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KR20120007641A - Ｌｎｇ의 재기화 시스템 - Google Patents

Ｌｎｇ의 재기화 시스템 Download PDF

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KR20120007641A
KR20120007641A KR1020100068277A KR20100068277A KR20120007641A KR 20120007641 A KR20120007641 A KR 20120007641A KR 1020100068277 A KR1020100068277 A KR 1020100068277A KR 20100068277 A KR20100068277 A KR 20100068277A KR 20120007641 A KR20120007641 A KR 20120007641A
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lng
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seawater
bypass
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김승혁
도경민
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

LNG의 재기화 시스템이 개시된다.
본 발명의 일 실시예는 LNG가 LNG 펌프의 펌핑력에 의해 재기화를 위해 이동하는 경로를 제공하는 재기화라인과, 재기화라인을 통과하는 LNG를 해수와의 열교환에 의해 가열시키는 제 1 가열부와, 재기화라인을 통과하는 LNG를 열매와의 열교환에 의해 가열시키는 제 2 가열부를 포함한다.

Description

ＬＮＧ의 재기화 시스템{LNG REGASIFICATION SYSTEM}
본 발명은 LNG의 재기화 시스템에 관한 것이다.
최근에는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; 이하, 'LNG'라 함)를 운반하기 위한 LNG 운반선에 별도의 재기화 시스템을 탑재하여 해상에서 소비처로 천연가스를 공급할 수 있는 선박들이 등장하고 있으며, 선박 형태뿐만 아니라 해양 구조물 위에 재기화 시스템을 탑재하여 동일한 역할을 수행하도록 구성되는 구조물도 등장하고 있다.
이러한 선박이나 해양 구조물에 탑재된 재기화 시스템은 LNG를 기화시키는 방법에 따라 해수 또는 다른 열매를 이용하여 LNG를 기화시키는 다양한 설비들이 이용될 수 있다.
종래의 재기화 시스템은 열매를 이용한 직접 기화 방식이 주로 적용되었으나, 최근 환경 규제 등으로 인하여 열매를 이용한 간접 기화 방식이 사용되고 있다. 열매로는 프로판 또는 글리콜과 같은 부동액 등이 사용될 수 있으며, 혼합 냉매의 형태도로 사용되고 있다.
이와 같은 간접 기화 방식의 재기화 시스템은 별도의 장치로부터 열을 공급받아 열매를 가열하는 열원으로 스팀이 주로 사용되고 있으며, 환경적인 측면에서 해수를 배출하지 않게 되는 이점을 가진다.
그러나, 이러한 간접 기화 방식의 재기화 시스템은 열효율적인 측면에서 손실이 크며, 해수의 배출 규제가 없는 해역에서 재기화시 해수를 이용하지 못하게 되는 단점을 가진다.
또한, LNG와 열매간의 일회성 열교환으로 인해 재기화 효율을 높이는데 한계를 가지는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명의 실시예는 직접 기화 방식을 적용하여 LNG를 재기화시 열효율을 높이고, LNG의 재기화에 사용되는 해수의 온도를 제어할 수 있도록 함으로써 시스템의 운용 형태에 따라 해수의 이용 및 배출에 대한 유연성을 높이고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, LNG의 재기화를 위한 이동경로를 제공하는 재기화라인과, 상기 재기화라인을 통과하는 LNG를 해수와의 열교환에 의해 가열시키는 제 1 가열부와, 상기 재기화라인을 통과하는 LNG 또는 콜드 NG를 열매와의 열교환에 의해 가열시키는 제 2 가열부를 포함하는 LNG의 재기화 시스템가 제공될 수 있다.
또한, 제 1 가열부는 해수가 저장되는 해수저장탱크와, 상기 해수저장탱크의 해수를 상기 재기화라인 측으로 순환 공급하기 위한 경로를 제공하는 해수순환라인과, 상기 해수순환라인을 통해 순환 공급되는 해수와 상기 재기화라인을 이동하는 LNG를 열교환시키도록 상기 재기화라인에 설치되는 제 1 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 제 2 가열부는 상기 열매의 일부분인 스팀을 발생시키는 보일러와, 상기 보일러의 스팀을 상기 재기화라인 측으로 순환 공급하기 위한 경로를 제공하는 스팀응축수순환라인과, 상기 스팀응축수순환라인을 통해 순환 공급되는 스팀과 상기 재기화라인을 이동하는 LNG 또는 콜드 NG를 열교환시키도록 상기 재기화라인에 설치되고, 상기 스팀과 상기 LNG 또는 상기 콜드 NG의 열교환에 의해 상기 열매의 다른 일부분인 응축수를 생성하는 제 2 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 제 2 가열부는 상기 제 1 가열부의 해수가 이동하는 경로에 설치되며, 상기 스팀응축수순환라인으로부터 공급되는 스팀과의 열교환에 의해, 또는 상기 제 2 열교환기로부터 생성되어 공급되는 응축수와의 열교환에 의해 해수를 가열하는 제 3 열교환기를 더 포함할 수 있다.
