOG 재액화 장치의 초기 운전시 또는 상기 저장탱크(10)로부터 배출되는 BOG가 고온으로 배출될 경우에는 LNG의 일부가 상기 재순환밸브(14)를 통하여 상기 BOG와 혼합되도록 재투입된다. 여기서, 상기 저장탱크(10)로의 응축된 BOG의 환수방법은 저장탱크(10) 상부에서 분무헤드를 통하여 살포하거나 저장탱크(10) 바닥으로 공급하는 방법이 있다. 상기 저장탱크(10)의 바닥으로 유입되 면 액화된 BOG에 포함된 미응축 기체 중 질소성분이 LNG 내부에 용해되어 가스 상내의 질소 비율이 낮게 유지된다. 질소는 액화점이 LNG의 주성분인 메탄보다 낮기 때문에 BOG 내에 질소 함량의 증가를 방지하면 2단의 BOG 압축기(11,12) 또는 응축기(20)의 부하를 줄일 수 있다.The liquefied BOG is returned to and stored in the
다음으로, 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클의 운전과정을 설명하면, 14.2bar, 35.46℃의 질소 가스가 3단의 작동유체 압축기(41,42,43)와 냉각기(44,45,46)를 통과한 후 압력이 상승되어 58bar, 43℃로 승압되고, 상기 압축된 작동유체(질소)는 유량조절수단(3)의 조작을 통하여 소정 량이 상기 콜드박스유닛(2)으로 공급된다.Next, the operation process of the refrigeration cycle for the working fluid (nitrogen), the nitrogen gas of 14.2bar, 35.46 ℃ three stage working fluid compressor (41, 42, 43) and the cooler (44, 45, 46) After passing through, the pressure is increased to 58 bar, 43 ° C., and the compressed working fluid (nitrogen) is supplied to the
상기 콜드박스유닛(2)으로 공급된 질소 가스는 제1열교환기(21)에서 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와의 열교환으로 58bar, -105℃로 냉각되고, 상기 고압의 작동유체가 상기 팽창터빈(24)을 지나면서 10.5bar, -167℃의 극저온, 저압 가스로 팽창되어 더욱 냉각된다.The nitrogen gas supplied to the
상기 극저온의 작동유체는 상기 응축기(20)에서 상기 BOG 압축부(1)로부터 공급되는 BOG와 열교환되어 상기 BOG를 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화시켜 주고, 동시에 상기 극저온의 작동유체는 10.3bar, -134℃로 온도가 상승된다.The cryogenic working fluid is heat-exchanged with the BOG supplied from the
상기 작동유체는 상기 제1열교환기(21)에서 상기 작동유체 압축부(4)로부터 공급된 고온부 작동유체와의 열교환으로 10bar, 40℃로 가열된 후 회수배관을 통하여 상기 유량조절수단(3)을 거쳐 상기 작동유체 압축부(4)로 재투입되어 극저온 냉동사이클을 완성한다.The working fluid is heated to 10 bar, 40 ° C. by heat exchange with the high temperature part working fluid supplied from the working
(제2실시예)Second Embodiment
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 라인믹서를 이용한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도이다.4 is a system schematic diagram of a BOG reliquefaction apparatus using a line mixer according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 본 발명의 출원인에 의하여 기출원된 특허출원 제2005-78588호에 기재된 구성에 라인믹서(16)와 미스트 제거 드럼(17)을 부가하여 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG를 라인믹서(16)에서 LNG와 혼합하여 BOG를 냉각하도록 구성된 장치이다.In the BOG reliquefaction apparatus according to the second embodiment of the present invention, BOG is added by adding a
본 발명의 제2실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 상기한 제1실시예에 대하여 콜드박스유닛(2a)의 구성과 상기 콜드박스유닛(2a)의 출구에 기액분리기(15)가 부가된 것만이 상이하고, 나머지 구성 및 각 구성의 연결관계는 제1실시예와 동일하다. 또한 본 발명의 제2실시예는 콜드박스유닛(2a)을 통한 냉동사이클의 운전방법만이 상이하고, 나머지 구성에 대한 운전방법은 상기한 제1실시예와 동일하다.In the BOG reliquefaction apparatus according to the second embodiment of the present invention, only the gas-
따라서, 본 발명의 제2실시예에서는 제1실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고, 제1실시예와 상이한 구성에 대하여 설명하기로 한다.Therefore, in the second embodiment of the present invention, a description of portions overlapping with the first embodiment will be omitted, and a different configuration from the first embodiment will be described.
