KR101711966B1 - 연료가스 공급시스템 - Google Patents

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Abstract

연료가스 공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크, 저장탱크의 증발가스를 가압하는 압축부를 구비하는 증발가스 공급라인 및 압축부를 통과하여 가압된 증발가스의 일부 또는 압축부 중단의 가압 도중의 증발가스의 일부 중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하고, 재액화라인은 압축부 후단으로부터 분기되어 가압된 증발가스의 일부를 도입하는 제1도입라인과, 압축부 중단으로부터 분기되어 가압 도중의 증발가스의 일부를 도입하는 제2도입라인과, 제1도입라인 또는 제2도입라인을 통해 공급된 증발가스를 냉각시키는 냉각부 및 냉각부를 통과한 증발가스를 감압시키는 팽창기를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

연료가스 공급시스템{FUEL GAS SUPPLYING SYSTEM IN SHIPS}
본 발명은 연료가스 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모할 수 있는 선박용 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
천연가스(Natural Gas)는 통상적으로 저장 및 수송의 용이성을 위해, 천연가스를 약 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상 변화하여 관리 및 운용을 수행하고 있다.
이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화천연가스를 완전히 단열시켜 수용하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다. 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으므로 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.
이에 종래에는 저장탱크의 상측에 마련되는 벤트마스트(Vent mast)로 증발가스를 흘려 보내거나, GCU(Gas Combustion Unit)을 이용하여 증발가스를 태워버리는 방안 등이 이용되었다. 그러나 이는 에너지 효율 면에서 바람직하지 못하므로 증발가스를 액화천연가스와 함께 또는 각각 선박의 엔진에 연료가스로 공급하거나, 냉동 사이클 등으로 이루어지는 재액화장치를 이용해 증발가스를 재액화시켜 활용하는 방안이 이용되고 있다.
한편 천연가스는 메탄(Methane) 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 질소(Nitrogen) 등을 포함하는 혼합물이다. 이 중에서 질소의 끓는 점은 섭씨 약 -195.8도로서, 그 외의 성분인 메탄(끓는 점 섭씨 -161.5도), 에탄(끓는 점 섭씨 -89도) 등에 비해 매우 낮다.
이러한 성질로 인해 증발가스에 함유되는 질소 성분의 함량에 따라 증발가스의 재액화 효율이 달라지게 될 뿐만 아니라, 재액화를 위한 최적의 압력 및 온도도 달라지게 된다. 나아가 액화천연가스를 선박의 저장탱크에 저장 및 수송하는 과정에서 증발가스에 함유되는 질소 성분의 함량은 수시로 변동하는 바, 증발가스의 질소 성분 함량 변화에 용이하게 대응하여 증발가스의 재액화 공정의 효율성 및 일정성을 도모하고, 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 수행할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)
본 발명의 실시 예는 증발가스의 재액화 효율을 유지 및 향상시킬 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 증발가스에 함유된 질소 성분의 함량 변화에 대응하여 증발가스의 재액화 공정을 효율적으로 수행할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크, 상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 압축부를 구비하는 증발가스 공급라인 및 압축부를 통과하여 가압된 증발가스의 일부 또는 상기 압축부 중단의 가압 도중의 증발가스의 일부 중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하고, 상기 재액화라인은 상기 압축부 후단으로부터 분기되어 상기 가압된 증발가스의 일부를 도입하는 제1도입라인과, 상기 압축부 중단으로부터 분기되어 상기 가압 도중의 증발가스의 일부를 도입하는 제2도입라인과, 상기 제1도입라인 또는 상기 제2도입라인을 통해 공급된 증발가스를 냉각시키는 냉각부 및 상기 냉각부를 통과한 증발가스를 감압시키는 팽창기를 포함하여 제공될 수 있다.