또한, 재기화라인에 LNG가 제 1 가열부를 바이패스하도록 설치되는 제 1 바이패스라인과, 제 1 바이패스라인과 재기화라인에 설치되어 LNG의 바이패스 여부를 선택하는 제 1 바이패스밸브부와, 재기화라인에 LNG 또는 콜드 NG가 제 2 가열부를 바이패스하도록 설치되는 제 2 바이패스라인과, 제 2 바이패스라인과 재기화라인에 설치되어 LNG 또는 콜드 NG의 바이패스 여부를 선택하는 제 2 바이패스밸브부를 더 포함할 수 있다.
또한, 해수저장탱크의 해수의 온도 및/또는 상기 재기화라인의 상기 제 1 열교환기 후단의 온도 및/또는 상기 재기화라인의 상기 제 2 열교환기 후단의 온도를 측정하여 감지신호를 출력하도록 설치되는 온도감지부와, 상기 온도감지부로부터 감지신호를 수신받으며, 상기 제 1 및 제 2 바이패스밸브부를 각각 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 해수저장탱크에 설치되어 해수로부터 천연가스를 감지하여 제어부로 감지신호를 출력하는 가스감지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 가열부는 해수가 제 3 열교환기를 바이패스하도록 설치되는 제 3 바이패스라인과, 제 3 바이패스라인과 해수의 이동 경로에 설치되어 해수의 바이패스 여부를 선택하는 제 3 바이패스밸브부를 더 포함하고, 제 3 바이패스밸브부는 온도감지부로부터 해수의 온도에 대한 감지신호를 수신받는 제어부에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예는 직접 기화 방식을 적용함으로써 LNG의 재기화시 열효율을 높일 수 있다.
또한, LNG의 재기화에 사용되는 해수의 온도를 제어할 수 있도록 함으로써 시스템의 운용 형태에 따라 해수의 이용 및 배출에 대한 유연성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG의 재기화 시스템을 도시한 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG의 재기화 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG의 재기화 시스템(100)은 LNG의 이동 경로를 제공하는 재기화라인(110)과, 재기화라인(110)을 통과하는 LNG를 해수와의 열교환에 의해 가열시키는 제 1 가열부(120)와, 재기화라인(110)을 통과하는 것으로서 제 1 가열부(120)에서 바이패스된 LNG 또는 제 1 가열부(120)에서 열교환에 따른 콜드 NG(Cold NG)를 열매와의 열교환에 의해 가열시키는 제 2 가열부(130)를 포함할 수 있다.
재기화라인(110)은 LNG가 LNG 탱크(1)로부터 LNG 펌프(111)의 펌핑력에 의해 재기화를 위해 이동하는 경로를 제공한다.
제 1 가열부(120)는 LNG를 가열하여 기화시키기 위하여, 일례로 해수가 저장되는 해수저장탱크(121)와, 해수저장탱크(121)의 해수를 해수 펌프(122)의 펌핑력에 의해 재기화라인(110) 측으로 순환 공급하기 위한 경로를 제공하는 해수순환라인(123)과, 해수순환라인(123)을 통해 순환 공급되는 해수와 재기화라인(110)을 통해 이동하는 극저온 LNG를 열교환시켜 콜드 NG로 만들도록 재기화라인(110)에 설치되는 제 1 열교환기(124)를 포함할 수 있다.
한편, 해수저장탱크(121)는 해수의 배출이 가능한 해역 등에서 해수의 배출 또는 공급을 위하여 개폐밸브(125)가 설치된 해수라인(126)을 가질 수 있다.
제 2 가열부(130)는 LNG를 가열하여 기화시키기 위하여 열매로서 예컨대, 스팀 또는 응축수를 사용할 수 있으며, 이를 위해 일례로 스팀을 발생시키는 보일러(131)와, 보일러(131)의 스팀을 재기화라인(110) 측으로 순환 공급하기 위한 경로를 제공하는 스팀응축수순환라인(132)과, 스팀응축수순환라인(132)을 통해 순환 공급되는 스팀과 재기화라인(110)을 통해 이동하는 LNG 또는 콜드 NG를 열교환시켜 웜 NG(Warm NG)로 만들도록 재기화라인(110)에 설치되는 제 2 열교환기(133)를 포함할 수 있다.