상기 콜드박스유닛(2a)은 상기 유량조절수단(3)의 출구에 연결되어 상기 유량조절수단(3)으로부터 유입되는 작동유체를 열교환과정을 거친 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제2열교환기(22); 상기 제2열교환기(22)의 출구에 연결되어 예냉된 작동유체를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체로 냉각시켜 주기 위한 제1열교환기(21); 상기 제1열교환기(21)로 유입되는 작동유체의 일부를 바이패스시켜 저온 팽창시킨 후 이를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합하고 상기 제1열교환기(21)로 재투입하여 상기 제1열교환기(21)를 지나는 예냉된 작동유체를 더욱 냉각시켜 주기 위한 팽창터빈(26); 상기 제1열교환기(21)의 출구에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창밸브(25); 및 상기 팽창밸브(25)의 출구에 연결되어 상기 팽창밸브(25)를 통과한 극저온의 작동유체와 상기 BOG 압축부(1)로부터 유입되는 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축기(20)를 포함하여 구성된다.The
상기 콜드박스유닛(2a)의 출구에는 기액분리기(15)가 설치되어 액체 상태의 BOG는 펌프(P)에 의하여 상기 저장탱크(10)로 환수되거나 상기 액체 상태의 BOG 일부는 상기 저장탱크(10)에서 발생된 BOG를 예냉시켜 주기 위하여 상기 바이패스배관을 통하여 라인믹서(16)로 유입되어 상기 BOG와 혼합된 후 미스트 제거 드럼(17)을 거쳐 BOG 압축부(1)로 재투입되고, 상기 기액분리기(15)에서 불응축된 BOG는 BOG 압축부(1)로 재투입되거나 배출된다.A gas-
상기와 같이 상기 제2열교환기(22)에 의하여 작동유체를 예냉하고, 상기 팽창터빈(26)에 의하여 저온 팽창된 작동유체를 상기 제1열교환기(21)로 재투입시켜 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체를 더욱 냉각시켜 줌으로써 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체의 온도를 안정적으로 유지할 수 있다.As described above, the working fluid is pre-cooled by the
상기 콜드박스유닛(2a)은 하나의 모듈로 형성되며, 이는 제한된 공간에 상기 제1 및 제2열교환기(21,22), 팽창밸브(25), 팽창터빈(26) 및 응축기(20)를 밀집시 킴으로써 각 구성요소 간의 배관을 짧게 형성할 수 있어서 배관을 통한 열손실을 최소화할 수 있다.The
상기 팽창터빈(26)의 회전축에는 발전기가 연결되어 상기 팽창터빈(26)에서 발생되는 전기에너지를 상기 작동유체 압축부(4) 또는 상기 BOG 압축부(1)의 구동에너지로 이용하는 것도 가능하다.A generator is connected to the rotary shaft of the
본 발명의 제2실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 운전방법은 BOG 순환과정과 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클로 구분하여 간략하게 설명하기로 한다.The operating method of the BOG reliquefaction apparatus according to the second embodiment of the present invention will be briefly described by dividing the BOG circulation process and the refrigeration cycle for the working fluid (nitrogen).
