KR101267110B1 - Lng 연료 공급 시스템 - Google Patents

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KR101267110B1
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강민호
한주석
이종범
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 LNG 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, LNG 저장탱크로부터 엔진까지 연결된 연료 공급 라인; 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하는 펌프; 상기 엔진과 상기 펌프 사이의 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 상기 LNG를 글리콜 워터와 열교환시켜 상기 엔진에 공급하는 열교환기; 상기 글리콜 워터를 저장하는 글리콜 탱크; 상기 글리콜 탱크로부터 배출되는 글리콜 워터를 가열한 뒤 상기 열교환기에 공급하는 글리콜 히터; 상기 열교환기로부터 상기 글리콜 탱크로 누출되는 LNG를 감지하는 LNG 유입 감지센서; 및 상기 글리콜 탱크에 연결되며 상기 LNG 유입 감지센서에 의해 LNG의 유입이 감지되면 상기 글리콜 탱크로 유입된 LNG를 외부로 배출시키는 LNG 제거밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, 보일러를 사용하여 생성한 스팀을 통해 글리콜 워터를 가열하고, 글리콜 워터가 LNG를 가열시킬 수 있도록 하여, 효율적으로 LNG를 엔진 요구 온도까지 승온시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, 열교환기가 파손될 시 연료 공급 라인과 글리콜 순환 라인의 압력 차이로 인해 LNG가 글리콜 탱크로 유입될 수 있는데, 이 경우 압력감지센서 등을 통해 글리콜 탱크로의 LNG 유입을 파악한 뒤 유입된 LNG를 외부로 배출시켜서 글리콜 순환 라인을 정상 상태로 회복시킬 수 있으므로, 시스템의 안정성을 높일 수 있다.

Description

LNG 연료 공급 시스템{A Fuel Gas Supply System of Liquefied Natural Gas}
본 발명은 LNG 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.
그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.
그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 글리콜 워터를 스팀으로 가열하고, 가열된 글리콜 워터를 이용하여 LNG를 엔진 요구 온도까지 가열하는 방식을 사용함으로써, 가열 효율을 증대시킬 수 있는 LNG 연료 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 열교환기가 예상치 못한 요인으로 인해 파손될 경우, 상대적으로 압력이 높은 연료 공급 라인을 순환하는 LNG가 압력이 낮은 글리콜 순환 라인을 따라 글리콜 탱크에 유입될 경우, 글리콜 탱크의 압력을 토대로 LNG의 유입을 감지하여 LNG를 외부로 배출시킴으로써 글리콜 탱크의 내압을 원상 복귀시킬 수 있는 LNG 연료 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, LNG 저장탱크로부터 엔진까지 연결된 연료 공급 라인; 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하는 펌프; 상기 엔진과 상기 펌프 사이의 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 상기 LNG를 글리콜 워터와 열교환시켜 상기 엔진에 공급하는 열교환기; 상기 글리콜 워터를 저장하는 글리콜 탱크; 상기 글리콜 탱크로부터 배출되는 글리콜 워터를 가열한 뒤 상기 열교환기에 공급하는 글리콜 히터; 상기 열교환기로부터 상기 글리콜 탱크로 누출되는 LNG를 감지하는 LNG 유입 감지센서; 및 상기 글리콜 탱크에 연결되며 상기 LNG 유입 감지센서에 의해 LNG의 유입이 감지되면 상기 글리콜 탱크로 유입된 LNG를 외부로 배출시키는 LNG 제거밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 LNG 유입 감지센서는, 상기 글리콜 탱크의 일측에 설치되어 상기 글리콜 탱크의 압력을 파악하는 압력감지센서일 수 있다.
구체적으로, 상기 LNG 유입 감지센서는, 상기 글리콜탱크의 일측에 설치되어 상기 글리콜 탱크로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도감지센서일 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기는, 상기 LNG 유입 감지센서가 LNG의 누출을 감지할 경우 가동을 중지할 수 있다.