또는 제 2 열교환기(133)에서는 제 1 바이패스라인(141)을 경유한 LNG와 스팀, 혹은 제 1 바이패스라인(141)을 경유하지 않고 제 1 열교환기(124)를 빠져나온 콜드 NG와 스팀이 열교환하여 응축수가 생성될 수 있다. 이때의 응축수는 해수보다 높은 온도를 갖기 때문에 해수의 가열에 이용될 수 있다.
또한, 제 2 가열부(130)는 스팀 또는 응축수를 이용하여 해수를 가열하도록 제 3 열교환기(134)를 더 포함할 수 있다.
즉, 제 3 열교환기(134)는 제 1 가열부(120)의 해수가 이동하는 경로인 해수순환라인(123)과, 스팀 또는 응축수가 이동하는 경로인 스팀응축수순환라인(132)의 교차 지점에 연결 및 설치됨으로써 스팀응축수순환라인(132)에 의해 제 2 열교환기(133)를 통과한 스팀 또는 제 2 열교환기(133)에서 생성된 응축수를 공급받아 해수를 가열시킨다.
본 발명에 따른 LNG의 재기화 시스템(100)은 해역의 환경적인 제약이나 운용 상태에 따라 LNG의 해수와 스팀 가열을 선택할 수 있도록 제 1 및 제 2 바이패스라인(141,143)과, LNG 또는 스팀의 바이패스를 결정하는 제 1 및 제 2 바이패스밸브부(142,144)를 더 포함할 수 있다.
제 1 바이패스라인(141)은 LNG가 제 1 가열부(120), 구체적으로는 제 1 열교환기(124)를 바이패스하도록 재기화라인(110)에 설치된다.
제 1 바이패스밸브부(142)는 제 1 바이패스라인(141)과 재기화라인(110)에 설치되어 LNG의 바이패스 여부를 선택하는데, 본 실시예에서처럼 3방향 밸브로 이루어지거나, 이와 달리 다수의 2방향 밸브로 이루어질 수 있다.
제 2 바이패스라인(143)은 스팀이 제 2 가열부(130), 구체적으로는 제 2 열교환기(133)를 바이패스하도록 스팀응축수순환라인(132)에 설치된다.
제 2 바이패스밸브부(144)는 제 2 바이패스라인(143)과 스팀응축수순환라인(132)에 설치되어 스팀의 바이패스 여부를 선택하는데, 본 실시예에서처럼 3방향 밸브로 이루어지거나, 이와 달리 다수의 2방향 밸브로 이루어질 수 있다.
제 1 및 제 2 바이패스밸브부(142,144)는 또는 하기의 제 3 바이패스밸브부(128)는 매뉴얼 밸브일 수 있으나, 제어부(146)에 의해 제어되는 전자제어밸브로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서는 해수저장탱크(121)의 해수의 온도 및/또는 재기화라인(110)의 상기 제 1 열교환기(124) 후단의 온도 및/또는 재기화라인(110)의 제 2 열교환기(133) 후단의 온도를 측정하여 감지신호를 출력하도록 설치되는 온도감지부(145, 145a, 145b)와, 이런 온도감지부(145, 145a, 145b)로부터 감지신호를 수신받으며, 제 1 및 제 2 바이패스밸브부(142,144) 또는 제 3 바이패스밸브부(128)를 각각 제어하는 제어부(146)를 더 포함할 수 있다.
제어부(146)는 제 1 바이패스밸브부(142) 및/또는 제 2 바이패스밸브부(144)의 개폐 유량 또는 개폐 타이밍을 조절하여 LNG로부터 재기화되는 콜드 NG 또는 웜 NG의 온도를 제어할 수 있다.
예컨대, 제어부(146)는 콜드 NG 또는 웜 NG 또는 스팀에 대응하게 미리 설정해둔 온도와 상기 감지신호를 비교 체크하여 제 1 바이패스밸브부(142) 및/또는 제 2 바이패스밸브부(144)의 개폐 유량 또는 개폐 타이밍을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 해수저장탱크(121)에는 저장된 해수로부터 천연가스를 감지하여 제어부(146)로 감지신호를 출력하는 가스감지부(147)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 제어부(146)는 가스감지부(147)로부터 감지신호를 수신받으면, 재기화라인(110)에서 LNG의 누설이 발생한다고 판단하여 경보를 발생시키도록 제어신호를 출력하거나, 재기화라인(110)을 통한 LNG의 이동을 억제하도록 LNG의 개폐밸브(미도시)를 제어할 수 있다.