먼저, BOG의 순환과정을 설명하면, 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG가 외부의 온도차에 의하여 증발되어 내부 압력이 설정 압력 이상으로 상승되면 상기 저장탱크(10)의 출구에 형성된 안전밸브(13)가 개방되어 BOG가 배출된다. 이때, 상기 BOG는 액화된 BOG와 라인믹서(16)에서 적절히 혼합시켜 1.03bar, -120℃로 유지되도록 한다.First, the circulation process of the BOG, when the LNG stored in the
상기 BOG 압축부(1)로 유입된 BOG는 2단의 BOG 압축기(11,12)에서 2.5bar, -73℃로 압축되어 고온 고압의 과열 상태가 된다.The BOG introduced into the
상기 압축된 BOG는 상기 콜드박스유닛(2a)의 응축기(20)에서 질소 냉동사이클에 의하여 극저온 팽창된 작동유체(질소)와 열교환되어 2.3bar, -155℃의 과냉 액체로 액화된다.The compressed BOG is heat-exchanged with a cryogenic expanded working fluid (nitrogen) by a nitrogen refrigeration cycle in the
상기 액화된 BOG는 상기 기액분리기(15)에서 기체와 액체가 분리된 후 액체 상태의 BOG가 환수배관에 설치된 펌프(P)를 통하여 상기 저장탱크(10)로 환수되어 저장되고, BOG 재액화 장치의 초기 운전시 또는 상기 저장탱크(10)로부터 배출되는 BOG가 고온으로 배출될 경우에는 LNG의 일부가 상기 재순환밸브(14)를 통하여 상기 BOG와 혼합되도록 재투입된다.The liquefied BOG is returned to the
다음으로, 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클의 운전과정을 설명하면, 14bar, 35.4℃의 질소 가스가 3단의 작동유체 압축기(41,42,43)와 냉각기(44,45,46)를 통과한 후 압력이 상승되어 58bar, 43℃로 승압되고, 상기 압축된 작동유체(질소)는 유량조절수단(3)의 조작을 통하여 소정 량이 상기 콜드박스유닛(2a)으로 공급된다.Next, the operation process of the refrigeration cycle for the working fluid (nitrogen), the nitrogen gas of 14bar, 35.4 ℃ to the three stage working fluid compressor (41, 42, 43) and the cooler (44, 45, 46) After passing through, the pressure is raised to 58 bar and 43 ° C., and the compressed working fluid (nitrogen) is supplied to the
상기 콜드박스유닛(2a)으로 공급된 질소 가스는 제2열교환기(22)에서 저온부 작동유체와의 열교환으로 57.3bar, -83.5℃로 예냉되고, 제1열교환기(21)에서 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와의 열교환으로 57.5bar, -137.9℃로 냉각되고, 상기 고압의 작동유체가 상기 팽창밸브(25)를 지나면서 14.6bar, -163℃의 극저온, 저압 가스로 팽창되어 더욱 냉각된다. 여기서, 상기 제1열교환기(21)로 유입되는 저온부 작동유체는 상기 제1열교환기(21)로 공급되는 고온부 작동유체의 일부를 바이패스시켜 상기 팽창터빈(26)에서 14.5bar, -140℃로 저온 팽창시킨 후 이를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합한 작동유체이다.The nitrogen gas supplied to the
상기 극저온의 작동유체는 상기 응축기(20)에서 상기 BOG 압축부(1)로부터 공급되는 BOG와 열교환되어 상기 BOG를 2.3bar, -155℃의 과냉 액체로 액화시켜 주고, 동시에 상기 극저온의 작동유체는 14.4bar, -138.9℃로 온도가 상승된다.The cryogenic working fluid is heat-exchanged with the BOG supplied from the
상기 작동유체는 상기 제1열교환기(21)에서 상기 작동유체 압축부(4)로부터 공급된 고온부 작동유체와의 열교환으로 14.2bar, -106℃로 가열되고, 상기 제2열교환기(22)를 통과하면서 14bar, 35.4℃로 가열된 후 회수배관을 통하여 상기 유량조절수단(3)을 거쳐 상기 작동유체 압축부(4)로 재투입되어 극저온 냉동사이클을 완성한다.The working fluid is heated to 14.2 bar, −106 ° C. by heat exchange with the hot part working fluid supplied from the working
(제3실시예)(Third Embodiment)
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 라인믹서를 이용한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도이다.5 is a system schematic diagram of a BOG reliquefaction apparatus using a line mixer according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 본 발명의 출원인에 의하여 기출원된 특허출원 제2005-109931호에 기재된 구성에 라인믹서(16)와 미스트 제거 드럼(17)을 부가하여 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG를 라인믹서(16)에서 LNG와 혼합하여 BOG를 냉각하도록 구성된 장치이다.In the BOG reliquefaction apparatus according to the third embodiment of the present invention, BOG is added by adding a
본 발명의 제3실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 상기한 제1 및 제2실시예에 대하여 콜드박스유닛(2b)의 구성이 상이하고, 제1실시예에 대하여 상기 콜드박스유닛(2b)의 출구에 기액분리기(15)가 부가된 것만이 상이하며, 나머지 구성 및 각 구성의 연결관계는 제1 및 제2실시예와 동일하다. 또한 본 발명의 제3실시예는 콜드박스유닛(2b)을 통한 냉동사이클의 운전방법만이 상이하고, 나머지 구성에 대한 운전방법은 상기한 제1실시예와 동일하다.The BOG reliquefaction apparatus according to the third embodiment of the present invention has a different configuration of the
따라서, 본 발명의 제3실시예에서는 제1실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고, 제1실시예와 상이한 구성에 대하여 설명하기로 한다.Therefore, in the third embodiment of the present invention, a description of portions overlapping with those of the first embodiment will be omitted, and a configuration different from the first embodiment will be described.