증발가스의 질소 성분 함량을 측정하는 질소 함량 측정부를 더 포함하고, 상기 팽창밸브 및 상기 개폐밸브는 상기 질소 함량 측정부에 의해 측정된 질소 함량 정보에 근거하여 개폐 작동이 제어되도록 마련될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 팽창기를 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리하는 기액분리기와, 상기 기액분리기에서 분리된 액체 성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액화가스 회수라인 및 상기 기액분리기에서 분리된 기체 성분을 상기 저장탱크 또는 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 압축부 전단으로 공급하는 증발가스 회수라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 질소 함량 측정부는 상기 증발가스 회수라인에 마련되되 상기 증발가스 회수라인을 따라 이송되는 기체 성분의 유량을 측정하는 유량감지장치를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 증발가스 공급라인 상의 상기 압축부 후단으로부터 분기되어 상기 압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인 및 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 압축부 중단부로부터 분기되어 상기 압축부에 의해 일부 가압된 증발가스를 상기 제1엔진보다 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2엔진 또는 GCU(Gas Combustion Unit)으로 공급하는 제2연료가스 공급라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 냉각부는 상기 제1도입라인 또는 상기 제2도입라인을 통해 공급된 증발가스를 상기 압축부 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환기를 포함하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 증발가스의 재액화 효율을 유지 및 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 증발가스의 함유된 질소 성분의 함량 변화에 대응하여 증발가스의 재액화 공정을 용이하게 수행할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템을 나타내는 개념도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 가압하는 압축부(121)를 구비하는 증발가스 공급라인(120), 증발가스의 질소 성분 함량에 따라 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스의 일부 또는 압축부(121) 중단의 가압 도중의 증발가스의 일부 중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 재액화시키는 재액화라인(130), 증발가스의 질소 성분 함량을 측정하는 질소 함량 측정부(140), 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 후단으로부터 분기되어 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인(150), 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 중단부로부터 분기되어 일부 가압된 증발가스를 제2엔진 또는 GCU(Gas Combustion Unit)으로 공급하는 제2연료가스 공급라인(160)을 포함하여 마련될 수 있다.
이하 실시 예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화탄화수소가스 등 다양한 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.
저장탱크(110)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 발명의 실시 예와 같이 증발가스 공급라인(120)을 거쳐 제1연료가스 공급라인(150) 또는 제2연료가스 공급라인(160)에 의해 엔진의 연료가스로 이용되거나 재액화라인(130)에 의해 재액화되어 저장탱크(110)로 재공급될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 저장탱크(110)의 상부에 마련되는 벤트 마스트(미도시)로 공급하여 증발가스를 처리 또는 소모시킬 수도 있다.
엔진은 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다. 엔진은 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제1엔진과, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2엔진으로 이루어질 수 있다. 일 예로 제1엔진은 상대적으로 고압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진으로 이루어지고, 제2엔진은 상대적으로 저압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진 등으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 엔진 및 다양한 종류의 엔진이 이용되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
증발가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)에 존재하는 증발가스를 가압하여 제1엔진, 제2엔진에 연료가스로서 공급하거나, 재액화라인(130)에 공급하도록 마련될 수 있다. 증발가스 공급라인(120)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 제1연료가스 공급라인(120) 및 재액화라인(130)의 제1도입라인(131)이 분기되어 마련되되, 중단부에는 제2연료가스 공급라인(160) 및 재액화라인(130)의 제2도입라인(132)이 분기되어 마련될 수 있다. 증발가스 공급라인(120)에는 증발가스를 엔진이 요구하는 조건 또는 증발가스의 재액화에 적합한 압력에 맞추어 처리할 수 있도록 복수단의 컴프레서(121a)를 구비하는 압축부(121)가 마련된다.
압축부(121)는 증발가스를 압축하는 컴프레서(121a)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(121b)를 복수단 포함할 수 있다. 엔진이 서로 다른 압력조건을 갖는 복수개의 엔진으로 이루어지는 경우에는 압축부(121)의 중단부로부터 후술하는 제2연료가스 공급라인(160)이 분기되어 제2엔진 또는 GCU로 일부 가압된 증발가스를 공급하도록 마련될 수 있다.
도 1에서는 압축부(121)가 5단의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 엔진의 요구 압력조건 및 온도에 따라 압축부(121)는 다양한 수의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)로 이루어질 수 있다. 또한 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 전단에는 재액화라인(130)의 냉각부(133)가 설치될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
재액화라인(130)은 증발가스의 질소 성분 함량에 따라 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스의 일부 또는 압축부(121) 중단의 가압 도중의 증발가스의 일부 중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 재액화시키도록 마련된다.
재액화라인(130)은 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 후단으로부터 분기되어 가압된 증발가스의 일부를 도입하는 제1도입라인(131), 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 중단으로부터 분기되어 가압 도중의 증발가스의 일부를 도입하는 제2도입라인(132), 제1도입라인(131) 또는 제2도입라인(132)을 통해 공급된 증발가스를 냉각시키는 냉각부(133), 냉각부(133)를 통과한 증발가스를 감압시키는 팽창기(134), 팽창기(134)를 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리하는 기액분리기(135), 기액분리기(135)에서 분리된 액체 성분을 저장탱크(110)로 재공급하는 액화가스 회수라인(136) 및 기액분리기(135)에서 분리된 기체 성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120) 측으로 재공급하는 증발가스 회수라인(137)을 포함할 수 있다.