한편, 제 1 가열부(120)는 해수가 제 3 열교환기(134)를 바이패스하도록 해수순환라인(123)에 설치되는 제 3 바이패스라인(127)과, 제 3 바이패스라인(127)과 해수의 이동 경로인 해수순환라인(123)에 설치되어 해수의 바이패스 여부를 선택하는 제 3 바이패스밸브부(128)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제 3 바이패스밸브부(128)는 본 실시예에서처럼 3방향 밸브로 이루어지거나, 다수의 2방향 밸브로 이루어질 수 있으며, 온도감지부(145)로부터 해수의 온도에 대한 감지신호를 수신받는 제어부(146)에 의해 해수가 일정 온도 이상, 예컨대 20도씨 이상일 때 바이패스 동작을 수행하도록 제어될 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 LNG의 재기화 시스템의 작동을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
LNG 탱크(1)에 저장된 LNG가 고압 펌프인 LNG 펌프(111)로 이송되어 가압되고, 가압된 LNG는 재기화라인(110)을 따라 이송되면서 1차로 제 1 가열부(120)에서 해수와의 열교환에 의해 기화되고, 2차로 제 2 가열부(130)에서 열매인 스팀과의 열교환에 의해 기화된다. 이와 같이, LNG에 대한 다단 열교환 방식을 채택함으로써 기화된 천연가스의 온도를 손쉽게 제어할 수 있다.
또한, 제어부(146)는 온도감지부(145)에 의해 측정된 해수가 온도가 일정 온도, 예컨대 20도씨 이하이면 LNG가 제 1 열교환기(124)를 전부 또는 일부 바이패스하도록 함과 아울러, LNG가 제 2 열교환기(133)를 전부 또는 대부분이 통과하도록 제 1 바이패스밸브부(142)를 제어할 수 있다.
또한, 예컨대 해수의 온도가 일정 온도 예컨대 20도씨를 초과하면 LNG가 제 1 열교환기(124)를 전부 또는 대부분 통과하도록 제 1 바이패스밸브부(142)를 제어함과 아울러, 스팀이 제 2 열교환기(133)를 전부 또는 일부 바이패스하도록 제 2 바이패스밸브부(144)를 제어할 수 있다.
이런 와중에, 제어부(146)는 콜드 NG 또는 웜 NG에 대응하게 미리 설정해둔 온도에 따라 제 1 바이패스밸브부(142) 및/또는 제 2 바이패스밸브부(144)의 개폐 유량 또는 개폐 타이밍을 미세하게 조절함으로써, 재기화된 각각의 NG의 온도를 제어할 수 있다.
이와 같이, LNG의 기화시 간접 가열 방식이 아닌 해수와 스팀에 의한 직접 가열 방식을 적용하여 열효율이 높으며, 낮은 온도의 해수를 제 3 열교환기(134)에서 스팀 응축물과 열교환되도록 함으로써 LNG 또는 콜드 NG와 열교환을 마친 해수의 온도 제어가 가능할 뿐만 아니라, 해수저장탱크(121)의 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있다. 그리고, 해수저장탱크(121)의 해수 온도가 너무 높을 경우에는 이를 온도감지부(145)를 통해서 인식하는 제어부(146)가 제 3 바이패스밸브부(128)의 제어에 의해 해수가 제 3 열교환기(134)에서 스팀 응축물과 열교환되지 않고 제 1 열교환기(124)에서만 LNG와 열교환을 수행하도록 한다.
또한, 해수저장탱크(121)를 통한 해수의 배출 및 흡입에 의해 LNG의 재기화가 이루어질 수 있으며, 운용되는 해역이 환경적인 제약이 있을 경우 해수는 해수저장탱크(121)에서 순환하게 되고, LNG 기화에 필요한 열원은 보일러(131)에서 공급되는 스팀을 이용하게 된다. 이때, 보일러(131)가 고장 시 시스템 내에서 결빙 현상이 발생할 수 있는데, 해수저장탱크(121)에 있는 해수의 열용량만큼 LNG가 기화됨으로써 결빙 현상을 막을 수 있다.