상기 콜드박스유닛(2b)은 상기 유량조절수단(3)의 출구에 연결되어 상기 유량조절수단(3)으로부터 유입되는 작동유체를 열교환과정을 거친 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제2열교환기(22); 상기 제2열교환기(22)의 출구에 연결되어 예냉된 작동유체, 상기 BOG 압축부(1)로부터 유입되는 BOG 및 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체가 지나도록 3경로를 형성하고, 상기 예냉된 작동유체와 BOG를 상기 저온부 작동유체로 냉각시켜 주기 위한 제1열교환기(21a); 상기 제1열교환기(21a)로 유입되는 작동유체의 일부를 바이패스시켜 저온 팽창시킨 후 이를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합하고 상기 제1열교환기(21a)로 재투입하여 상기 제1열교환기(21a)를 지나는 예냉된 작동유체와 BOG를 더욱 냉각시켜 주기 위한 팽창터빈(26); 상기 제1열교환기(21a)의 출구에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창밸브(25); 및 상기 팽창밸브(25)의 출구에 연결되어 상기 팽창밸브(25)를 통과한 극저온의 작동유체와 상기 제1열교환기(21a)를 통과한 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축기(20)를 포함하여 구성된다.The
상기 콜드박스유닛(2b)의 출구에는 기액분리기(15)가 설치되어 액체 상태의 BOG는 펌프(P)에 의하여 상기 저장탱크(10)로 환수되거나 상기 액체 상태의 BOG 일부는 상기 저장탱크(10)에서 발생된 BOG를 예냉시켜 주기 위하여 상기 바이패스배관을 통하여 라인믹서(16)로 유입되어 상기 BOG와 혼합된 후 BOG 압축부(1)로 재투입되고, 상기 기액분리기(15)에서 불응축된 BOG는 BOG 압축부(1)로 재투입되거나 배출된다.A gas-
상기와 같이 상기 BOG 압축부(1)에서 압축된 BOG를 상기 제1열교환기(21a)에 서 예냉함으로써 BOG의 발생량 또는 온도 변화가 있어도 상기 응축기(20) 입구에서 BOG의 온도를 설정된 범위 내에서 일정하게 유지할 수 있다. 또한 상기 제2열교환기(22)에 의하여 작동유체를 예냉하고, 상기 팽창터빈(26)에 의하여 저온 팽창된 작동유체를 상기 제1열교환기(21a)로 재투입시켜 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체를 더욱 냉각시켜 줌으로써 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체의 온도를 안정적으로 유지할 수 있다.By pre-cooling the BOG compressed by the
상기 콜드박스유닛(2b)은 하나의 모듈로 형성되며, 상기 팽창터빈(26)의 회전축에는 발전기를 연결하여 전기에너지를 얻을 수 있다.The
본 발명의 제3실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 운전방법은 BOG 순환과정과 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클로 구분하여 간략하게 설명하기로 한다.The operating method of the BOG reliquefaction apparatus according to the third embodiment of the present invention will be briefly described by dividing the BOG circulation process and the refrigeration cycle for the working fluid (nitrogen).