구체적으로, 상기 LNG 제거밸브는, LNG 제거 라인에 의해 글리콜 탱크에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 LNG 제거 라인의 끝단에 구비되며 상기 글리콜 탱크로부터 배출되는 LNG와 글리콜 워터의 혼합 유체에서 LNG를 제거하는 LNG 제거 트레이를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 일단이 상기 LNG 제거 트레이에 연결되고 타단이 상기 글리콜 탱크에 연결되어 상기 LNG 제거 트레이에서 상기 LNG의 제거 후 잔류한 글리콜 워터를 상기 글리콜 탱크로 복귀시키는 글리콜 워터 복귀 라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 글리콜 탱크에 저장된 상기 글리콜 워터를 상기 글리콜 히터에 공급하는 글리콜 펌프를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 글리콜 펌프는, 메인 글리콜 펌프와 보조 글리콜 펌프를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기는, 상기 LNG를 글리콜 워터와 열교환시켜서 상기 LNG를 가열하고 상기 글리콜 워터를 냉각시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 글리콜 히터는, 보일러에 의해 생성되는 스팀을 사용하여 글리콜 워터를 가열할 수 있다.
본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, 보일러를 사용하여 생성한 스팀을 통해 글리콜 워터를 가열하고, 글리콜 워터가 LNG를 가열시킬 수 있도록 하여, 효율적으로 LNG를 엔진 요구 온도까지 승온시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, 열교환기가 파손될 시 연료 공급 라인과 글리콜 순환 라인의 압력 차이로 인해 LNG가 글리콜 탱크로 유입될 수 있는데, 이 경우 압력감지센서 등을 통해 글리콜 탱크로의 LNG 유입을 파악한 뒤 유입된 LNG를 외부로 배출시켜서 글리콜 순환 라인을 정상 상태로 회복시킬 수 있으므로, 시스템의 안정성을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템에서 LNG 저장탱크의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 LNG 연료 공급 시스템(1)은, LNG 저장탱크(10), 엔진(20), 펌프(30), 전기히터(40)를 포함한다. 이하 본 명세서에서, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있다.
종래의 LNG 연료 공급 시스템(1)은, 전기에너지를 공급받아 LNG를 직접 가열하는 전기히터(40)를 사용하였다. 그러나 전기히터(40)를 구동하기 위하여 필요한 전기에너지는, 연료를 사용하여 발전기(도시하지 않음)를 구동하여야만 획득할 수 있기 때문에, 연료 소비에 의한 비용 문제와, 연료 연소 시 발생하는 배기에 의한 환경오염 문제 등이 발생될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템에서 LNG 저장탱크의 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템(2)은, LNG 저장탱크(10), 엔진(20), 펌프(30), 열교환기(50), 글리콜 탱크(61), 글리콜 펌프(62), 글리콜 히터(63)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 LNG 저장탱크(10), 엔진(20), 펌프(30) 등은 종래의 LNG 연료 공급 시스템(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
LNG 저장탱크(10)는, 엔진(20)에 공급될 LNG를 저장한다. LNG 저장탱크(10)는 LNG를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 LNG 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, LNG 저장탱크(10)는, 외조 탱크(11), 내조 탱크(12), 단열부(13)를 포함한다. 외조 탱크(11)는 LNG 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.
내조 탱크(12)는, 외조 탱크(11)의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 14)에 의해 외조 탱크(11)의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때 서포트(14)는 내조 탱크(12)의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크(12)의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크(12)의 측면에도 구비될 수 있다.
내조 탱크(12)는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크(12)를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크(12)의 내부에 구비된 LNG가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크(12)의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.
내조 탱크(12)의 내부에는 배플(Baffle; 15)이 구비될 수 있다. 배플(15)은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플(15)이 설치됨에 따라 내조 탱크(12) 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크(12)가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.
단열부(13)는, 내조 탱크(12)와 외조 탱크(11)의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크(12)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 단열부(13)는 진공상태일 수 있다. 단열부(13)를 진공으로 형성함에 따라, LNG 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 LNG 저장탱크(10)는 진공의 단열부(13)를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 진공 형태의 단열부(13)를 외조 탱크(11)와 내조 탱크(12) 사이에 구비하는 압력 탱크형 LNG 저장탱크(10)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 LNG 저장탱크(10)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.
엔진(20)은, LNG 저장탱크(10)로부터 공급되는 LNG를 통해 구동되어 추력을 발생시킨다. 이때 엔진(20)은 MEGI 엔진(20)일 수 있고, 이중연료 엔진(20)일 수도 있다.
엔진(20)이 이중연료 엔진(20)일 경우, LNG와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 LNG 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 엔진(20)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
엔진(20)은 LNG의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 엔진(20) 구동 시 최종적으로 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진하게 된다.
