[논문]해수 2단 공급에 따른 해수식 기화기(ORV)의 LNG 기화 특성 연구

김남국; 윤상국

doi:10.7842/kigas.2019.23.1.41

초록
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LNG는 주된 기화기인 해수를 이용하는 해수식 기화기를 이용하여 가스 상태로 소비자에 공급되고 있다. 그러나 겨울철 해수 온도가 $5^{\circ}C$이하로 저하되면 수중 연소식 기화기를 사용하게 되며 이 때 막대한 LNG 기화 소요 비용이 발생하게 된다. 이를 절감하기 위하여 현재의 해수식 기화기의 1단 해수공급을 2단으로 공급하는 공정을 고안하여 그 효과를 분석하였다. 해석 결과, 6m 전열관의 외부에 해수를 2단으로 3m씩 가열할 때 온도가 $1.8^{\circ}C$가 저하되어 해수 온도 $2.5^{\circ}C$까지도 LNG의 기화온도를 $0^{\circ}C$이상으로 배출할 수 있는 것으로 해석되었다. 인천 생산기지에 이 공정이 적용된다면 연간 동계 운전비용 절감량은 LNG 11,770 Ton, 절감액은 117.6억 원으로 분석되었다. LNG를 전량 수입하는 국내 여건에서는 해수 2단 공급 공정을 적용한다면 막대한 에너지와 비용을 절감할 수 있는 매우 효과적인 공정이 될 수 있음을 알 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

LNG is supplying to consumers as gas phase vaporized by major seawater vaporizer, i.e.. open rack vaporizers. But as soon as the temperature of seawater drops below $5^{\circ}C$ in winter, the submerged evaporators should be operated and cause a lot of energy consumption because of their ...

LNG is supplying to consumers as gas phase vaporized by major seawater vaporizer, i.e.. open rack vaporizers. But as soon as the temperature of seawater drops below $5^{\circ}C$ in winter, the submerged evaporators should be operated and cause a lot of energy consumption because of their natural gas combustion. In order to reduce the consumption amount, in this study new two-way supplying method of seawater instead of the present one-way supplying system is introduced and analysed the technical possibilities and economical savings. The results showed that in case of the temperature of seawater becomes below $2.5^{\circ}C$, LNG can be evaporated using ORV without operating S MV. If this system is applied in Incheon LNG terminal, the energy saving reaches 11,770 Ton of LNG as 11,760 million won. By the analysis, the two-way supplying system of seawater in ORV can be the most effective method to be able to save huge amount of energy every year.

Keyword

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Structure of current LNG open rack vaporizer.
표 Table 1. Current LNG evaporation rate of ORV with seawater temperature in winter
그림 Fig. 2. LNG evaporation phenomena inside tube.
그림 Fig. 3. Temperature and velocity profile of seawater in current ORV.
그림 Fig. 4. Two-way supplying system of seawaterin ORV.
그림 Fig. 5. Temperature profile of two- way seawater supplying system in ORV.
그림 Fig. 6. Winter seawater temperature of Incheon in 2018.
그림 Fig. 7. Current LNG evaporation rate of SMV with seawater temperature in winter.
그림 Fig. 8. Current daily LNG evaporation rate of SMV in Incheon terminal.
그림 Fig. 9. LNG evaporation rate of SMV with twoway seawater supplying system.
그림 Fig. 10. Daily LNG evaporation rate of SMV with two-way seawater supplying system in Incheon terminal.
표 Table 2. LNG evaporation rate of ORV with twoway seawater supplying system in winter

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이 해수에너지를 최대한 이용하기 위하여, 현재의 ORV 공정인 1단식 해수공급 시스템에 해수를 2단으로 공급하는 공정을 적용하였으며, 이 공정의 전열 현상을 해석하여 기술적 가능성과 공급기지에 적용할 때의 경제적인 효과를 분석하였다.
본 연구에서는 겨울철 해수 온도 저하와 함께 발생하는 막대한 LNG 기화 비용을 절감하기 위하여 고안된 것으로, ORV에 해수에너지를 최대한 이용하기 위하여, 현재의 1단식 해수공급을 2단으로 공 급하는 공정을 적용하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

이 기간에는 ORV의 기화율이 감소한 만큼 SMV를 가동하여야 하며, 적색 구간이 보상이 요구되는 온도 구간이 된다. 이에 소요된 총 열량은 ORV 기화량 감소에 따른 SMV의 LNG 처리량을 수식화하여 SMV의 LNG 연소량을 산정하였다.