먼저, BOG의 순환과정을 설명하면, 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG가 외부의 온도차에 의하여 증발되어 내부 압력이 설정 압력 이상으로 상승되면 상기 저장탱크(10)의 출구에 형성된 안전밸브(13)가 개방되어 BOG가 배출된다. 이때, 상기 BOG는 액화된 BOG와 라인믹서(16)에서 적절히 혼합시켜 1.03bar, -120℃로 유지되도록 한다.First, the circulation process of the BOG, when the LNG stored in the
상기 BOG 압축부(1)로 유입된 BOG는 2단의 BOG 압축기(11,12)에서 3.6bar, -41.98℃로 압축되어 고온 고압의 과열 상태가 된다.The BOG introduced into the
상기 압축된 BOG는 내부에 3경로가 형성된 제1열교환기(21a)에서 저온부 작동유체와의 열교환으로 3.3bar, -134℃로 냉각되고, 그 다음 상기 콜드박스유 닛(2b)의 응축기(20)를 통과하면서 질소 냉동사이클에 의하여 극저온 팽창된 작동유체(질소)와 열교환되어 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화된다.The compressed BOG is cooled to 3.3 bar and −134 ° C. by heat exchange with the low temperature part working fluid in the
상기 액화된 BOG는 상기 기액분리기(15)에서 기체와 액체가 분리된 후 액체 상태의 BOG가 환수배관에 설치된 펌프(P)를 통하여 상기 저장탱크(10)로 환수되어 저장되고, BOG 재액화 장치의 초기 운전시 또는 상기 저장탱크(10)로부터 배출되는 BOG가 고온으로 배출될 경우에는 LNG의 일부가 상기 재순환밸브(14)를 통하여 라인믹서(16)에서 상기 증발된 BOG와 혼합되도록 재투입된다.The liquefied BOG is returned to the
다음으로, 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클의 운전과정을 설명하면, 14.3bar, 36.08℃의 질소 가스가 3단의 작동유체 압축기(41,42,43)와 냉각기(44,45,46)를 통과한 후 압력이 상승되어 58bar, 40℃로 승압되고, 상기 압축된 작동유체(질소)는 유량조절수단(3)의 조작을 통하여 소정 량이 상기 콜드박스유닛(2b)으로 공급된다.Next, the operation process of the refrigeration cycle for the working fluid (nitrogen), the nitrogen gas of 14.3bar, 36.08 ℃ three stage working fluid compressor (41, 42, 43) and the cooler (44, 45, 46) After passing through the pressure is raised to 58bar, 40 ℃ pressure, the compressed working fluid (nitrogen) is supplied to the cold box unit (2b) a predetermined amount through the operation of the flow rate adjusting means (3).
상기 콜드박스유닛(2b)으로 공급된 질소 가스는 제2열교환기(22)에서 저온부 작동유체와의 열교환으로 57.7bar, -70℃로 예냉되고, 3경로의 제1열교환기(21a)에서 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체 및 압축된 BOG와의 열교환으로 57.4bar, -132℃로 냉각되고, 상기 고압의 작동유체가 상기 팽창밸브(25)를 지나면서 15.2bar, -162.6℃의 극저온, 저압 가스로 팽창되어 더욱 냉각된다. 여기서, 상기 제1열교환기(21a)로 유입되는 저온부 작동유체는 상기 제1열교환기(21a)로 공급되는 고온부 작동유체의 일부를 바이패스시켜 상기 팽창터빈(26)에서 15.2bar, -129.3℃로 저온 팽창시킨 후 이를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합한 작동유체이다.The nitrogen gas supplied to the
상기 극저온의 작동유체는 상기 응축기(20)에서 상기 BOG 압축부(1)로부터 공급되는 BOG와 열교환되어 상기 BOG를 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화시켜 주고, 동시에 상기 극저온의 작동유체는 14.9bar, -145℃로 온도가 상승된다.The cryogenic working fluid is heat-exchanged with the BOG supplied from the
상기 작동유체는 상기 제1열교환기(21a)에서 상기 작동유체 압축부(4)로부터 공급된 고온부 작동유체 및 압축된 BOG와의 열교환으로 14.6bar, -86.42℃로 가열되고, 상기 제2열교환기(22)를 통과하면서 14.3bar, 36.08℃로 가열된 후 회수배관을 통하여 상기 유량조절수단(3)을 거쳐 상기 작동유체 압축부(4)로 재투입되어 극저온 냉동사이클을 완성한다.The working fluid is heated to 14.6 bar, −86.42 ° C. by heat exchange with the high temperature part working fluid supplied from the working
(제4실시예)(Example 4)
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 라인믹서를 이용한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도이다.6 is a system schematic diagram of a BOG reliquefaction apparatus using a line mixer according to a fourth embodiment of the present invention.