물론 본 실시예에서 엔진(20)은 프로펠러를 구동하기 위한 엔진(20)일 수 있으나, 발전을 위한 엔진(20) 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진(20)일 수 있다. 즉 본 실시예는 엔진(20)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 엔진(20)은 LNG의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
LNG 저장탱크(10)와 엔진(20) 사이에는 LNG를 전달하는 연료 공급 라인(21)이 설치될 수 있고, 연료 공급 라인(21)에는 펌프(30), 열교환기(50) 등이 구비되어 LNG가 엔진(20)에 공급되도록 할 수 있다.
이때 연료 공급 라인(21)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 LNG의 공급량이 조절될 수 있다.
펌프(30)는, 연료 공급 라인(21) 상에 마련되며, LNG 저장탱크(10)로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압한다. 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함한다.
부스팅 펌프(31)는, LNG 저장탱크(10)와 고압 펌프(32) 사이의 연료 공급 라인(21) 상에, 또는 LNG 저장탱크(10) 내에 구비될 수 있으며, 고압 펌프(32)에 충분한 양의 LNG가 공급되도록 하여 고압 펌프(32)의 공동현상(cavitation)을 방지한다. 또한 부스팅 펌프(31)는 LNG 저장탱크(10)로부터 LNG를 빼내어서 LNG를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있다.
LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(31)는 LNG 저장탱크(10)로부터 배출되는 LNG를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 LNG는 여전히 액체 상태일 수 있다.
고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하여, 엔진(20)에 LNG가 공급되도록 한다. LNG는 LNG 저장탱크(10)로부터 약 10bar 정도의 압력으로 배출된 후 부스팅 펌프(31)에 의해 1차로 가압되는데, 고압 펌프(32)는 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액체상태의 LNG를 2차로 가압하여, 후술할 열교환기(50)에 공급한다.
이때 고압 펌프(32)는 LNG를 엔진(20)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 엔진(20)에 공급함으로써, 엔진(20)이 LNG를 통해 추력을 생산하도록 할 수 있다.
고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 LNG를 고압으로 가압하되, LNG가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 높은 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때 초임계 상태인 LNG의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높은 -20℃ 이하일 수 있다.
또는 고압 펌프(32)는, 액체 상태의 LNG를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 LNG란 LNG의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태이다.
구체적으로 고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 LNG를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, LNG의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, LNG를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 과냉액체 상태인 LNG의 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 -140℃ 내지 -60℃일 수 있다.
열교환기(50)는, 엔진(20)과 펌프(30) 사이의 연료 공급 라인(21) 상에 마련되며, 펌프(30)로부터 공급되는 LNG를 글리콜 워터와 열교환시켜서 엔진(20)에 공급한다. 열교환기(50)에 LNG를 공급하는 펌프(30)는 고압 펌프(32)일 수 있으며, 열교환기(50)는 과냉액체 상태 또는 초임계 상태의 LNG를 고압 펌프(32)에서 배출되는 압력인 200bar 내지 400bar를 유지하면서 가열시켜서, 40도 내지 60도의 초임계 상태의 LNG로 변환한 후 엔진(20)에 공급할 수 있다.
고압 펌프(32)가 LNG를 어떠한 상태로 상변화 시키는지에 따라, 열교환기(50)가 LNG에 공급하는 열의 양이 달라질 수 있다. 즉 고압 펌프(32)가 LNG를 초임계 상태로 상변화시킬 경우, 열교환기(50)는 LNG를 -20도에서 40 내지 60도까지 가열하여야 하는 반면, 고압 펌프(32)가 LNG를 과냉액체 상태로 상변화 시킬 경우 열교환기(50)는 LNG를 -60도에서 40 내지 60도까지 가열하여야 한다.
본 실시예에서의 열교환기(50)는, 글리콜 히터(63)로부터 공급되는 글리콜 워터를 사용하여 LNG를 가열할 수 있다. 글리콜 워터라 함은 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)과 물을 혼합한 유체로서, 글리콜 히터(63)에서 가열되고 열교환기(50)에서 냉각되어 순환할 수 있다.