성능/효과

(1) 6m 전열관의 외부에 해수를 2단으로 3m씩 공급하여 가열할 때 배출되는 해수온도는 1.8℃가 저하 되었으며, 해수 온도 2.5℃이하에도 LNG의 기화온도를 0℃이상으로 배출할 수 있는 것으로 해석되었다.
(4) 본 연구에 의하면 동절기도 해수 2단 공급 공정을 국내 적용한다면 LNG를 전량 수입하는 국내 여 건에서는 막대한 에너지와 비용을 절감할 수 있는 것으로 분석되었다.

후속연구

또한, 해수펌프 이외에 해수취수 및 공급 배관 등의 설비가 필요할 것이나 이의 비용 역시 SMV의 절감액에 비하면 미약한 시설비용이 소요될 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LNG를 기화시켜 공급하기 위한 조건은?	이렇게 도입된 -162℃ 의 액체 LNG는 한국가스공사 생산기지의 저장탱크에 저장된 후 LNG를 기화시켜 가스 상태로 도시가스와 발전소에 공급되고 있는 것이다. LNG를 기화시켜 공급하기 위하여 액체온도인 -162℃부터 0℃까지 온도를 상승시켜야 하며, 1 kg의 LNG를 기화시키는 데 필요한 열량을 보면 1기압 상태의 경우 200 kcal, 고압인 72 bar 경우 약 170 kcal 정도의 열량이 필요하게 된다. 이 상변화 에너지는 물의 약 40%, 통상의 냉동기 냉매의 약 5~7배에 해당하는 매우 큰 열량이다.
	LNG의 기화에 적용되는 기화장치의 종류에는 어떤 것이 있는가?	이 LNG의 기화에 적용되는 기화장치의 종류에는 해수식 기화기(Open-rack vaporizer, ORV), 수중 연소기(Submerged vaporizer, SMV), 그리고 공랭식 기화기 등이 있다. 해수식 기화기는 해수를 이용하여 LNG를 기화시키는 방식이고, 수중 연소기는 해수식 기화기 효율이 감소하면 천연가스를 연소시켜 LNG를 기화시키는 방식이며, 공랭식은 공기를 사용하여 기화하는 방식이다.
	수중 연소기의 장점과 단점은?	이런 경우 가스화 된 천연가스를 연소시켜 LNG를 기화시키게 되며 이 기화기가 수중 연소기이다. 이 기화기는 연소 효율은 높으나 천연가스의 소비 비용이 크게 발생되는 문제가 따른다. 한편, 공랭식 기화기는 공기와 LNG의 열교환으로 물을 이용한 기화기보다 십여 배 이상의 전열 면적이 소요되며, 겨울철에 대기온도의 저하로 유입되는 공기의 가열과 증발기 표면의 얼음 성장 등 을 방지하기 위한 공기 중에 포함된 수분의 제거, 빠른 공기 유속 유지 등의 문제를 보유하고 있다.

참고문헌 (7)

Houde S., Shurong Y., Jianling F. and Xing W., "Numerical Analysis on Rib-tubes of Seawater Open Rack Vaporizer with the Spoiler Lever", Polish Maritime Research, 24, 14-21, (2017)

상세보기
Pan J., Li R., Tao L., Wu G. and Deng Z., "Thermal Performance Calculation and Analysis of Heat Transfer Tube in Super Open Rack Vaporiser", Applied Thermal Engineering, 93, 27-35, (2016)

상세보기
Ganesh P. and Amlan D., "Design Approach of Shell and Tube Vaporizer for LNG Regasfication", JJMIE, 12(2), 109-116, (2018)
Eisentrout, B., Wintercorn, S., and Weber, B., "Study focuses on six LNG regasification systems.", LNG journal, 21-22, (2006)
Yamazaki K,. Shimokawatoko T., Yamasaki K. and Takata M., Development of a New Type of Open Rack LNG Vaporizer, International Conference on LNG, 12th, B.2.1-B.2-10, (1998)
Gas Production Technology Booklet, Korea Gas Coperation, 65-70, (1997)
Korea Hydrographic and Oceanographic Agency, "Report of Real-time Korea Oceanographic Observations", 2017.12-2018.3.

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