본 발명의 제4실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 본 발명의 출원인에 의하여 기출원된 특허출원 제2006-1271호에 기재된 구성에 라인믹서(16)와 미스트 제거 드럼(17)을 부가하여 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG를 라인믹서(16)에서 LNG와 혼합하여 BOG를 냉각하도록 구성된 장치이다.In the BOG reliquefaction apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, BOG is added by adding a
본 발명의 제4실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 상기한 제1 내지 제3실시예에 대하여 콜드박스유닛(2c)의 구성이 상이하고, 제1실시예에 대하여 상기 콜드박스유닛(2c)의 출구에 기액분리기(15)가 부가된 것만이 상이하며, 나머지 구성 및 각 구성의 연결관계는 제1 내지 제3실시예와 동일하다. 또한 본 발명의 제4실시예는 콜드박스유닛(2c)을 통한 냉동사이클의 운전방법만이 상이하고, 나머지 구성에 대한 운전방법은 상기한 제1실시예와 동일하다.In the BOG reliquefaction apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, the configuration of the
따라서, 본 발명의 제4실시예에서는 제1실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고, 제1실시예와 상이한 구성에 대하여 설명하기로 한다.Therefore, in the fourth embodiment of the present invention, a description of portions overlapping with those of the first embodiment will be omitted, and a configuration different from the first embodiment will be described.
상기 콜드박스유닛(2c)은 상기 유량조절수단(3)의 출구에 연결되어 상기 유량조절수단(3)으로부터 유입되는 작동유체를 열교환과정을 거친 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제2열교환기(22); 상기 제2열교환기(22)의 출구에 연결되어 예냉된 작동유체, 상기 BOG 압축부(1)로부터 유입되는 BOG 및 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체가 지나도록 3경로를 형성하고, 상기 예냉된 작동유체와 BOG를 상기 저온부 작동유체로 냉각시켜 주기 위한 제1열교환기(21a); 상기 제1열교환기(21a)의 출구에 연결되어 상기 제1열교환기(21a)로부터 유입되는 고온부 작동유체를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체로 냉각시켜 주기 위한 제3열교환기(23); 상기 제1열교환기(21a)로 유입되는 작동유체의 일부를 바이패스시켜 저온 팽창시킨 후 이를 상기 제3열교환기(23)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합하고 상기 제1열교환기(21a)로 재투입하여 상기 제1열교환기(21a)를 지나는 예냉된 작동유체와 BOG를 더욱 냉각시켜 주기 위한 팽창터빈(26); 상기 제3열교환기(23)의 출구에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창밸브(25); 및 상기 팽창밸브(25)의 출구에 연결되어 상기 팽창밸브(25)를 통과한 극저온의 작동유체와 상기 제1열교환기(21a)를 통과한 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축 기(20)를 포함하여 구성된다.The cold box unit (2c) is connected to the outlet of the flow rate control means 3, the second heat exchanger for pre-cooling the working fluid flowing from the flow rate control means (3) to the low-temperature operating fluid through a heat exchange process ( 22); Connected to the outlet of the
상기 콜드박스유닛(2c)의 출구에는 기액분리기(15)가 설치되어 액체 상태의 BOG가 펌프(P)에 의하여 상기 저장탱크(10)로 환수되거나 상기 액체 상태의 BOG 일부는 상기 저장탱크(10)에서 발생된 BOG를 예냉시켜 주기 위하여 상기 바이패스배관을 통하여 라인믹서(16)로 유입되어 상기 BOG와 혼합된 후 BOG 압축부(1)로 재투입되고, 상기 기액분리기(15)에서 불응축된 BOG는 BOG 압축부(1)로 재투입되거나 배출된다.A gas-
