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Abstract LNG FPSO 는 크게 Hull 과 Topside 로 구성되어 있으며, Topside 는 Process System과 Utility System 으로 나뉘어진다. 이 중 Process System 에는 Separation Process(분리 공정), Pretreatment Process(전처리 공정) 그리고 Liquefaction Process(액화 공정)가 있으며, 그 중에서도 Liquefaction Process 는 LNG FPSO Topside Process System 건조 비용의 70 %를 차지하고 있는 핵심공정이다. 이러한 Liquefaction Process 의 Cycle 은 크게 Cascade Liquefaction Cycle, Mixed Refrigerant Cycle, Turbine-Based Cycle 로 분류할 수 있고, 최근 LNG FPSO 에 Mixed Refrigerant Cycle 의 일종인 Dual Mixed Refrigerant(DMR) Cycle 의 적용이 검토되고 있다. DMR Cycle 은 천연가스를 에탄, 프로판, 부탄, 메탄의 혼합냉매로 예냉각을 시킨 후 다시 질소, 메탄, 에탄, 프로판의 혼합냉매를 이용하여 액화시키는 Cycle 로서, 구성 장비에는 압축기, 밸브, 열교환기, 상분리기가 있다. 본 논문에서는 Pre-FEED(Front-End Engineering Design) 단계에서 DMR Cycle 의 최적 운전 조건(Operating Condition), 즉 구성 장비들의 각 흐름별 온도, 유량, 압력, 냉매의 구성성분 비율 및 건도의 최적 값을 도출하였다. 이를 위해 DMR Cycle 의 수학적 모델을 구성하였으며, 설계 변수는 DMR Cycle 의 운전 조건으로 정의하였다. 등호 제약 조건은 질량 보존법칙, 에너지 보존법칙, 등압조건, 등엔트로피 조건, 압축기 효율 조건, 몰분율 보존 조건, 등온 조건, 등엔탈피 조건, 상분리기의 분리 조건, 열교환기의 출력온도 조건 그리고 건도 조건으로부터 도출하였으며, 부등호 제약 조건은 DMR Cycle 의 각 흐름에서의 온도 제약 조건 및 각 장비의 작동을 위한 제약조건으로 정의하였다. 이러한 수학적 모델은 등호 제약 조건의 개수 보다 설계 변수의 개수가 많은 최적화 문제로 볼 수 있으며, 최적 운전 조건의 기준으로 DMR Cycle 의 연간 운전 비용의 최소화 즉 Cycle 에서 요구되는 에너지의 최소화를 목적함수로 정의하였다. 이러한 최적화 문제를 GA(Genetic Algorithm) 방법과 SQP(Sequential Quadratic Programming) 방법을 혼합한 Hybrid 최적화 방법을 사용하여 최적의 운전조건을 결정하였으며, 본 논문에서 도출한 결과와 기존의 연구 결과를 비교 분석하였다.
Publication Date 2010-10-21

이준채, 차주환, 노명일, 황지현, 이규열, "LNG FPSO Topside 의 Liquefaction Process 에 대한 Pre-FEED 단계에서의 Dual Mixed Refrigerant Cycle 최적 운전 조건 결정", 2010년도 대한조선학회 추계학술발표회, 창원, pp. 693-707, 2010.10.21-22


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