KR101512694B1

KR101512694B1 - 액화연료가스의 벤팅 시스템 및 이를 구비한 해상 구조물

Info

Publication number: KR101512694B1
Application number: KR1020140036001A
Authority: KR
Inventors: 정일수
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-04-16

Abstract

액화연료가스의 벤팅 시스템 및 이를 구비한 해상 구조물이 개시된다. 본 발명의 액화연료가스의 벤팅 시스템은, 선체에 마련되어 가스 엔진으로 공급되는 액화연료가스를 제어하는 밀폐형 가스 밸브 유닛; 및 선체에 마련되어 밀폐형 가스 밸브 유닛이 마련되는 영역과 별도의 밀폐된 공간을 형성하며, 액화연료가스를 공급하는 연료가스 공급라인이 밀폐된 공간을 통하여 밀폐형 가스 밸브 유닛으로 연결되는 밀폐 공간부를 포함한다.

Description

액화연료가스의 벤팅 시스템 및 이를 구비한 해상 구조물{LIQUEFIED FUEL GAS VENTING SYSTEM AND OFFSHORE STRUCTURE HAVING THE SAME}

본 발명은 액화연료가스의 벤팅 시스템 및 이를 구비한 해상 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가스 엔진의 연료로 사용되는 액화연료가스의 안전한 사용을 위해 연료가스 공급라인의 가스 누설 감지와 누설된 액화연료가스를 안전하게 배출할 수 있는 액화연료가스의 벤팅 시스템 및 이를 구비한 해상 구조물에 관한 것이다.

최근 유가 상승 등의 영향으로 중유보다 값이 훨씬 싸면서도 청정한 에너지원인 액화연료가스, 예를 들어 LNG(또는 LPG, DME)를 연료로 사용하는 가스 엔진에 대한 관심이 증대되고 있다.

액화연료가스를 연료로 사용하여 동력을 얻거나 발전할 수 있는 선박용 가스 엔진으로는 예를 들어, ME-GI(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진) 엔진과 같은 고압가스 분사엔진과, DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진과 같은 저압가스 분사엔진이 있다.

ME-GI 엔진 또는 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진은 LNG(또는 LPG, DME)를 압축한 후, 분사하여 연소시키는 것으로서 가스분사엔진으로 불려진다. 특히, ME-GI 엔진은 LNG(또는 LPG, DME)를 고압(250 ~ 350 bar)으로 압축한 후, 분사하여 연소시키는 것으로서 고압가스 분사엔진으로 불려진다.

이러한 가스분사엔진은 석유(HFO 또는 MDO)와 연료가스(예를 들어, LNG, LPG, DME) 모두를 연료로 사용하면서, 저출력(예를 들어, 최대출력의 30% 이하)에서는 석유를 엔진으로 공급하여 출력을 얻고, 최대출력의 30% 이상일 때는 석유와 연료가스를 함께 사용하면서 출력을 얻는 구조로 작동된다. 이러한 가스분사엔진의 운전방식은 등록특허 제0396471호에 개시되어 있다.

DFDE 엔진은, LNG를 기화시킨 액화가스를 엔진에 분사해 동력을 얻은 다음 제네레이터를 통해 전력을 생산해 이 전력으로 모터를 돌려 추진력을 얻는 방법을 사용한다.

DFDE 엔진은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 기계 에너지로 환산하는 엔진이 아니라 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 모터(전동기)를 회전시키는 엔진으로, 중속 엔진용으로 일반적으로 사용된다.

한편, 가스분사엔진을 사용하는 경우 가스분사엔진으로 공급되는 연료가스의 압력을 조절하며, 가스의 공급을 빠르고 안정적으로 차단하는 가스 밸브 유닛이 필요하고, 가스 밸브 유닛은 밀폐된 공간에 마련된다.