상기와 같이 상기 BOG 압축부(1)에서 압축된 BOG를 상기 제1열교환기(21a)에서 예냉함으로써 증발된 BOG의 발생량 또는 온도 변화가 있어도 상기 응축기(20) 입구에서 증발된 BOG의 온도를 설정된 범위 내에서 일정하게 유지할 수 있다. 또한 상기 제2열교환기(22)에 의하여 작동유체를 예냉하고, 상기 팽창터빈(26)에 의하여 저온 팽창된 작동유체를 상기 제1열교환기(21a)로 재투입시켜 고온부 작동유체를 냉각시켜 주며, 상기 제3열교환기(23)에서 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체를 더욱 냉각시켜 줌으로써 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체의 온도를 더욱 안정적으로 유지할 수 있다.By pre-cooling the BOG compressed by the
상기 콜드박스유닛(2c)은 하나의 모듈로 형성되며, 상기 팽창터빈(26)의 회전축에는 발전기를 연결하여 전기에너지를 얻을 수 있다.The cold box unit (2c) is formed as a module, it is possible to obtain electrical energy by connecting a generator to the rotary shaft of the expansion turbine (26).
본 발명의 제4실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 운전방법은 BOG 순환과정과 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클로 구분하여 간략하게 설명하기로 한다.The operating method of the BOG reliquefaction apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be briefly described by dividing the BOG circulation process and the refrigeration cycle for the working fluid (nitrogen).
먼저, 증발된 BOG의 순환과정을 설명하면, 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG가 외부의 온도차에 의하여 증발되어 내부 압력이 설정 압력 이상으로 상승되면 상기 저장탱크(10)의 출구에 형성된 안전밸브(13)가 개방되어 BOG가 배출된다. 이때, 상기 BOG는 액화된 BOG와 라인믹서(16)에서 적절히 혼합시켜 1.03bar, -120℃로 유지되도록 한다.First, when the circulation process of the BOG evaporated, when the LNG stored in the
상기 BOG 압축부(1)로 유입된 BOG는 2단의 BOG 압축기(11,12)에서 3.2bar, -50.83℃로 압축되어 고온 고압의 과열 상태가 된다.The BOG introduced into the
상기 압축된 BOG는 내부에 3경로가 형성된 제1열교환기(21a)에서 저온부 작동유체와의 열교환으로 3.1bar, -130℃로 냉각되고, 그 다음 상기 콜드박스유닛(2c)의 응축기(20)를 통과하면서 질소 냉동사이클에 의하여 극저온 팽창된 작동유체(질소)와 열교환되어 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화된다.The compressed BOG is cooled to 3.1 bar and −130 ° C. by heat exchange with the low temperature part working fluid in the
상기 액화된 BOG는 상기 기액분리기(15)에서 기체와 액체가 분리된 후 액체 상태의 BOG가 환수배관에 설치된 펌프(P)를 통하여 상기 저장탱크(10)로 환수되어 저장되고, BOG 재액화 장치의 초기 운전시 또는 상기 저장탱크(10)로부터 배출되는 BOG가 고온으로 배출될 경우에는 LNG의 일부가 상기 재순환밸브(14)를 통하여 상기 BOG와 혼합되도록 재투입된다.The liquefied BOG is returned to the
다음으로, 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클의 운전과정을 설명하면, 14.2bar, 35.46℃의 질소 가스가 3단의 작동유체 압축기(41,42,43)와 냉각기(44,45,46)를 통과한 후 압력이 상승되어 58bar, 43℃로 승압되고, 상기 압축된 작동유체(질소)는 유량조절수단(3)의 조작을 통하여 소정 량이 상기 콜드박스유 닛(2c)으로 공급된다.Next, the operation process of the refrigeration cycle for the working fluid (nitrogen), the nitrogen gas of 14.2bar, 35.46 ℃ three stage working fluid compressor (41, 42, 43) and the cooler (44, 45, 46) After passing through the pressure is raised to 58bar, 43 ℃ pressure, the compressed working fluid (nitrogen) is supplied to the cold box unit (2c) a predetermined amount through the operation of the flow control means (3).
