KR101814718B1 - 선박의 연료공급장치 - Google Patents

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Abstract

선박의 연료공급장치가 개시된다.
이 선박의 연료공급장치는 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 중압 수요처로 공급하기 위한 증발가스 이송라인과, 증발가스 이송라인 상에서 증발가스를 가압하는 메인 압축기와, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 저압 수요처 또는 중압 수요처에 공급하기 위한 액화가스 이송라인과, 액화가스 이송라인 상에서 액화가스를 기체상태의 연료로 기화시키는 기화기와, 액화가스 이송라인 상에서 기체상태의 연료를 가압하는 서브 압축기와, 메인 압축기에서 가압된 증발가스를 서브 압축기로 선택적으로 안내하기 위해, 증발가스 이송라인과 액화가스 이송라인을 연결하는 비상 이송라인을 포함할 수 있다.

Description

선박의 연료공급장치{APPARATUS FOR SUPPLYING FUEL OF SHIP}
본 발명은 선박의 연료공급장치에 관한 것이다.
LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량은 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다.
액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 특히, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
예를 들어, 액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시켜 얻을 수 있다. 액화천연가스는 무색투명한 액체로, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가지므로, 천연가스 이송시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162 ℃의 극저온이므로, LNG는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 예컨대, LNG 운반선의 LNG 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로, LNG 수송과정에서 LNG 저장탱크 내에서는 지속적으로 LNG가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.
이에 저장탱크에서 발생된 증발가스를 중저압의 엔진이나 저압의 발전기의 연료로 사용하기 위한 기술이 요구되고 있다.
공개특허공보 제10-2014-0130997호(2014. 11. 12 공개)
본 발명의 실시예들은 증발가스를 중저압의 탄화수소 연료로 사용할 수 있는 선박의 연료공급장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박의 연료공급장치는, 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 중압 수요처로 공급하기 위한 증발가스 이송라인; 상기 증발가스 이송라인 상에서 상기 증발가스를 가압하는 메인 압축기; 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 저압 수요처 또는 상기 중압 수요처에 공급하기 위한 액화가스 이송라인; 상기 액화가스 이송라인 상에서 상기 액화가스를 기체상태의 연료로 기화시키는 기화기; 상기 액화가스 이송라인 상에서 상기 기체상태의 연료를 가압하는 서브 압축기; 및 상기 메인 압축기에서 가압된 증발가스를 상기 서브 압축기로 선택적으로 안내하기 위해, 상기 증발가스 이송라인과 상기 액화가스 이송라인을 연결하는 비상 이송라인을 포함할 수 있다.
이때, 연료공급장치는 상기 메인 압축기에서 가압된 증발가스를 상기 저압 수요처로 선택적으로 안내하는 분기 이송라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인 압축기는 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하는 제 1 압축기; 및 상기 제 1 압축기에서 가압된 증발가스를 재 가압하는 제 2 압축기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 비상 이송라인은 상기 제 1 압축기 또는 상기 제 2 압축기의 고장시, 상기 제 2 압축기를 통과한 증발가스를 상기 서브 압축기로 안내할 수 있다.
또한, 상기 분기 이송라인은 상기 제 1 압축기 또는 상기 제 2 압축기의 고장시, 상기 제 2 압축기를 통과한 증발가스를 상기 저압 수요처로 안내할 수 있다.
또한, 상기 제 1 압축기는 원심 압축기이고, 상기 제 2 압축기 및 상기 서브 압축기는 왕복 압축기일 수 있다.
또한, 상기 중압 수요처는 10bar ~ 30bar 압력의 연료로 운용되는 엔진이고, 상기 저압 수요처는 5bar ~10bar 압력의 연료로 운용되는 발전기일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 단계적으로 가압함으로써, 증발가스를 중압 및 저압의 탄화수소 연료로 사용할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 메인 압축기 중에서 일부 압축기가 고장인 경우, 메인 압축기를 통과한 연료를 저압 수요처에 공급하거나, 추가적으로 가압하여 중압 수요처에 공급함으로써, 연료공급장치를 효율적으로 운용할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급장치에서, 메인 압축기중에서 일부의 압축기가 고장인 경우, 연료의 흐름 상태를 도시한 상태도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 연료공급장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 연료공급장치에서, 메인 압축기중에서 일부의 압축기가 고장인 경우, 연료의 흐름 상태를 도시한 상태도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급장치에서, 메인 압축기 중에서 일부의 압축기가 고장인 경우, 연료의 흐름 상태를 도시한 상태도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급장치는, 액화가스 저장탱크(300) 내 액화가스 및 증발가스(BOG)를 저압 또는 중압의 연료가 사용되는 저압 수요처(12) 및 중압 수요처(11)에 효과적으로 제공할 수 있다.
