LNG수령 터미널 프로세스
LNG 수송선이 도착하면 LNG는 선박 하역 펌프, 액상 선박 암 및 하역 파이프라인을 통해 저장 탱크로 이송됩니다. 하역 중에 생성된 증발 가스(BOG)는 탱크 내부의 압력을 균형 잡기 위해 부분적으로 LNG 선박의 화물 탱크로 반환됩니다. BOG의 다른 일부는 BOG 압축기로 압축된 다음 재응축기에서 응축됩니다. 응축된 BOG는 배출되는 LNG와 함께 고압 배출 펌프로 증발기로 펌핑되어 재기화됩니다.
증발기는 LNG를 기체 천연가스로 변환합니다. 그런 다음 천연가스는 압력 조절되고 계량된 후 전송 파이프라인 네트워크로 보내집니다. 또한 부스터 압축기를 사용하여 BOG를 나가는 파이프라인 압력으로 직접 압축하여 재기화 프로세스를 우회할 수도 있습니다.
LNG 재기화/전송 시스템은 LNG 저장 탱크 내부의 잠수 액체 펌프, 재응축기, 탱크 외부에 위치한 고압/저압 배출 펌프, 증발기, 계량 시설로 구성됩니다.
정상 작동 조건에서는 Open Rack Vaporizer(ORV)/Integrated Full Containment Vaporizer(IFV)만 작동합니다. 그러나 유지 관리 또는 비상 피크 쉐이빙 중에는 Submerged Combustion Vaporizer(SCV)를 병렬로 작동할 수 있습니다.
LNG 증발기의 분류
기화기는 LNG 수령 터미널에서 중요한 장비이며, 구조적 설계는 사용하는 열원에 따라 달라집니다.
1. 활용률에 따라 기화기는 기저 부하 기화기와 피크 쉐이빙 기화기로 분류할 수 있습니다.
2. 열원의 유형에 따라 증발기는 주변 증발기(대기 공기, 해수 또는 지열수와 같은 열원을 사용), 공정 증발기(열 또는 화학 공정에서 나오는 열을 사용), 직접 연소 증발기(연료 연소로 생성되는 열을 사용)로 분류할 수 있습니다.
수신 터미널에서 발견되는 일반적인 LNG 증발기 유형
에어 앰비언트 베이퍼라이저(AAV)
중간 유체 증발기(IFV)
오픈 랙 베이퍼라이저(ORV)
잠수 연소 증발기(SCV)
(1) 에어 앰비언트 베이퍼라이저(AAV)
그만큼에어 앰비언트 베이퍼라이저대기의 공기를 열원으로 활용하여 LNG를 기화시킵니다.AAV는 구조가 간단하고 운영 비용이 낮습니다. 주변 공기를 열원으로 독립적으로 사용할 수 있어 오염 물질과 소음의 배출을 완전히 피할 수 있습니다. 또한 생산 또는 가정용으로 응축수와 녹은 얼음물을 수집할 수 있습니다.
그러나 AAV에는 몇 가지 단점이 있습니다. 예를 들어, 주변 온도가 낮을 때는 열을 보충하기 위해 추가 히터가 필요합니다. 증기기 파이프 표면에 결빙이 생기는 것을 방지하기 위해 정기적인 제상도 필요합니다.
AAV는 공기 가열로부터 입력되는 에너지가 비교적 낮기 때문에 설치 규모가 작고 LNG 증발 요구 사항이 낮은 시스템에만 적합합니다.
(2) 중간유체증발기(IFV)
IFV는 결빙의 영향을 완화하기 위해 중간 열 전달 유체를 활용합니다. 일반적으로 사용되는 중간 유체에는 프로판, 이소부탄, 프레온, 암모니아가 있습니다.
실제 응용 분야에서 이 증발기는 두 단계로 작동합니다. 첫 번째 단계는 LNG와 중간 유체 간의 열 교환을 포함하고, 두 번째 단계는 중간 유체와 열원 유체 간의 열 교환을 포함합니다.
IFV는 작은 면적을 차지하며 안정적인 증발률을 제공할 수 있습니다. 게다가 해수가 얼어붙을 위험이 없습니다. 가장 큰 장점은 에너지의 포괄적 활용, 특히 열병합 발전(열병합 발전) 목적에 있습니다.
이 유형의 기화기는 기저부하 LNG 기화 시스템에 널리 채택되었으며, 일본의 수신 터미널에서 상당히 많이 사용되고 있습니다.