그리고, 제 1 및 제 2 열교환기(124,133)에서 누설이 발생하여 해수에 천연가스가 유입될 경우 이를 가스감지부(147)가 감지하여 천연가스 누설에 대하여 신속히 대응할 수 있도록 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 기시된 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
110 : 재기화라인 111 : LNG 펌프
120 : 제 1 가열부 121 : 해수저장탱크
122 : 해수 펌프 123 : 해수순환라인
124 : 제 1 열교환기 125 : 개폐밸브
126 : 해수라인 127 : 제 3 바이패스라인
128 : 제 3 바이패스밸브부 130 : 제 2 가열부
131 : 보일러 132 : 스팀응축수순환라인
133 : 제 2 열교환기 134 : 제 3 열교환기
141 : 제 1 바이패스라인 142 : 제 1 바이패스밸브부
143 : 제 2 바이패스라인 144 : 제 2 바이패스밸브부
145, 145a, 145b : 온도감지부 146 : 제어부
147 : 가스감지부

Claims (8)

  1. LNG의 재기화를 위한 이동경로를 제공하는 재기화라인과,
    상기 재기화라인을 통과하는 LNG를 해수와의 열교환에 의해 가열시키는 제 1 가열부와,
    상기 재기화라인을 통과하는 LNG 또는 콜드 NG를 열매와의 열교환에 의해 가열시키는 제 2 가열부를 포함하는
    LNG의 재기화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가열부는
    해수가 저장되는 해수저장탱크와,
    상기 해수저장탱크의 해수를 상기 재기화라인 측으로 순환 공급하기 위한 경로를 제공하는 해수순환라인과,
    상기 해수순환라인을 통해 순환 공급되는 해수와 상기 재기화라인을 이동하는 LNG를 열교환시키도록 상기 재기화라인에 설치되는 제 1 열교환기를 포함하는
    LNG의 재기화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가열부는
    상기 열매의 일부분인 스팀을 발생시키는 보일러와,
    상기 보일러의 스팀을 상기 재기화라인 측으로 순환 공급하기 위한 경로를 제공하는 스팀응축수순환라인과,
    상기 스팀응축수순환라인을 통해 순환 공급되는 스팀과 상기 재기화라인을 이동하는 LNG 또는 콜드 NG를 열교환시키도록 상기 재기화라인에 설치되고, 상기 스팀과 상기 LNG 또는 상기 콜드 NG의 열교환에 의해 상기 열매의 다른 일부분인 응축수를 생성하는 제 2 열교환기를 포함하는
    LNG의 재기화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 가열부는
    상기 제 1 가열부의 해수가 이동하는 경로에 설치되며, 상기 스팀응축수순환라인으로부터 공급되는 스팀과의 열교환에 의해, 또는 상기 제 2 열교환기로부터 생성되어 공급되는 응축수와의 열교환에 의해 해수를 가열하는 제 3 열교환기를 더 포함하는
    LNG의 재기화 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재기화라인에 LNG가 상기 제 1 가열부를 바이패스하도록 설치되는 제 1 바이패스라인과,
    상기 제 1 바이패스라인과 상기 재기화라인에 설치되어 LNG의 바이패스 여부를 선택하는 제 1 바이패스밸브부와,
    상기 스팀응축수순환라인에 스팀이 상기 제 2 가열부를 바이패스하도록 설치되는 제 2 바이패스라인과,
    상기 제 2 바이패스라인과 상기 스팀응축수순환라인에 설치되어 스팀의 바이패스 여부를 선택하는 제 2 바이패스밸브부를 더 포함하는
    LNG의 재기화 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 해수저장탱크의 해수의 온도 및/또는 상기 재기화라인의 상기 제 1 열교환기 후단의 온도 및/또는 상기 재기화라인의 상기 제 2 열교환기 후단의 온도를 측정하여 감지신호를 출력하도록 설치되는 온도감지부와,
    상기 온도감지부로부터 감지신호를 수신받으며, 상기 제 1 및 제 2 바이패스밸브부를 각각 제어하는 제어부를 더 포함하는
    LNG의 재기화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 해수저장탱크에 설치되어 해수로부터 천연가스를 감지하여 상기 제어부로 감지신호를 출력하는 가스감지부를 더 포함하는
    LNG의 재기화 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 가열부는
    해수가 상기 제 3 열교환기를 바이패스하도록 설치되는 제 3 바이패스라인과,
    상기 제 3 바이패스라인과 해수의 이동 경로에 설치되어 해수의 바이패스 여부를 선택하는 제 3 바이패스밸브부를 포함하고,
    상기 제 3 바이패스밸브부는 온도감지부로부터 해수의 온도에 대한 감지신호를 수신받는 제어부에 의해 제어되는
    LNG의 재기화 시스템.
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