상기 콜드박스유닛(2c)으로 공급된 질소 가스는 제2열교환기(22)에서 저온부 작동유체와의 열교환으로 57.9bar, -77℃로 예냉되고, 3경로의 제1열교환기(21a)에서 상기 제3열교환기(23)를 통과한 저온부 작동유체 및 압축된BOG와의 열교환으로 57.8bar, -134℃로 냉각된다. 상기 제1열교환기(21a)를 통과한 작동유체는 상기 제3열교환기(23)에서 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와의 열교환으로 57.7bar, -137℃로 더욱 냉각되고, 상기 고압의 작동유체가 상기 팽창밸브(25)를 지나면서 14.6bar, -163.3℃의 극저온, 저압 가스로 팽창되어 더욱 냉각된다. 여기서, 상기 제1열교환기(21a)로 유입되는 저온부 작동유체는 상기 제1열교환기(21a)로 공급되는 고온부 작동유체의 일부를 바이패스시켜 상기 팽창터빈(26)에서 14.5bar, -136.9℃로 저온 팽창시킨 후 이를 상기 제3열교환기(23)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합한 작동유체이다.The nitrogen gas supplied to the
상기 극저온의 작동유체는 상기 응축기(20)에서 상기 BOG 압축부(1)로부터 공급되는 BOG와 열교환되어 상기 BOG를 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화시켜 주고, 동시에 상기 극저온의 작동유체는 14.5bar, -150.7℃로 온도가 상승된다.The cryogenic working fluid is heat-exchanged with the BOG supplied from the
상기 작동유체는 상기 제3열교환기(23)에서 상기 제1열교환기(21a)를 통과한 고온부 작동유체와의 열교환으로 14.4bar, -140℃로 가열되고, 상기 제1열교환기(21a)에서 상기 작동유체 압축부(4)로부터 공급된 고온부 작동유체 및 압축된 BOG와의 열교환으로 14.3bar, -98.88℃로 가열되며, 상기 제2열교환기(22)를 통과하면서 14.2bar, 35.46℃로 가열된 후 회수배관을 통하여 상기 유량조절수단(3)을 거쳐 상기 작동유체 압축부(4)로 재투입되어 극저온 냉동사이클을 완성한다.The working fluid is heated to 14.4 bar and −140 ° C. by heat exchange with the high temperature part working fluid passing through the
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 BOG 재액화 장치는, LNG가 라인믹서에서 BOG와 혼합되면서 기화되기 때문에 BOG의 냉각이 빠르게 이루어져 상기 BOG의 온도를 신속하게 제어할 수 있는 장점이 있다. 종래의 BOG 예냉을 위한 열교환기 에 비하여 본 발명의 시스템의 구조가 단순하기 때문에 제작이 용이하고, 장치비가 저렴하다. As described above, the BOG reliquefaction apparatus according to the present invention has the advantage that the cooling of the BOG is made faster because the LNG is vaporized while mixing with the BOG in the line mixer, it is possible to quickly control the temperature of the BOG. Compared with the conventional heat exchanger for BOG precooling, the structure of the system of the present invention is simple, and therefore, the manufacturing is easy and the apparatus cost is low.
또한, BOG와 LNG가 혼합된 후 기화된 혼합 가스에 포함된 미스트를 미스트 제거 드럼에서 제거함으로써 상기 BOG 압축부로 액적이 유입되는 것을 방지한다.In addition, by removing the mist contained in the vaporized mixed gas after mixing the BOG and LNG from the mist removal drum to prevent the droplets from flowing into the BOG compression unit.
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