열교환기(50)에서 LNG와 열교환한 후 토출되는 글리콜 워터의 온도는, 앞서 언급한 고압 펌프(32)의 LNG 상변화에 따라 달라질 수 있다. 즉 고압 펌프(32)가 LNG를 과냉액체 상태로 상변화시킨 후 열교환기(50)에 공급하면, 글리콜 워터는 과냉액체 상태인 LNG를 40도 내지 60도까지 가열하면서 냉각될 수 있고, 또는 고압 펌프(32)가 LNG를 초임계 상태로 상변화시킨 후 열교환기(50)에 공급하면, 글리콜 워터는 과냉액체 상태보다 온도가 높은 초임계 상태의 LNG를 엔진(20) 요구 온도까지 가열하면서 냉각될 수 있다. 이때 과냉액체 상태의 LNG와 열교환하는 경우의 글리콜 워터는, 초임계 상태의 LNG와 열교환하는 경우의 글리콜 워터보다 낮은 온도로 냉각된 후 글리콜 탱크(61)로 순환될 수 있다.
글리콜 탱크(61)는, 글리콜 워터를 저장할 수 있다. 글리콜 탱크(61)는 글리콜 워터의 크래킹(Cracking; 물의 상변화로 인해 물과 에틸렌글리콜이 분리되는 현상)을 방지할 수 있는 온도로 글리콜 워터를 보관할 수 있다.
글리콜 탱크(61)의 하류에는 글리콜 펌프(62)가 구비되어, 글리콜 펌프(62)에 의해 일정량의 글리콜 워터가 글리콜 탱크(61)로부터 글리콜 히터(63)로 유입될 수 있다. 또한 글리콜 탱크(61)의 상류에는 열교환기(50)가 연결되어, LNG에 열을 공급하고 냉각된 글리콜 워터가 글리콜 탱크(61)로 재유입될 수 있다.
글리콜 탱크(61)와 글리콜 펌프(62), 글리콜 히터(63) 및 열교환기(50)는, 글리콜 순환 라인(64)에 의해 연결될 수 있다. 즉 글리콜 워터는 글리콜 순환 라인(64)을 따라 유동하면서, 글리콜 탱크(61), 글리콜 펌프(62), 글리콜 히터(63), 열교환기(50) 순으로 이동하여 가열 또는 냉각될 수 있다.
글리콜 펌프(62)는, 글리콜 탱크(61)에 저장된 글리콜 워터를 글리콜 히터(63)에 공급한다. 글리콜 펌프(62)는 글리콜 탱크(61)의 하류에 구비될 수 있으며, 메인 글리콜 펌프(621)와 보조 글리콜 펌프(622)를 포함할 수 있다.
글리콜 워터를 이용한 LNG 가열 시, 기본적으로는 메인 글리콜 펌프(621)에 의해 글리콜 워터가 글리콜 탱크(61)로부터 글리콜 히터(63)로 이송되며, 메인 글리콜 펌프(621)의 구동에 문제가 발생하였거나 또는 메인 글리콜 펌프(621)의 최대 공급 유량을 상회하는 유량의 글리콜 워터를 글리콜 히터(63)에 공급하여야 할 경우(글리콜 히터(63)의 배출 유량이 메인 글리콜 펌프(621)의 토출 유량보다 상대적으로 많을 경우를 의미한다.)에는, 보조 글리콜 펌프(622)가 작동되어 글리콜 워터의 순환을 보조할 수 있다.
이를 통해 본 실시예는, 메인 글리콜 펌프(621)가 파손 등의 이유로 가동을 하지 못할 경우에도, 보조 글리콜 펌프(622)를 통해 글리콜 워터의 순환을 지속할 수 있으므로, 글리콜 워터가 열교환기(50)에서 글리콜 탱크(61)로 배출되지 못하여 저온의 LNG와 지속적으로 열교환됨에 따라 글리콜 워터에 포함된 물이 냉각되어 글리콜 워터로부터 분리되는 크래킹 현상을 방지할 수 있다.
메인 글리콜 펌프(621)와 보조 글리콜 펌프(622)는 병렬로 배치되며, 글리콜 탱크(61)로부터 분지되는 글리콜 순환 라인(64)에 각각 연결될 수 있다. 즉 글리콜 순환 라인(64)은 글리콜 탱크(61)의 하류에서 분지되어 메인 글리콜 펌프(621)와 보조 글리콜 펌프(622)에 각각 연결되며, 메인 글리콜 펌프(621) 및 보조 글리콜 펌프(622)의 하류에 연결되는 각 글리콜 순환 라인(64)은 병합되어 글리콜 히터(63)에 연결될 수 있다.