(3) 오픈 랙 베이퍼라이저(ORV)
ORV는 해수를 열원으로 사용하며 설계가 간단하고, 작동이 편리하며, 유지관리가 쉽습니다. 전 세계 많은 LNG 수신 터미널에서 사용되는 주류 유형의 기화기입니다.
LNG ORV의 기계적 구조는 간단하며 주요 외부 인터페이스에는 LNG 입구, 기화 천연 가스(NG) 출구, 해수 입구/출구가 포함됩니다. 열 교환 튜브는 프레임워크 구조 내에 설치됩니다.
증발기의 기본 단위는 열 전달 튜브로, 여러 개의 튜브가 판 모양으로 배열되어 있습니다. 각 튜브는 가스 헤더 또는 액체 헤더에 용접되어 튜브 번들 플레이트를 형성하고, 여러 개의 튜브 번들 플레이트가 증발기를 형성합니다.
LNG는 하부 메인 파이프에서 유입되어 개별 소형 열교환 튜브로 분배되고, 열교환을 위해 튜브 번들 내에서 위쪽으로 흐릅니다. 증발기 상단에는 해수 분배 장치가 설치됩니다. 해수는 상단에서 유입되어 튜브 번들의 외벽을 따라 얇은 필름으로 분배되어 튜브 내부의 액화 천연 가스로 열을 전달하여 가열하고 증발시킵니다. ORV는 최소한의 계측만 필요하고 유지 관리가 쉽습니다. 화염 없이 작동하여 높은 안전 표준을 보장합니다.
또한 외부 결빙 문제를 해결하기 위해 SuperORV라는 변형이 있습니다. LNG가 바닥 분배기를 통해 내부 튜브로 들어간 다음 내부 튜브와 외부 튜브 사이의 고리 모양 틈새에서 점진적으로 증발하는 이중 층 열 전달 튜브를 사용합니다.
(4) 잠수연소증발기(SCV)
SCV는 주로 수조, 버너, 송풍기, 연기가스 주입관, 인클로저, 열교환관 다발, 굴뚝으로 구성됩니다. 연료가스는 버너 내부에서 연소되고, 고온의 연기가스는 하부 배기관을 통해 수조로 배출되면서 수조 내에서 난류 운동을 일으킵니다.
열교환관 내부의 LNG는 고도로 교반된 물과 충분한 열교환을 거쳐 가열 및 증발이 발생합니다. 고속 연도 가스와 수조 사이의 직접적인 접촉과 강렬한 열전달로 인해 관 외부의 열전달 계수가 높아 균일한 수조 온도가 보장됩니다.
SCV는 빠르고 편리한 서비스를 제공합니다
비교LNG 증발기
현재 LNG 수신 터미널은 일반적으로 ORV, IFV, SCV, AAV를 사용합니다. AAV는 제한이 더 많고 수신 터미널에서 상대적으로 덜 활용됩니다.
오픈 랙 증발기(ORV)는 열 매체로 해수를 사용하므로 잠수형 연소 증발기(SCV)에 비해 비용 효율성이 더 높습니다.
그러나 ORV는 해수 흡입 및 배출구, 해수 파이프라인, 해수 펌프, 해수 정화 장비 등 초기 장비 투자 비용이 더 많이 든다는 점을 고려하는 것이 중요합니다.
기저부하 LNG 수신 터미널의 경우 ORV가 주요 선택이어야 합니다. 그러나 ORV는 해수 온도가 지나치게 낮거나 장비에 유해한 물질이 포함된 해수 또는 해양 환경 보호를 고려할 때 한계가 있습니다.
SCV는 초기 투자 비용이 비교적 낮고, 차지하는 면적이 작으며, 빠른 시동 및 정지가 가능합니다. 그러나 SCV는 연료가 필요하기 때문에 ORV에 비해 운영 비용이 더 높습니다.
Immersed Flame Vaporizer(IFV)는 열 교환을 위해 티타늄 튜브를 사용하여 해수 품질이 좋지 않은 경우에도 안전하고 안정적인 작동을 가능하게 합니다. IFV의 주요 과제는 중간 유체 선택의 상당한 제한입니다.
기화기 선택
기화기를 선택할 때는 처리 용량, 적용성, 안전성 및 신뢰성, 유연성, 투자 비용, 사용 조건(기저 부하, 피크 쉐이빙, 비상 사용), 환경 요인 및 기후 조건을 고려해야 합니다. 특정 요구 사항에 따라 적합한 기화기를 개별적으로 또는 조합하여 적용에 선택할 수 있습니다.
1. 처리 용량:
증발기의 처리 용량은 수신 터미널의 설계 처리량과 일치해야 합니다. 터미널에서 현장 소비를 위해 천연 가스로 "액체 유입, 액체 유출"만 필요하거나 연간 처리량이 적고 충분한 공간이 있는 경우 AAV(Ambient Air Vaporizers)를 고려할 수 있습니다.