천연가스는 주성분인 메탄(Methane) 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 질소(Nitrogen) 등을 포함하는 혼합물이다. 이 중 질소의 끓는 점은 섭씨 약 -195.8도로서, 그 외의 성분인 메탄(끓는 점 섭씨 -161.5도), 에탄(끓는 점 섭씨 -89도) 등에 비해 매우 낮다. 질소 성분의 이러한 성질에 따라, 증발가스 함유되는 질소 성분의 함량은 증발가스의 재액화 효율, 증발가스의 재액화를 위한 최적의 압력 및 온도에도 영향을 미친다.
일 예로, 증발가스의 질소 성분의 함량이 약 10 % 에 해당하는 경우, 증발가스를 약 300 bar 수준으로 가압한 후 150 bar 수준으로 감압 시 재액화의 최적온도가 섭씨 약 -100도가 되나, 증발가스의 질소 성분의 함량이 약 5 % 에 해당하는 경우에는 증발가스의 추가 가압, 감압의 공정 없이, 약 100 bar 수준으로 가압하기만 하더라도 재액화의 최적온도가 섭씨 약 -110도에 해당한다. 즉 증발가스의 질소 성분의 함량이 보다 낮아질 경우, 추가적인 가압 및 감압의 공정 없이도 재액화의 최적온도를 적정수준에 맞출 수 있게 된다. 다만, 상기 예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서 당해 수치에 한정되는 것은 아니며, 증발가스의 질소 성분의 함량, 증발가스의 가압정도 및 감압정도에 따라 그 수치는 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
이에 따라 재액화라인(130)은 증발가스의 질소 성분의 함량에 따라 가압 정도를 달리하는 증발가스를 재액화 공정에 도입시킬 수 있도록, 압축부(121) 후단으로부터 분기되어 압축부(121)를 통과하여 완전히 가압된 증발가스의 일부를 도입하되 이를 감압시켜 도입하는 팽창밸브(131a)를 구비하는 제1도입라인(131) 및 압축부(121) 중단으로부터 분기되어 가압 도중의 증발가스의 일부를 도입하는 제2도입라인(132)을 포함하고, 제1도입라인(131) 및 제2도입라인(132)은 후술하는 질소 함량 측정부(140)가 측정한 증발가스의 질소 함량 정보에 근거하여 도입 여부가 선택적으로 제어될 수 있다.
제1도입라인(131)은 증발가스의 질소 성분의 함량이 소정의 수준보다 큰 경우에, 증발가스의 추가적인 가압 및 감압 공정을 거치도록 마련된다. 이를 위해 제1도입라인(131)은 압축부(121)를 모두 통과하여 가압이 완료된 증발가스를 공급받을 수 있도록 압축부(121)의 후단으로부터 분기되어 마련되되, 가압된 증발가스를 1차적으로 감압하여 도입할 수 있도록 팽창밸브(131a)를 구비할 수 있다. 팽창밸브(131a)는 제1도입라인(131)을 따라 이송되는 가압된 증발가스를 감압하여 공급함과 동시에, 작동에 의해 개폐 여부가 조절되어 제1도입라인(131)을 통한 가압된 증발가스의 흐름을 조절할 수 있다. 제1팽창밸브(131a)는 후술하는 제2도입라인(132)의 개폐밸브(132a)와 선택적으로 개폐 작동되도록 마련될 수 있으며, 후술하는 질소 함량 측정부(140)가 측정한 질소 함량 정보에 근거하여 개폐 작동이 제어될 수 있다. 팽창밸브(131a)는 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 팽창기(Expander) 및 개폐밸브를 구비하는 하나의 장치로 이루어지는 경우를 포함한다.
제2도입라인(132)은 증발가스의 질소 성분의 함량이 소정의 수준보다 작은 경우에, 증발가스의 추가적인 가압 및 감압 공정 없이, 가압 도중의 증발가스의 일부를 곧바로 재액화라인(130) 측으로 도입하도록 마련된다. 이를 위해 제2도입라인(132)은 압축부(121)의 중단으로부터 분기되어 마련되되, 가압 도중의 증발가스의 공급여부를 조절하는 개폐밸브(132a)를 구비할 수 있다. 개폐밸브(132a)는 작동에 의해 개폐 여부가 조절되어 제2도입라인(132)을 따라 이송되는 가압 도중의 증발가스의 흐름을 조절할 수 있다. 개폐밸브(132a)는 제1도입라인(131)의 팽창밸브(131a)와 선택적으로 개폐 작동되도록 마련될 수 있으며, 후술하는 질소 함량 측정부(140)가 측정한 질소 함량 정보에 근거하여 개폐 작동이 제어될 수 있다.