글리콜 히터(63)는, 글리콜 탱크(61)로부터 배출되는 글리콜 워터를 가열한 뒤 열교환기(50)에 공급한다. 글리콜 히터(63)는 글리콜 워터를 일정 온도로 가열함으로써, 글리콜 워터가 열교환기(50)에서 충분한 열을 LNG에 공급하도록 할 수 있다.
글리콜 히터(63)는 전기에너지를 사용하여 글리콜 워터를 가열할 수도 있으나, 본 실시예는 스팀을 사용할 수 있다. 즉 글리콜 히터(63)에는 보일러(도시하지 않음)에 의해 생성되는 스팀이 공급되며, 스팀은 글리콜 워터에 열을 공급하고 글리콜 워터는 스팀을 냉각시켜서, 글리콜 워터는 가열되고 스팀은 응축수로 응축될 수 있다.
이때 응축수는 응축수 탱크(도시하지 않음)를 통해 보일러로 재유입되어 스팀으로 변화한 뒤 다시 글리콜 히터(63)에 유입될 수 있으며, 스팀에 의해 가열된 글리콜 워터는 글리콜 히터(63)로부터 배출되어 열교환기(50)에 유입될 수 있다.
본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템(2)은, LNG 유입 감지센서(65), LNG 제거밸브(66)를 더 포함할 수 있다.
LNG 유입 감지센서(65)는, 열교환기(50)로부터 글리콜 탱크(61)로 누출되는 LNG를 감지한다. LNG는 연료 공급 라인(21)을 따라 LNG 저장탱크(10)에서 부스팅 펌프(31), 고압 펌프(32), 열교환기(50)를 통해 엔진(20)으로 공급되는데, 이때 LNG는 200bar 내지 400bar에 이를 정도로 고압 상태이다. 반면 글리콜 워터의 경우, 글리콜 탱크(61)에서 글리콜 펌프(62), 글리콜 히터(63)를 순환할 때 LNG의 압력 대비 상당히 저압 상태에 놓여있을 수 있다.
이 경우 예상치 못한 요인에 의하여 열교환기(50)가 파손되면, 고압인 LNG는 상대적으로 저압인 글리콜 순환 라인(64)을 따라 유입될 수 있고, LNG와 글리콜 워터가 함께 글리콜 탱크(61)로 유입될 수 있다.
이때 글리콜 탱크(61)에는 LNG가 유입됨에 따라 내압이 급상승할 수 있으며, 글리콜 탱크(61)는 압력을 견디지 못하고 파괴될 위험이 있다. 또한 글리콜 탱크(61)의 내압 상승으로 인해 열교환기(50)로부터 유입된 LNG가 글리콜 펌프(62)까지 순환할 수 있으며, 가열된 LNG가 글리콜 펌프(62)로 유입되면, LNG의 기체 입자에 의하여 글리콜 펌프(62) 또한 파손될 수 있다.
따라서 본 실시예는, 열교환기(50)가 어떠한 요인에 의하여 파손됨에 따라 LNG가 글리콜 순환 라인(64)으로 유입할 경우, LNG 유입 감지센서(65)를 통해 이를 감지하고 대처할 수 있다.
LNG 유입 감지센서(65)는, 글리콜 탱크(61)의 일측에 설치되는 압력감지센서일 수 있다. 열교환기(50)에서 배출된 LNG는 200bar 내지 400bar의 고압이므로, 소량의 LNG가 누출되어 글리콜 탱크(61)에 유입되더라도 글리콜 탱크(61)의 내압은 급상승할 수 있다.
따라서 LNG 유입 감지센서(65)는, 글리콜 탱크(61)의 압력을 파악하여 글리콜 탱크(61)에 LNG가 유입된 것을 확인할 수 있다. 이때 LNG 유입 감지센서(65)는, 글리콜 탱크(61) 내에 연결되거나, 글리콜 탱크(61)의 상류 또는 하류에 설치될 수 있다.
반면 LNG 유입 감지센서(65)는, 글리콜 탱크(61)의 일측에 설치되는 온도감지센서일 수 있다. LNG가 글리콜 워터와 함께 열교환기(50)에서 글리콜 탱크(61)로 유입될 경우, 글리콜 워터만 글리콜 탱크(61)에 유입되는 경우 대비 열교환기(50)와 글리콜 탱크(61)를 연결하는 글리콜 순환 라인(64)의 온도가 다소 낮아질 수 있다. 따라서 LNG 유입 감지센서(65)는 글리콜 탱크(61)의 상류에 설치되어 글리콜 탱크(61)로 유입되는 유체의 온도를 감지하여 LNG의 누출을 파악할 수 있다.