도 1은 엔진 가스 공급 라인에 가스 벤틸레이션 시스템(Gas Ventilation System)이 마련된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

엔진룸(ER)은 위험 구역으로 분류되며, 도 1에는 엔진룸(ER)의 다른 룸과 완전히 분리된 가스 밸브 유닛룸(GR)에 개방형 가스 밸브 유닛(OG)이 마련된 것이 도시되어 있다. 개방형 가스 밸브 유닛룸(GR)은 가스 타이트(gas tight)가 이루어져야 하고, 개방형 가스 밸브 유닛룸(GR)에 배치되는 전기 장치는 위험 지역 Zone 1에 대한 ATEX 요구(ATEX requirements)를 수행해야 하므로, 엔진룸(ER)의 다른 룸과 완전히 분리된 가스 밸브 유닛룸(GR)에 마련된다.

또한, 가스 밸브 유닛룸(GR)의 입구에는 에어 록(air lock)이 장착돼야 하고, 이 에어 록은 사람 한 명이 지나갈 수 있도록 충분히 커야 한다.

이와 같이 개방형 가스 밸브 유닛(OG)을 엔진룸(ER)에 마련하도록 설계하는 경우 전술한 가스 타이트, 에어 록 등의 장치를 고려해야 하므로 설계도 복잡하고 비용도 증가 됨을 알 수 있다.

나아가, 도 1에 도시된 가스 밸브 유닛(OG)은 개방형이어서, 별도의 가스 밸브 유닛룸(GR)이 필요하다. 가스분사엔진(GE)으로 DFDE 엔진을 채택하는 경우, DFDE 엔진은 저압 엔진이어서 가스 밸브 유닛(OG)과 DFDE 엔진의 응답성을 만족하기 위해 가스 밸브 유닛룸(GR)과 DFDE 엔진과의 거리가 최대 10m 정도로 제약을 받는다. 따라서, 가스 벤틸레이션 시스템의 구성에 있어 최적의 배치를 실현하는 데 제약이 있다.

더욱이 가스분사엔진(GE)으로 연료가스를 공급하는 연료가스 공급라인에서 가스의 누설이 발생 된 경우 가스 밸브 유닛룸(GR)에서 누설된 연료가스를 배출하기 위해 배출팬(F)이 필요하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진룸(ER)의 내부에 각각의 가스 밸브 유닛룸(GR)을 마련하면 가스 밸브 유닛룸(GR)에서 누설된 가스를 배출하기 위해 가스 밸브 유닛룸(GR) 당 각각의 배출팬(F)과 배관 등을 설치해야 하고, 이는 작업 공수와 자재비를 증가시키는 요인이 된다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

한국특허공개공보 제2011-0130059 (대우조선해양 주식회사) 2011.12.05.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 별도의 가스 밸브 유닛룸이 필요 없으며, 정해진 거리 안에서 가스 밸브 유닛을 자유롭게 배치할 수 있고, 가스 배출팬과 관련 자재를 줄여 자재비를 절감할 수 있는 액화연료가스의 벤팅 시스템 및 이를 구비한 해상 구조물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 마련되어 가스 엔진으로 공급되는 액화연료가스를 제어하는 밀폐형 가스 밸브 유닛; 및 상기 선체에 마련되어 상기 밀폐형 가스 밸브 유닛이 마련되는 영역과 별도의 밀폐된 공간을 형성하며, 상기 액화연료가스를 공급하는 연료가스 공급라인이 상기 밀폐된 공간을 통하여 상기 밀폐형 가스 밸브 유닛으로 연결되는 밀폐 공간부를 포함하는 액화연료가스의 벤팅 시스템이 제공될 수 있다.

상기 밀폐형 가스 밸브 유닛은 엔진룸에 마련되고, 상기 밀폐 공간부는 상기 엔진룸과 접한 선체에 마련될 수 있다.

상기 밀폐 공간부는 상기 엔진룸의 최후방과 접한 상기 선체에 마련될 수 있다.

상기 밀폐형 가스 밸브 유닛과 상기 밀폐 공간부를 연결하는 배관은 이중 배관으로 마련될 수 있다.

상기 밀폐 공간부에 마련되어 상기 액화연료가스의 누설을 감지하는 가스 감지센서를 더 포함할 수 있다.

상기 선체에 마련되어 상기 밀폐 공간부로 누설된 상기 액화연료가스를 상기 밀폐 공간부의 외부로 배출시키는 가스 배출팬을 더 포함할 수 있다.