2. 적응성과 신뢰성:
수신 단말기의 "기능적 위치"를 고려할 때, 기저 부하, 피크 쉐이빙 또는 두 가지의 조합을 위한 것이든, 증발기의 적응성과 신뢰성이 매우 중요합니다. 지속적이고 안정적인 작동이 필요한 경우, 증발기 선택에는 기저 부하를 처리하는 데 적합한 증발기와 비상 피크 쉐이빙에 적합한 증발기(예: 빠른 시동 및 정지를 허용하는 잠수형 연소 증발기(SCV))가 포함되어야 합니다.
3. 환경 고려 사항:
수신 터미널을 둘러싼 환경 조건은 주로 외부 온도(대기 및 해수 온도 포함)와 해수의 특성 및 매개변수를 말합니다. 예를 들어, 오픈 랙 증발기(ORV)를 선택할 때 해수 내 고체 입자의 직경 및 농도, 중금속 이온의 존재, pH 값 및 해수의 기타 화학적 특성과 같은 요소를 고려해야 합니다.
경제적 고려 사항
기화기의 투자 비용은 수신 터미널의 전체 투자에서 상당한 부분을 차지합니다. 기화기를 선택할 때는 고정 투자 비용과 운영 비용을 종합적으로 비교해야 합니다.
오픈 랙 증발기(ORV)는 많은 양의 해수를 사용하며 해수에 대한 특정 품질 요구 사항이 있습니다. 투자 및 설치 비용이 더 높지만 운영 비용은 낮습니다.
초기 투자에는 증발기 장비, 해수 흡입 및 배출구 지원, 해수 파이프라인, 해수 펌프 및 해수 정화 장비 비용이 포함됩니다. 운영 비용은 또한 열 전달 표면에 부식 방지 코팅을 다시 적용하는 간격과 비용을 고려해야 합니다.
Submerged Combustion Vaporizer(SCV)에 비해 ORV는 해수를 활용하며, 운영 소비는 주로 해수 펌프의 전기 소비로 구성됩니다. 따라서 두 유형 간의 운영 비용 비율은 약 1:10으로 운영 비용이 상당히 낮다는 장점이 있습니다.
SCV는 전반적인 투자 및 설치 비용, 컴팩트한 크기, 운영 유연성 측면에서 뛰어납니다. 그러나 SCV의 치명적인 단점은 높은 운영 비용입니다.
유리한 해수 환경 조건에서 ORV를 사용하는 것은 분명히 가장 신뢰성 있고 비용 효율적인 옵션입니다.
그러나 해수의 품질이 ORV에 사용된 재료에 심각한 부정적 영향을 미치는 경우(예: 해수에 고농도의 대형 부유 고형물이 있는 경우 열전달 표면의 부식 방지 코팅에 심각한 영향을 미치고 사용 수명을 단축시킬 수 있음) ORV를 선택해서는 안 됩니다.
결론
각 유형의 가스화기에는 고유한 장단점이 있으며, 이에 적합한 특정 작동 환경도 있습니다. LNG 수신 터미널의 다양한 조건을 처리하기 위해, 각각의 강점을 활용하고 고유한 한계를 보완할 수 있는 조합을 위한 1-2 유형의 가스화기를 선택하는 것이 좋은 선택입니다.
일반적으로 가스화기를 구성할 때는 일반적으로 1-2 유형의 조합이 필요합니다. 현재 가스화기를 선택할 때는 ORV+SCV 구성이 선호됩니다.
오픈 랙 증발기(ORV)는 처리 용량이 크고 운영 비용이 낮은 수신 터미널에 적합합니다. 잠수 연소 증발기(SCV)는 운영 비용이 비교적 높지만 초기 투자가 적고 운영이 안정적입니다.
해수에 퇴적물이 많이 포함되어 있거나 필요한 화학적 특성을 충족하지 못하는 경우, 중간 유체 증발기(IFV)를 대안으로 고려할 수 있습니다.
현재 중국에서는 22개의 LNG 수신 터미널이 운영 중이며, 해안선을 따라 13개가 더 진행 중입니다. LNG 수신 터미널의 건설은 우리나라의 LNG 자원 수입을 크게 촉진할 것입니다.
가스화기는 LNG 수입 터미널의 필수적인 구성 요소이며, 가스화기를 올바르게 선택하는 것은 터미널 운영의 안전성, 신뢰성, 경제적 측면에 직접적인 영향을 미칩니다.