여기서, 연료공급장치는 액화가스 저장탱크(300)가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 예를 들어, LNG 운반선, LEG(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다. 그리고 본 실시예에서 저압 수요처(12)는 5bar ~10bar 압력의 연료로 운용되는 발전기일 수 있고, 중압 수요처(11)는 10bar ~ 30bar 압력의 연료로 운용되는 엔진일 수 있다. 하지만 이에 한정되지는 아니하며, 이들 저압 수요처(12) 및 중압 수요처(11)는 저압 또는 중압의 연료가 필요한 다양한 형태의 설비일 수 있다.
이러한 연료공급장치는 액화가스 저장탱크(300), 증발가스 이송라인(110), 메인 압축기(210), 액화가스 이송라인(120), 기화기(13), 서브 압축기(220), 비상 이송라인(130)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 액화가스 저장탱크(300)는 일정 용량의 챔버를 갖는 탱크로, 챔버 내에는 일정 압력으로 압축된 액화가스와, 액화가스에서 발생된 증발가스(BOG)가 수용될 수 있다. 여기서, 액화가스는 가스를 저온에서 액화시켜 수송할 수 있는 모든 액체화물일 수 있다. 예를 들어, LNG, LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG나, 에틸렌, 아세틸렌, 프로필렌 등과 같은 액화 석유화학 가스 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(300)에는 증발가스의 이송을 위한 증발가스 이송라인(110)과, 액화가스의 이송을 위한 액화가스 이송라인(120)이 연결될 수 있다.
증발가스 이송라인(110)은 액화가스 저장탱크(300) 내 증발가스를 중압 수요처(11)로 공급하기 위한 경로를 제공할 수 있다. 이를 위해, 증발가스 이송라인(110)은 액화가스 저장탱크(300)와 중압 수요처(11) 사이를 연결할 수 있다. 그리고 증발가스 이송라인(110)에는 메인 압축기(210)가 마련될 수 있다.
메인 압축기(210)는 증발가스 이송라인(110) 상에 직렬 형태로 배치되는 다수개의 압축기로 구성되고, 액화가스 저장탱크(300)로부터 공급받은 증발가스를 일정 압력 수준(예를 들어, 20bar 수준)으로 가압할 수 있다.
예컨대, 메인 압축기(210)는 액화가스 저장탱크(300)에서 발생된 증발가스를 저압 수준(예를 들어, 10bar)으로 가압하는 제 1 압축기(211)와, 제 1 압축기(211)에서 가압된 증발가스를 중압 수준(예를 들어, 20bar)으로 재 가압하는 제 2 압축기(212)로 구성될 수 있다. 이들 제 1 압축기(211) 및 제 2 압축기(212)는 증발가스 이송라인(110) 상에 직렬로 배치될 수 있다. 다수개의 압축기가 증발가스 이송라인(110) 상에 직렬로 배치하면, 압축기 한 대당 압축 용량을 낮출 수 있다.
본 실시예에서, 제 1 압축기(211)는 원심 압축기(Centrifugal type compressor)로 구성되고, 제 2 압축기(212) 및 서브 압축기(220)는 왕복 압축기(Reciprocation type compressor)로 구성되지만, 이에 한정되지는 아니하며, 이들 압축기는 가스를 저압(5bar ~ 10bar 수준) 및 중압(10bar ~ 30bar 수준)의 압력으로 가압할 수 있는 다양한 종류의 압축기가 사용될 수 있다.
액화가스 이송라인(120)은 액화가스 저장탱크(300) 내 액화가스를 저압 수요처(12) 또는 중압 수요처(11)에 공급하기 위한 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 액화가스 이송라인(120)은 액화가스 저장탱크(300) 내 액화가스를 기화기(13)로 안내하는 제 1 경로(121)와, 기화기(13)를 통과한 기체 상태의 연료를 저압 수요처(12)로 안내하는 제 2 경로(122)와, 기화기(13) 및 서브 압축기(220)를 통과한 기체 상태의 연료를 중압 수요처(11)로 안내하는 제 3 경로(123)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 액화가스 저장탱크(300)에서 펌프(400)에 의해 펌핑된 액화가스는, 제 1 경로(121)를 따라 기화기(13)로 이동되고, 기화기(13)에서 기체상태의 연료로 기화된 후, 제 2 경로(122)를 따라 저압 수요처(12)로 안내되거나, 제 3 경로(123)를 따라 서브 압축기(220)를 통과한 후 중압 수요처(11)로 안내될 수 있다.
기화기(13)는 액화가스 이송라인(120) 상에 마련되어, 펌프(400)에 의해 펌핑된 액화가스를 기화시킨 후, 기체상태의 연료를 저압 수요처(12) 또는 중압 수요처(11)에 공급할 수 있다.