상기 가스 엔진은 저압가스 분사엔진을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 엔진룸에 마련되어 가스 엔진으로 공급되는 액화연료가스를 제어하는 밀폐형 가스 밸브 유닛; 및 상기 엔진룸과 근접된 영역의 선체에 마련되어 상기 밀폐형 가스 밸브 유닛이 마련되는 영역과 별도의 밀폐된 공간을 형성하며, 상기 액화연료가스를 공급하는 연료가스 공급라인이 상기 밀폐된 공간을 통하여 상기 밀폐형 가스 밸브 유닛으로 연결되는 밀폐 공간부를 포함하는 해상 구조물이 제공될 수 있다.

상기 해상 구조물은 LNG 운반선을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 가스 밸브 유닛으로 밀폐형 가스 밸브 유닛을 채택하여 가스 밸브 유닛룸을 설치할 필요가 없어 공간 활용도를 높일 수 있고, 정해진 거리 안에서 밀폐형 가스 밸브 유닛을 자유롭게 배치할 수 있다.

또한, 연료가스 공급라인이 밀폐 공간부의 내부를 통해 밀폐형 가스 밸브 유닛에 연결되어 밀폐 공간부의 내부에서 연료가스 공급라인의 누설이 생겨도 밀폐 공간부에 누설된 액화연료가스가 모여지므로, 하나의 가스 배출팬만 설치하면 되므로 자재비를 줄일 수 있다.

도 1은 엔진 가스 공급 라인에 가스 벤틸레이션 시스템(Gas Ventilation System)이 마련된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화연료가스의 벤팅 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예가 적용되는 해상 구조물의 일 예로 LNG 운반선을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 LNG 운반선의 선미부를 개략적으로 도시한 측면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 실시 예에서 해상 구조물이란 LNG 운반선, LNG RV(LNG Regasification Vessel), 유조선, 컨테이너선 등의 선박은 물론 해상에서 부유 된 채 계류되는 FPSO 등의 구조물을 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화연료가스의 벤팅 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 실시예가 적용되는 해상 구조물의 일 예로 LNG 운반선을 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 LNG 운반선의 선미부를 개략적으로 도시한 측면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 액화연료가스의 벤팅 시스템(1)은, 선체에 마련되어 가스 엔진(E)으로 공급되는 액화연료가스를 제어하는 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)과, 선체에 마련되어 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)이 마련되는 영역과 별도의 밀폐된 공간을 형성하는 밀폐 공간부(20)와, 밀폐 공간부(20)에 마련되어 액화연료가스의 누설을 감지하는 가스 감지센서(30)와, 선체에 마련되어 밀폐 공간부(20)로 누설된 액화연료가스를 밀폐 공간부(20)의 외부로 배출시키는 가스 배출팬(40)을 구비한다.

밀폐형 가스 밸브 유닛(10)은, 가스 엔진(E)으로 공급되는 액화연료가스의 압력을 조절하며, 가스의 공급을 빠르고 안정적으로 차단하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진룸(ER)에 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진룸(ER)의 후방에 복수의 가스 엔진(E)에 대응되는 개수로 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 가스 엔진(E)으로 저압가스 분사엔진 예를 들어 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진을 채택하는 경우 DFDE 엔진으로 공급되는 액화연료가스는 저압(5~10bar)이다.

따라서, 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)과 DFDE 엔진을 10m 이상 떨어트리면 DFDE 엔진으로 공급되는 액화연료가스의 압력을 요구 압력으로 조절할 수 없으므로, 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)은 저압가스 분사엔진으로부터 대략 10m 이내의 위치에 배치된다.

다만, 본 실시 예는 가스 밸브 유닛으로 개방형 가스 밸브 유닛(OG, 도 1 참조)이 아닌 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)을 채택하므로, 가스 밸브 유닛룸(GR, 도 1 참조)을 설치할 필요가 없어, 저압가스 분사엔진으로부터 대략 10m 이내의 거리이면 어떤 위치에도 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)을 설치할 수 있어 최적 배치가 가능하다.