도 1에서는 제2도입라인(132)이 5단의 컴프레서(121a)를 포함하는 압축부(121)의 4단의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)의 후단으로부터 분기되어 마련되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 각 컴프레서(121a)의 사양 및 가압 정도에 따라 그 분기되는 지점은 다양하게 변경될 수 있다.
이와 같이 증발가스의 질소 성분 함량에 따라 제1도입라인(131) 또는 제2도입라인(132)에 의해 가압 정도를 달리하는 증발가스를 선택적으로 도입하여 재액화시킴으로써, 재액화 효율의 향상 및 일정성을 도모할 수 있다. 특히 증발가스의 질소 성분 함량이 소정의 수준보다 작은 경우, 제2도입라인(132)에 의해 가압 도중의 증발가스를 곧바로 도입하여 재액화시킴으로써, 불필요한 추가적인 가압 및 감압의 공정을 거치지 않을 수 있으므로 재액화 공정의 효율성을 도모할 수 있게 된다. 또한 제2도입라인(132)이 분기되는 지점의 후단에 마련되는 컴프레서에 가해지는 부하를 저감할 수 있으며, 그 후단의 컴프레서 용량을 낮출 수 있으므로 설비 구축의 비용을 절감할 수 있다.
냉각부(133)는 제1도입라인(131) 또는 제2도입라인(133)을 통해 공급된 증발가스를 냉각시키도록 마련된다. 냉각부(133)는 증발가스를 증발가스 공급라인(120)을 따라 이송되는 압축부(121) 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환기로 이루어질 수 있다. 재액화라인(130)으로 도입되는 증발가스는 압축부(121)에 의해 가압되어 온도 및 압력이 상승한 상태이므로, 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121)를 통과하기 전의 저온의 증발가스와 열교환함으로써 가압된 또는 가압 도중의 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 이와 같이 냉각부(133)를 열교환기로 마련함으로써, 별도의 냉각장치 없이도 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있으므로 불필요한 전원의 낭비를 방지하고 설비가 단순화되어 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.
팽창기(134)는 냉각부(133)의 후단에 마련될 수 있다. 팽창기(134)는 냉각부(133)를 통과하여 냉각된 증발가스를 감압하여 증발가스의 재액화를 도모할 수 있다. 팽창기(134)는 저장탱크(110)의 내부 압력에 상응하는 압력 수준으로 가압된 증발가스를 감압시킬 수 있다. 팽창기(134)는 일 예로 도 1에 도시된 바와 같이 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기액분리기(135)는 팽창기(134)를 통과하면서 냉각 및 감압되어 기액 혼합상태의 증발가스를 수용하되 액체 성분 및 기체 성분을 분리하도록 마련된다. 증발가스는 팽창기(134)를 통과 시 대부분 재액화가 이루어지기는 하나, 감압하는 과정에서 플래쉬 가스(Flash Gas)가 발생함으로써 기체 성분이 발생할 수 있다. 이에 따라 냉각부(133) 및 팽창기(134)를 순차적으로 통과하여 기액분리기(135)로 공급된 기액 혼합상태의 증발가스 중 액체 성분은 후술하는 액화가스 회수라인(136)을 통해 저장탱크(110)로 재공급하고, 기체 성분은 후술하는 증발가스 회수라인(137)에 의해 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 재공급하도록 마련될 수 있다.
액화가스 회수라인(136)은 기액분리기(135)에 의해 분리된 액체 성분을 저장탱크(110)로 재공급하도록 기액분리기(135)와 저장탱크를 연결하도록 마련될 수 있다. 액화가스 회수라인(136)은 그 입구 측 단부가 기액분리기(135)의 하측에 연통되어 마련되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연통되어 마련될 수 있다. 액화가스 회수라인(136)에는 저장탱크(110)로 회수되는 재액화된 증발가스의 공급량을 조절하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있다.