다만 LNG가 누출되더라도 열교환기(50)에서 글리콜 탱크(61)까지 흐르는 유체의 온도는 높은 차이를 보이지 않을 수 있으므로, LNG 유입 감지센서(65)는 복수 개로 구성되어 온도감지센서와 압력감지센서를 포함하며, 글리콜 탱크(61)의 상류 온도와 글리콜 탱크(61)의 내부 압력을 각각 측정함으로써 LNG의 누출을 명확히 감지할 수 있다.
LNG 유입 감지센서(65)가 LNG의 누출을 감지할 경우 열교환기(50)의 파손이 추정되므로, 열교환기(50)는 LNG 유입 감지센서(65)와 통신하여 LNG 누출 시 가동을 중지할 수 있다. 이 경우 엔진(20)에 공급되는 LNG의 흐름이 멈출 수 있다.
LNG 제거밸브(66)는, 글리콜 탱크(61)에 연결되며 LNG 유입 감지센서(65)에 의해 LNG의 유입이 감지되면 글리콜 탱크(61)로 유입된 LNG를 외부로 배출시킨다. LNG 제거밸브(66)는 LNG 제거 라인(67)에 의해 글리콜 탱크(61)에 연결되며, LNG 제거밸브(66)의 개방 시 글리콜 탱크(61) 내부의 LNG는 LNG 제거 라인(67)을 따라 외부로 배출될 수 있다. LNG 유입 감지센서(65)가 LNG의 누출을 감지할 때 열교환기(50)가 즉시 가동을 중지할 수 있으나, 이미 누출된 LNG에 의해 글리콜 탱크(61)의 내압이 급상승할 위험이 있으므로, 누출된 LNG는 LNG 제거밸브(66)에 의해 제거될 필요가 있다.
LNG 제거밸브(66)는 본 발명의 LNG 연료 공급 시스템(2)의 정상 가동 시에는 밀폐된 상태를 유지할 수 있으나, LNG 유입 감지센서(65)에 의해 열교환기(50)로부터 글리콜 탱크(61)로의 LNG 유입이 감지되면 개방되어, 글리콜 탱크(61) 내부로 유입된 LNG가 외부로 배출될 수 있도록 하여, 글리콜 탱크(61)의 내압을 낮출 수 있다.
이때 LNG 제거밸브(66)는 기설정 시간 동안만 개방되어 글리콜 탱크(61) 내부의 LNG를 배출시키거나, 또는 LNG 유입 감지센서(65)의 감지가 중단될 때까지 개방될 수 있으며, LNG 제거밸브(66)의 개방 시 글리콜 탱크(61)의 출구는 차단 밸브(도시하지 않음) 등에 의해 차단되어, LNG가 글리콜 펌프(62)로 유입되는 것을 막을 수 있다.
다만 글리콜 탱크(61)로 유입되는 LNG는 고압이므로, LNG 제거밸브(66)가 LNG 제거 라인(67)을 따라 LNG가 외부로 방출되도록 할 경우, LNG 제거 라인(67)에는 LNG와 글리콜 워터가 혼합된 유체가 배출되어 글리콜 워터의 양이 감소할 수 있다.
따라서 본 실시예는 LNG 제거밸브(66)가 개방된 후 밀폐되면, 글리콜 탱크(61)가 글리콜 워터의 양을 재측정하고, 글리콜 워터가 기설정 수위 이하임이 감지되면 글리콜 워터의 보충이 필요함을 알림할 수 있다.
LNG 제거 라인(67)의 끝단에는 LNG 제거 트레이(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. LNG 제거 트레이는, 글리콜 탱크(61)로부터 배출되는 LNG와 글리콜 워터의 혼합 유체에서 LNG만을 제거하고 글리콜 워터를 재사용하기 위한 것으로서, 유체를 담을 수 있고 상방의 일부분이 개방된 형태일 수 있다.
