This study presents the design of a novel boil-off gas (BOG) re-liquefaction technology using a BOG recondenser system. The BOG recondenser system targets the liquefied natural gas (LNG) bunkering operation, in which the BOG phase transition occurs in a pressure vessel instead of a heat exchanger. The BOG that is generated during LNG bunkering operation is characterized as an intermittent flow with various peak loads. The system was designed to temporarily store the transient BOG inflow, condense it with subcooled LNG and store the condensed liquid. The superiority of the system was verified by comparing it with the most extensively employed conventional re-liquefaction system in terms of consumption energy and via an exergy analysis.
The gas-liquid condensation phenomenon in a pressure tank in a thermally stratified state was experimentally investigated. Gas under designated conditions was injected into the pressure tank, which contained low-temperature test fluid in a saturated liquid state (R290), for identification of the pressurisation phenomenon in the thermal stratification state. The gas-liquid condensation phenomenon was qualitatively and quantitatively analysed by investigating the heat and mass transfer at this time. The gas injected from the exterior was partially condensed, yielding a non-equilibrium state between the gas and liquid inside the tank. Further, a temperature stratification phenomenon occurred between the upper and lower regions of the liquid. This non-equilibrium state constitutes a different result to that for gas-liquid condensation obtained through thermodynamic modelling assuming an equilibrium state. The factors affecting the gas-liquid condensation phenomenon include the mass and initial pressure of the liquefied inventory in the test cell, along with the temperature, pressure, and flow rate of the inlet vapour flow. Thus, the gas-liquid condensation phenomenon was experimentally clarified in this study by setting those factors as variables.
본 연구는 증발가스 응축기의 설계에 목적을 두고 있다. 증발가스 응축기는 기존의 재액화 시스템을 보완한 새로운 타입의 액화천연가스 액화 시스템으로 액화천연가스의 유입, 전송 과정이나 장치의 냉각, 액화천연가스 주유 공정에서 발생하는 컨디션이 불안정하고, 컨디션의 변화가 심한 다량의 증발가스를 처리하는데 적합하다. 액화해야 할 증발가스를 압력탱크로 주입하고, 열교환기를 통해 과냉각한 액화천연가스를 탱크에 분사하여 증발가스와 과냉각 액화천연가스사이의 직접 접촉을 통해 증발가스를 액화시키는 특징을 가진다. 증발가스의 액화 위치를 열교환기 대신 압력탱크로 이동하여 주입되는 증발가스의 컨디션이 시스템의 운전에 주는 영향을 줄였으며, 액화시킨 증발가스를 압력탱크에 저장할 수 있어 주유 선박을 이용한 액화천연가스 주유 공정에 활용 가능하다. 정적, 동적 공정모사를 통해 시스템의 운전능력을 검증하였으며, 기존의 재액화 시스템에 비해 에너지, 엑서지 효율에서 우위를 확인하였다.
또한 시스템 설계 및 검증 데이터 확보를 위하여 비평형 가압상태의 탱크 내에서 기-액 응축 현상에 대한 실험적 연구를 수행 하였다. 포화액체 상태의 실험 유체가 담긴 압력 탱크의 내부에 실험 조건의 기체를 주입하여, 탱크 내에서 기체-액체의 직접적인 접촉으로 발생하는 비평형 가압 현상을 확인하였다. 비평형 가압 상태에서의 열역학적 거동은 평형상태를 가정하는 열역학적 모델링과는 다른 결과를 보여주는 것을 발견하였고, 비평형 가압 상태에서 기-액 응축 현상에 영향을 미치는 요인으로 탱크 내 액화물의 질량, 포화 압력과 입력 기체의 온도, 압력, 유량이 있으며, 각각의 요인을 변수로 하여 비평형 가압 상태에서의 기-액 응축 현상을 정성적, 정량적으로 분석하였다.