증발가스 회수라인(137)은 기액분리기(135)에 의해 분리된 기체 성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 재공급하도록 기액분리기(135)와 저장탱크(110) 또는 기액분리기(135)와 증발가스 공급라인(120) 사이에 마련될 수 있다. 도 1에서는 증발가스 회수라인(137)이 기액분리기(135) 내부의 기체 성분을 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 전단으로 재공급하는 것으로 도시되어 있으나, 이 외에도 기액분리기(135)로부터 저장탱크(110)로 재공급하거나, 증발가스 공급라인(120) 및 저장탱크(110)로 함께 재공급하는 경우를 모두 포함한다.
질소 함량 측정부(140)는 증발가스의 질소 성분의 함량을 측정하도록 마련된다. 질소 함량 측정부(140)는 연료가스 공급시스템(100) 내를 순환하는 증발가스에 함유된 질소 성분의 함량을 측정하여 전술한 재액화라인(130)의 제1도입라인(131)의 팽창밸브(131a) 또는 제2도입라인(132)의 개폐밸브(132a)의 개폐 작동을 선택적으로 제어할 수 있다.
질소 함량 측정부(140)는 증발가스의 질소 성분 함량을 실시간으로 측정하여 디스플레이로 이루어지는 표시부(미도시)로 질소 함량 정보를 송출하여 선박의 작업자에게 알릴 수 있으며, 작업자는 이에 근거하여 제1도입라인(131)의 팽창밸브(131a) 또는 제2도입라인(132)의 개폐밸브(132a)의 개폐 작동을 수작업으로 수행할 수 있다. 이와는 달리, 질소 함량 측정부(140)는 질소 성분 함량 정보를 제어부(미도시)로 송출하고, 제어부는 이에 근거하여 제1도입라인(131)의 팽창밸브(131a) 또는 제2도입라인(132)의 개폐밸브(132a)를 자동적으로 개폐 작동하도록 마련될 수도 있다.
한편 증발가스의 재액화를 위해 가압된 또는 가압 도중의 증발가스를 냉각부(133)에 의한 냉각 이후 팽창기(134)를 거쳐 감압 시, 기액분리기(135)에서 분리되는 플래쉬 가스 등의 기체 성분에 끓는 점이 낮은 질소 성분이 고농도로 함유된다. 즉 기액분리기(135)에서 분리된 기체 성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 공급하는 증발가스 회수라인(137)에는 고농도의 질소 성분을 함유하는 기체 성분이 흐르게 되고, 이에 따라 증발가스 회수라인(137)을 따라 이송되는 기체 성분의 공급량은 증발가스의 질소 성분의 함량에 큰 영향을 미친다.
이에 질소 함량 측정부(140)는 증발가스 회수라인(137)을 따라 이송되는 기체 성분의 유량을 측정하는 유량감지장치로 이루어질 수 있다. 유량감지장치는 증발가스 회수라인(137)에 마련되어, 증발가스 회수라인(137)을 따라 이송되는 기체 성분의 유량을 측정하고, 이에 근거하여 재액화라인(130)의 제1도입라인(131)의 팽창밸브(131a) 또는 제2도입라인(132)의 개폐밸브(132a)의 개폐 작동을 제어할 수 있다.
도 1에서는 이에 대한 예로서, 질소 함량 측정부(140)가 유량감지장치로 이루어져 증발가스 회수라인(137) 상에 마련된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 질소 함량 측정부(140)는 다양한 방식 또는 원리에 의해 증발가스의 질소 성분의 함량을 측정하는 수단 또는 장치로 이루어질 수 있으며, 그 설치위치 역시 다양한 위치에 설치될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
제1연료가스 공급라인(150)은 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진에 연료가스로 공급하도록 마련된다. 제1연료가스 공급라인(150)은 입구 측 단부가 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 후단으로부터 분기되어 마련되고, 출구 측 단부가 제1엔진에 연결되도록 마련될 수 있다. 증발가스 공급라인(120)의 출구 측 단부의 제1연료가스 공급라인(150) 및 재액화라인(130)의 제1도입라인(131a)이 분기되는 지점에는 삼방밸브(미도시)가 마련되어, 가압된 증발가스의 제1연료가스 공급라인(150) 또는 제1도입라인(131)으로의 공급여부 및 공급량을 조절할 수 있다.
제2연료가스 공급라인(160)은 증발가스 공급라인(120)의 압축부(121)의 중단부로부터 분기되어 마련되어 일부 가압된 증발가스를 제2엔진 또는 GCU로 공급하도록 마련된다. 제2연료가스 공급라인(160)은 입구 측 단부가 압축부(121)의 중단부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 분기되어 일측은 제2엔진, 타측은 GCU에 연결되어 마련될 수 있다.