서브 압축기(220)는 액화가스 이송라인(120)의 제 3 경로(123) 상에 설치되어, 기화기(13)에서 공급받은 연료를 중압 수요처(11)에서 원하는 중압 수준의 압력으로 가압할 수 있다. 특히, 서브 압축기(220)는 제 1 압축기(211) 또는 제 2 압축기(212)에서 이상이 발생된 경우, 비상 이송라인(130)을 통해 이송된 연료를 중압 수요처(11)에서 원하는 중압 수준의 압력으로 가압할 수 있다.
비상 이송라인(130)은 메인 압축기(210)에서 가압된 증발가스를 서브 압축기(130)로 선택적으로 안내하기 위한 경로를 제공할 수 있다. 이를 위해, 비상 이송라인(130)은 제 2 압축기(212)의 후단측에 위치한 증발가스 이송라인(110)과, 서브 압축기(220)의 선단측에 위치한 액화가스 이송라인(120) 사이를 연결할 수 있다.
이때, 증발가스 이송라인(110)에 연결되는 비상 이송라인(130)의 분기점에는, 제어밸브(예를 들면, 3웨이 밸브)가 마련될 수 있다. 제어밸브는 제 2 압축기(212)를 통과한 연료의 경로를 증발가스 이송라인(110)에서 비상 이송라인(130)으로 선택적으로 변경할 수 있다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 압축기(211) 또는 제 2 압축기(212)중에서 어느 하나의 압축기가 고장인 경우, 제 2 압축기(212)를 통과한 증발가스(이점 쇄선 표시, 대략 10bar)는 제어밸브에 의해 증발가스 이송라인(110)에서 비상 이송라인(130)으로 안내된 후, 액화가스 이송라인(120)의 서브 압축기(220)로 안내됨으로써, 제 2 압축기(212)를 통과한 연료는, 서브 압축기(220)에서 중압 수준(대략 20bar)으로 가압되어, 중압 수요처(11)로 공급될 수 있다.
본 실시예에서는, 제 1 압축기(211) 또는 제 2 압축기(212)중에서 어느 하나의 압축기가 고장인 경우, 제어밸브에 의해 제 2 압축기(212)를 통과한 증발가스가 서브 압축기(220)로 안내되는 것으로 설명하였지만, 메인 압축기(120)가 정상적으로 작동하는 경우에도, 제어밸브에 의해 제 2 압축기(212)를 통과한 증발가스가 서브 압축기(220)로 안내될 수 있다. 이때, 제 2 압축기(212)를 통과한 증발가스(대략 20bar)는 서브 압축기(220)에서 다시 가압(대략 30bar)된 후, 중압 수요처(11)로 공급될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 연료공급장치를 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 연료공급장치에서, 메인 압축기중에서 일부의 압축기가 고장인 경우, 연료의 흐름 상태를 도시한 상태도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료공급장치는, 액화가스 저장탱크(300), 증발가스 이송라인(110), 메인 압축기(210), 액화가스 이송라인(120), 기화기(13), 서브 압축기(220), 비상 이송라인(130), 분기 이송라인(140)을 포함할 수 있다.
여기서, 분기 이송라인(140)을 제외한 나머지 구성들, 예를 들어, 액화가스 저장탱크(300), 증발가스 이송라인(110), 메인 압축기(210), 액화가스 이송라인(120), 기화기(13), 서브 압축기(220) 및 비상 이송라인(130)은, 일 실시예에서 설명한 액화가스 저장탱크(300), 증발가스 이송라인(110), 메인 압축기(210), 액화가스 이송라인(120), 기화기(13), 서브 압축기(220) 및 비상 이송라인(130)과 대응되므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
분기 이송라인(140)은 메인 압축기(210)에서 가압된 증발가스를 저압 수요처(12)로 선택적으로 안내할 수 있다. 예컨대, 분기 이송라인(140)은 제 1 압축기(211) 또는 제 2 압축기(212)의 고장시, 제 2 압축기(212)를 통과한 증발가스를 저압 수요처(12)로 안내할 수 있다.
이를 위해, 분기 이송라인(140)은 제 2 압축기(212)의 후단측에 위치한 증발가스 이송라인(110)과, 액화가스 이송라인(120)의 제 2 경로(122) 사이를 연결할 수 있다. 이때, 증발가스 이송라인(110)에 연결되는 분기 이송라인(140)의 분기점에는, 제어밸브(예를 들면, 3웨이 밸브)가 마련될 수 있다. 제어 밸브는 제 2 압축기(212)를 통과한 연료의 경로를 증발가스 이송라인(110)에서 분기 이송라인(140)으로 선택적으로 변경할 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 압축기(211) 또는 제 2 압축기(212)중에서 어느 하나의 압축기가 고장인 경우, 제 2 압축기(212)를 통과한 증발가스(이점 쇄선 표시, 대략 10bar)는 제어 밸브에 의해 증발가스 이송라인(110)에서 분기 이송라인(140)으로 안내된 후, 액화가스 이송라인(120)의 제 2 경로(122)를 통해 저압 수요처(12)로 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 단계적으로 가압하여, 증발가스를 중압 및 저압의 탄화수소 연료로 사용할 수 있고, 메인 압축기 중에서 일부 압축기가 고장인 경우, 메인 압축기를 통과한 연료를 저압 수요처에 공급하거나, 추가적으로 가압하여 중압 수요처에 공급하여, 연료공급장치를 효율적으로 운용할 수 있다는 등의 우수한 장점을 가진다.
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, 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: 증발가스 이송라인 120: 액화가스 이송라인
130: 비상 이송라인 140: 분기 이송라인
210: 메인 압축기 211: 제 1 압축기
212: 제 2 압축기 220: 서브 압축기