글리콜 탱크(61)에서 배출된 LNG는 이미 글리콜 워터에 의해 열교환된 상태이므로 LNG 제거 트레이에 공급된 LNG는 상방의 개방된 부분을 따라 자연스럽게 배출될 수 있다. 그러나 LNG와 열교환한 글리콜 워터는 여전히 액체 상태에 놓여있을 수 있으므로, LNG 제거 트레이에서는 LNG만 분리될 수 있다.
이때 LNG의 제거 후 잔류한 글리콜 워터는, 글리콜 탱크(61)로 복귀될 수 있다. 이를 위해 LNG 제거 트레이는 글리콜 워터 복귀 라인(도시하지 않음)의 일단이 연결되며, 글리콜 워터 복귀 라인의 타단은 글리콜 탱크(61)에 연결될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 스팀에 의해 가열되는 글리콜 워터를 사용하여 LNG를 엔진(20) 요구 온도까지 가열함으로써, 전기에너지의 사용량을 절감하여 에너지를 절약하고, 친환경 시스템을 구축할 수 있다.
또한 본 실시예는, 열교환기(50)의 파손으로 인해 LNG가 글리콜 탱크(61)로 유입되더라도, LNG의 유입을 감지하여 글리콜 탱크(61) 내부의 LNG가 외부로 배출될 수 있도록 함으로써 글리콜 탱크(61)의 내압을 일정하게 유지할 수 있다.
1: 종래의 LNG 연료 공급 시스템 2: 본 발명의 LNG 연료 공급 시스템
10: LNG 저장탱크 11: 외조 탱크
12: 내조 탱크 13: 단열부
14: 서포트 15: 배플
20: 엔진 21: 연료 공급 라인
30: 펌프 31: 부스팅 펌프
32: 고압 펌프 40: 전기히터
50: 열교환기 61: 글리콜 탱크
62: 글리콜 펌프 621: 메인 글리콜 펌프
622: 보조 글리콜 펌프 63: 글리콜 히터
64: 글리콜 순환 라인 65: LNG 유입 감지센서
66: LNG 제거밸브 67: LNG 제거 라인

Claims (11)

  1. LNG 저장탱크로부터 엔진까지 연결된 연료 공급 라인;
    상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하는 펌프;
    상기 엔진과 상기 펌프 사이의 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 상기 LNG를 글리콜 워터와 열교환시켜 상기 엔진에 공급하는 열교환기;
    상기 글리콜 워터를 저장하는 글리콜 탱크;
    상기 글리콜 탱크로부터 배출되는 글리콜 워터를 가열한 뒤 상기 열교환기에 공급하는 글리콜 히터;
    상기 열교환기로부터 상기 글리콜 탱크로 누출되는 LNG를 감지하는 LNG 유입 감지센서; 및
    상기 글리콜 탱크에 연결되며 상기 LNG 유입 감지센서에 의해 LNG의 유입이 감지되면 상기 글리콜 탱크로 유입된 LNG를 외부로 배출시키는 LNG 제거밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 LNG 유입 감지센서는,
    상기 글리콜 탱크의 일측에 설치되어 상기 글리콜 탱크의 압력을 파악하는 압력감지센서인 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 LNG 유입 감지센서는,
    상기 글리콜탱크의 일측에 설치되어 상기 글리콜 탱크로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도감지센서인 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 LNG 유입 감지센서가 LNG의 누출을 감지할 경우 가동을 중지하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 LNG 제거밸브는,
    LNG 제거 라인에 의해 글리콜 탱크에 연결되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 LNG 제거 라인의 끝단에 구비되며 상기 글리콜 탱크로부터 배출되는 LNG와 글리콜 워터의 혼합 유체에서 LNG를 제거하는 LNG 제거 트레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    일단이 상기 LNG 제거 트레이에 연결되고 타단이 상기 글리콜 탱크에 연결되어 상기 LNG 제거 트레이에서 상기 LNG의 제거 후 잔류한 글리콜 워터를 상기 글리콜 탱크로 복귀시키는 글리콜 워터 복귀 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 글리콜 탱크에 저장된 상기 글리콜 워터를 상기 글리콜 히터에 공급하는 글리콜 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 글리콜 펌프는,
    메인 글리콜 펌프와 보조 글리콜 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 LNG를 글리콜 워터와 열교환시켜서 상기 LNG를 가열하고 상기 글리콜 워터를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 글리콜 히터는,
    보일러에 의해 생성되는 스팀을 사용하여 글리콜 워터를 가열하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
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