또한, 가스 밸브 유닛룸을 설치할 필요가 없어 그만큼 여유 공간이 생기므로 공간 활용도를 높일 수 있다.

본 실시 예에서 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)은 액화연료가스 엔진에 적용될 수 있고, 바르질라 회사의 "GVU-ED"를 채택할 수 있다.

그리고, 본 실시 예에서 가스 엔진(E)으로는 전술한 DFDE 엔진 외에 ME-GI 엔진, 가스 터빈 엔진 등을 포함할 수 있고, 가스 엔진(E)은 추진용 또는 발전용으로 사용될 수 있다.

밀폐 공간부(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진룸(ER)의 외부로부터 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)으로 연결되는 연료가스 공급라인(L)이 밀폐된 영역에서 연결되도록 한다.

본 실시 예는 연료가스 공급라인(L)에서 누설이 발생 되어도 누설된 액화연료가스가 밀폐 공간부(20)에 모여지므로, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 가스 배출팬(40) 만으로 누설된 액화연료가스를 배출할 수 있다.

그 결과, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 가스 밸브 유닛룸(GR)에서 누설된 액화연료가스를 배출하기 위해 각각의 가스 밸브 유닛룸(GR) 당 배출팬(F)과 관련 배관을 설치할 필요가 없으므로 작업 공수가 줄어들고 자재비를 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 실시 예에서 밀폐 공간부(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진룸(ER)의 최후방 영역의 일부와 접하도록 마련될 수 있고, 선미 탱크에 마련될 수 있다. 일 예로 해상 구조물로 LNG 운반선을 채택하는 경우 밀폐 공간부(20)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 선미 탱크에(APT, After Peak Tank)에 배치되며 엔진룸(ER)의 최후방 벽의 일측부에 접하도록 마련될 수 있다.

또한, 본 실시 예에서 밀폐 공간부(20)는 파이프 트렁크(pipe trunk) 형태로 제작될 수 있다.

그리고, 본 실시 예에서 밀폐 공간부(20)와 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)을 연결하는 연료가스 공급라인(L)은 연료가스 공급라인(L)에 누설이 발생 되어도 엔진룸(ER)으로 누설되지 않고 밀폐 공간부(20)로 모여지도록, 도 2에 도시된 바와 같이, 이중관으로 마련될 수 있다.

가스 감지센서(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 밀폐 공간부(20)의 내부에 마련되어 밀폐 공간부(20)에서 가스의 누설이 감지하며, 가스의 누설 시 전기 신호를 제어부로 전송할 수 있다.

본 실시 예에서 가스 감지센서(30)는 반도체식 가스센서 또는 접촉연소식 가스센서일 수 있다.

가스 배출팬(40)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진룸(ER)의 외부 영역의 선체에 마련되어 가스의 누설 시 밀폐 공간부(20)에 모여진 누설 가스를 대기나 GCU(Gas Combustion Unit) 등의 안전 영역으로 배출시키는 역할을 한다.

본 실시 예는 밀폐 공간부(20)로 마련되고, 밀폐 공간부(20)로 누설된 가스가 모여지므로 전술한 바와 같이 가스 배출팬(40)을 하나만 설치해도 되고, 가스 배출팬(40)과 관련된 배관을 줄일 수 있어 설치 공수 및 자재비를 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 실시 예에서 가스 엔진(E)으로 공급되는 액화연료가스는 LPG, LNG, DME, CNG 등의 가스 연료 중 어느 하나일 수 있고, 해상 구조물이 LNG 운반선 등 LNG 저장탱크(T)를 구비하는 경우 LNG 저장탱크(T)에 저장된 LNG나 BOG(Boil off gas)를 연료가스로 사용할 수도 있다.

이하에서 도 2를 참조하여 본 실시 예의 작동 상태를 간략히 설명한다.

엔진룸(ER)의 외부에서 공급되는 액화연료가스는, 도 2에 도시된 바와 같이, 밀폐 공간부(20)를 통과하는 연료가스 공급라인(L)을 통해 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)과 가스 엔진(E)으로 공급된다.