Claims (7)

  1. 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 중압 수요처로 공급하기 위한 증발가스 이송라인;
    상기 증발가스 이송라인 상에서 상기 증발가스를 가압하는 메인 압축기;
    상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 저압 수요처 또는 상기 중압 수요처에 공급하기 위한 액화가스 이송라인;
    상기 액화가스 이송라인 상에서 액화가스를 기체상태의 연료로 기화시키는 기화기;
    상기 액화가스 이송라인 상에서 상기 기체상태의 연료를 가압하는 서브 압축기;
    상기 메인 압축기에서 가압된 증발가스를 상기 서브 압축기로 선택적으로 안내하기 위해, 상기 증발가스 이송라인과 상기 액화가스 이송라인을 연결하는 비상 이송라인; 및
    상기 메인 압축기에서 가압된 증발가스를 상기 저압 수요처로 선택적으로 안내하는 분기 이송라인을 포함하고,
    상기 메인 압축기는
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하는 제 1 압축기와, 상기 제 1 압축기에서 가압된 증발가스를 재 가압하는 제 2 압축기를 포함하고,
    상기 비상 이송라인은
    상기 제 1 압축기 또는 상기 제 2 압축기의 고장시, 상기 제 2 압축기를 통과한 증발가스를 상기 서브 압축기로 안내하는 선박의 연료공급장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 중압 수요처로 공급하기 위한 증발가스 이송라인;
    상기 증발가스 이송라인 상에서 상기 증발가스를 가압하는 메인 압축기;
    상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 저압 수요처 또는 상기 중압 수요처에 공급하기 위한 액화가스 이송라인;
    상기 액화가스 이송라인 상에서 액화가스를 기체상태의 연료로 기화시키는 기화기;
    상기 액화가스 이송라인 상에서 상기 기체상태의 연료를 가압하는 서브 압축기;
    상기 메인 압축기에서 가압된 증발가스를 상기 서브 압축기로 선택적으로 안내하기 위해, 상기 증발가스 이송라인과 상기 액화가스 이송라인을 연결하는 비상 이송라인; 및
    상기 메인 압축기에서 가압된 증발가스를 상기 저압 수요처로 선택적으로 안내하는 분기 이송라인을 포함하고,
    상기 메인 압축기는
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하는 제 1 압축기와, 상기 제 1 압축기에서 가압된 증발가스를 재 가압하는 제 2 압축기를 포함하고,
    상기 분기 이송라인은
    상기 제 1 압축기 또는 상기 제 2 압축기의 고장시, 상기 제 2 압축기를 통과한 증발가스를 상기 저압 수요처로 안내하는 선박의 연료공급장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기는 원심 압축기이고,
    상기 제 2 압축기 및 상기 서브 압축기는 왕복 압축기인 선박의 연료공급장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 중압 수요처는
    10bar ~ 30bar 압력의 연료로 운용되는 엔진이고,
    상기 저압 수요처는
    5bar ~10bar 압력의 연료로 운용되는 발전기인 선박의 연료공급장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102155564B1 (ko) * 2019-05-08 2020-09-14 (주)대호테크 에너지절약형 다수공장 에어콤프레서 원격 제어장치

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