제2엔진은 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키므로, 증발가스를 압축하는 압축부(121)의 중단부로부터 분기되어 마련됨으로써, 일부 가압된 증발가스를 연료가스로 공급받아 작동될 수 있다. GCU는 제2엔진이 요구하는 연료가스의 공급량보다 제2연료가스 공급라인(160)을 통해 공급되는 일부 가압된 증발가스의 공급량이 더 많은 경우, 잉여의 일부 가압된 증발가스를 공급받아 소모시키도록 마련된다.
도 1에서는 제2연료가스 공급라인(160)이 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 2단의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)의 후단으로부터 분기되어 마련되는 것으로 도시되어 있으나, 그 위치는 컴프레서의 용량 및 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)은 질소 함량 측정부(140)를 통해 증발가스에 함유되는 질소 성분의 함량을 측정하고, 이에 근거하여 증발가스의 재액화 최적압력 및 온도를 용이하게 구현할 수 있도록 가압된 증발가스 또는 가압 도중의 증발가스의 재액화라인(130) 도입을 선택적으로 수행함으로써, 증발가스의 재액화 효율의 향상 및 일정성을 도모하는 효과를 가진다.
이와 더불어, 증발가스의 질소 성분 함량이 소정의 수준보다 낮은 경우에는 가압 도중의 증발가스를 도입하여 재액화시킬 수 있으므로, 증발가스를 가압하는 압축부(121)의 컴프레서(121a) 용량 및 사양을 효율적으로 선택 및 배치할 수 있으며, 이에 따라 설비 구축 및 운용의 효율성을 도모하고, 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 연료가스 공급시스템 110: 저장탱크
120: 증발가스 공급라인 121: 압축부
130: 재액화라인 131: 제1도입라인
131a: 팽창밸브 132: 제2도입라인
132a: 개폐밸브 133: 냉각부
134: 팽창기 135: 기액분리기
136: 액화가스 회수라인 137: 증발가스 회수라인
140: 질소 함량 측정부 150: 제1연료가스 공급라인
160: 제2연료가스 공급라인

Claims (6)

  1. 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 압축부를 구비하는 증발가스 공급라인;
    상기 압축부를 통과하여 가압된 증발가스의 일부 또는 상기 압축부 중단의 가압 도중의 증발가스의 일부 중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 재액화시키는 재액화라인; 및
    증발가스의 질소 성분 함량을 측정하는 질소 함량 측정부;를 포함하고,
    상기 재액화라인은
    상기 압축부 후단으로부터 분기되어 상기 가압된 증발가스의 일부를 도입하는 제1도입라인과, 상기 압축부 중단으로부터 분기되어 상기 가압 도중의 증발가스의 일부를 도입하는 제2도입라인과, 상기 제1도입라인 또는 상기 제2도입라인을 통해 공급된 증발가스를 냉각시키는 냉각부 및 상기 냉각부를 통과한 증발가스를 감압시키는 팽창기를 포함하고,
    상기 질소 함량 측정부에 의해 측정된 질소 함량 정보에 근거하여 상기 제1도입라인 및 상기 제2도입라인 중 어느 하나를 선택적으로 개폐 작동하는 연료가스 공급시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 팽창기를 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리하는 기액분리기와, 상기 기액분리기에서 분리된 액체 성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액화가스 회수라인 및 상기 기액분리기에서 분리된 기체 성분을 상기 저장탱크 또는 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 압축부 전단으로 공급하는 증발가스 회수라인을 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 질소 함량 측정부는
    상기 증발가스 회수라인에 마련되되 상기 증발가스 회수라인을 따라 이송되는 기체 성분의 유량을 측정하는 유량감지장치를 포함하는 연료가스 공급시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증발가스 공급라인 상의 상기 압축부 후단으로부터 분기되어 상기 압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인; 및
    상기 증발가스 공급라인 상의 상기 압축부 중단부로부터 분기되어 상기 압축부에 의해 일부 가압된 증발가스를 상기 제1엔진보다 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2엔진 또는 GCU(Gas Combustion Unit)으로 공급하는 제2연료가스 공급라인을 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는
    상기 제1도입라인 또는 상기 제2도입라인을 통해 공급된 증발가스를 상기 압축부 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환기를 포함하는 연료가스 공급시스템.


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