밀폐 공간부(20)의 내부나 밀폐 공간부(20)와 밀폐형 가스 밸브 유닛(10)을 연결하는 연료가스 공급라인(L)에 가스의 누설이 발생 된 경우 누설된 가스는 밀폐 공간부(20)의 내부에 모여진다.

누설되는 가스의 양이 설정된 양을 초과하는 경우 밀폐 공간부(20)의 내부에 마련된 가스 감지센서(30)가 가스의 누설을 감지하여 제어부로 신호를 전송한다. 제어부는, 엔진이 액화가스 모드(mode)로 운전되는 것을 차단한다. 그리고 가스 배출팬(40)은 엔진이 가스 모드로 운전될 때 항상 운전될 수 있다.

가스 배출팬(40)을 작동시켜 밀폐 공간부(20)의 내부에 모여진 누설 가스를 안전 영역으로 배출한다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 가스 밸브 유닛으로 밀폐형 가스 밸브 유닛을 채택하여 가스 밸브 유닛룸을 설치할 필요가 없어 공간 활용도를 높일 수 있고, 정해진 거리 안에서 밀폐형 가스 밸브 유닛을 자유롭게 배치할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 액화연료가스의 벤팅 시스템 10 : 밀폐형 가스 밸브 유닛
20 : 밀폐 공간부 30 : 가스 감지센서
40 : 가스 배출팬 APT : 선미 탱크
E : 엔진 ER : 엔진룸
F : 배출팬 GE : 가스분사엔진
GR : 가스 밸브 유닛룸 L : 연료가스 공급라인
OG : 개방형 가스 밸브 유닛 T : LNG 저장탱크

Claims

선체에 마련되어 가스 엔진으로 공급되는 액화연료가스를 제어하는 밀폐형 가스 밸브 유닛; 및
상기 선체에 마련되어 상기 밀폐형 가스 밸브 유닛이 마련되는 영역과 별도의 밀폐된 공간을 형성하며, 상기 액화연료가스를 공급하는 연료가스 공급라인이 상기 밀폐된 공간을 통하여 상기 밀폐형 가스 밸브 유닛으로 연결되는 밀폐 공간부를 포함하는 액화연료가스의 벤팅 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐형 가스 밸브 유닛은 엔진룸에 마련되고,
상기 밀폐 공간부는 상기 엔진룸과 접한 선체에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화연료가스의 벤팅 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 밀폐 공간부는 상기 엔진룸의 최후방과 접한 상기 선체에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화연료가스의 벤팅 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐형 가스 밸브 유닛과 상기 밀폐 공간부를 연결하는 배관은 이중 배관으로 마련되는 것을 특징으로 하는 액화연료가스의 벤팅 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐 공간부에 마련되어 상기 액화연료가스의 누설을 감지하는 가스 감지센서를 더 포함하는 액화연료가스의 벤팅 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 선체에 마련되어 상기 밀폐 공간부로 누설된 상기 액화연료가스를 상기 밀폐 공간부의 외부로 배출시키는 가스 배출팬을 더 포함하는 액화연료가스의 벤팅 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐형 가스 유닛은 복수로 마련되고,
상기 밀폐 공간부는 복수의 상기 밀폐형 가스 유닛과 각각 연통되는 것을 특징으로 하는 액화연료가스의 벤팅 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 가스 엔진은 저압가스 분사엔진을 포함하는 액화연료가스의 벤팅 시스템.
엔진룸에 마련되어 가스 엔진으로 공급되는 액화연료가스를 제어하는 밀폐형 가스 밸브 유닛; 및
상기 엔진룸과 근접된 영역의 선체에 마련되어 상기 밀폐형 가스 밸브 유닛이 마련되는 영역과 별도의 밀폐된 공간을 형성하며, 상기 액화연료가스를 공급하는 연료가스 공급라인이 상기 밀폐된 공간을 통하여 상기 밀폐형 가스 밸브 유닛으로 연결되는 밀폐 공간부를 포함하는 해상 구조물.
청구항 9에 있어서,
상기 밀폐 공간부는 상기 엔진룸의 최후방과 접한 상기 선체에 마련되는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
청구항 9에 있어서,
상기 해상 구조물은 LNG 운반선을 포함하는 해상 구조물.