KR102140228B1 - 선박용 연료유 전환 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 연료유 전환 시 연료유 저장탱크의 수위 차로 인하여 연료유 유입 속도가 다른 경우에도 안정적으로 연료유를 전환할 수 있는, 선박용 연료유 전환 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박용 연료유 전환 방법은, 제1 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가 제2 연료유로 연료를 전환하는 선박용 연료유 전환 방법에 있어서, 상기 제2 연료유를 엔진으로 공급하는 제2 조절밸브를 일정 시간에 걸쳐 개방하고, 제1 연료유를 엔진으로 공급하는 제1 조절밸브를 일정 시간에 걸쳐 폐쇄하여, 연료유를 전환하며, 상기 제2 조절밸브의 개방 속도 및 제1 조절밸브의 폐쇄 속도는, 상기 엔진으로 공급하는 연료유의 온도를 측정하여, 현재 온도 측정값과 기준 온도 측정값의 온도차가 제1 온도차인 경우에는 제1 속도로 제어하고, 현재 온도 측정값과 기준 온도 측정값의 온도차가 제2 온도차인 경우에는 제2 속도로 제어함으로써, 상기 제1 연료유를 저장하는 제1 저장탱크의 수위와 제2 연료유를 저장하는 제2 저장탱크의 수위에 관계없이, 제1 연료유와 제2 연료유의 혼합 비율을 제어할 수 있다.

Description

선박용 연료유 전환 방법 및 시스템 {Fuel Oil Change Over Method and System for Vessel}
본 발명은, 연료유 전환 시 각 연료유 저장탱크의 수위 차로 인하여 연료유의 유입 비율이 서로 다른 경우에도 안정적으로 연료유를 전환할 수 있는, 선박용 연료유 전환 방법 및 시스템에 관한 것이다.
선박에 탑재된 엔진의 연료로 사용할 수 있는 연료유에는, HFO(Heavy Fuel Oil), MGO(Marine Gas Oil), MDO(Marine Diesel Oil) 등이 있다.
HFO는 원유에서 휘발유, 등유, 경유 등을 뽑아낸 후 얻어지는 흑갈색의 점성유로, 액체 형태로 얻어지는 석유 제품 중 가장 밀도가 높다. HFO는 점도가 약 180 내지 700 cSt에 이르기 때문에, 100℃ 내지 140℃ 정도로 가열하여야만, 엔진에서 요구하는 약 20 cSt 이하의 조건을 만족시킬 수 있다.
MGO와 MDO는, HFO보다 품질이 높은 해상 연료유로서, 잔사유의 포함 여부 및 황 함유량에 따라 구분된다. MGO와 MDO는 점성이 낮아 엔진에서 요구하는 점도 조건을 만족시키기 위해 별도의 가열 공정을 필요로 하지 않는다.
또한, 특히, LSMGO(Low Sulphur Marine Gas Oil)는 황 함유량이 HFO에 비해 현저히 낮기 때문에, 배기가스에 황산화물(SOx)이 없거나 거의 없다. 따라서, 선박이 배기가스 배출규제지역을 운항하거나, 배출규제 항구를 출입하는 경우에는 연료유로서 반드시 MGO(특히 LSMGO)나 MDO를 연료로 사용해야 한다.
하지만, LSMGO는 HFO에 비해 고가이므로, 선박의 운항 상황에 따라 적합한 연료유로 변경하여 엔진에 공급해 주는 것이 효율적이다.
선박에 탑재된 엔진으로 연료유를 전환하여 공급하는 데 있어서, 연료유 자동 전환 시스템(Automatic Fuel Oil Change Over System)이 적용되고 있다. 연료유 자동 전환 시스템은, 각 연료유의 유동 제어 밸브(flow control valve)를 설정된 일정 시간 동안 열고 닫는 로직으로 구성되어 있다.
즉, HFO에서 LSMGO로 연료유를 전환하여 공급하고자 할 때, HFO 유동 제어 밸브를 설정된 일정 시간에 걸쳐 닫고, LSMGO 유동 제어 밸브를 설정된 일정 시간에 걸쳐 열도록 자동제어되는 로직(logic)으로 구성된다.
이와 같은 종래의 연료유 자동 전환 시스템은, 전자동(full automatic)이라는 점에서 선주의 만족도가 높고, 가격이 저렴하다는 장점이 있다.
상술한 종래의 연료유 자동 전환 시스템은, 각 연료유 저장탱크로부터 엔진 측으로 유입되는 연료유의 혼합 비율이 경우에 따라 매우 다양하게 달라진다.
HFO는 HFO 저장탱크에, LSMGO는 LSMGO 저장탱크에 각각 저장되어 있는데, 본 출원인은 각 저장탱크의 연료유 수위 차가 연료유 전환 시 각 연료유의 유입 비율을 다르게 한다는 점을 발견하였다.
예를 들어, HFO를 연료로 사용하다가 LSMGO로 연료를 전환할 때, HFO와 LSMGO의 혼합 연료를 사용하는 과정이 포함된다. 이때, HFO와 LSMGO의 혼합 비율 조절이 잘못되어 엔진에서 요구하는 연료유의 점도나 온도 등의 조건을 충족시키지 못하게 되면 엔진과 각종 장비들에 급격한 열팽창이나 열수축을 일으킬 수 있고, 누설, 윤활 기능 상실, 마모 등의 손상이 일어날 수도 있다.
즉, 연료유가 유입되도록 밸브를 개방하더라도, 연료유 저장탱크의 수위에 따라 어떤 경우에는 HFO가 많이 유입되고, 어떤 경우에는 LSMGO가 많이 유입되는 등의 문제가 발생한다. 이와 같이 연료유의 유입 비율을 안정적으로 제어하지 못한다면, 엔진에 심각한 문제를 초래할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 오랜 시간에 걸쳐 서서히 연료를 전환하면, 혼합된 연료유의 급격한 온도 및 점도 변화를 방지할 수는 있으나, 전환에 소요되는 시간이 길어질수록 고가의 LSMGO 또는 MDO의 사용량이 많아져, 경제적인 손실이 생긴다. 또한, 연료유의 전환이 완료될 때까지, 기관실에서 시스템의 상태를 확인해야하는 번거로움이 있고 시스템 조작의 정밀도가 떨어지므로 선호도가 낮다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 연료유 탱크의 수위 차에 따라 달라지는 연료유의 유입 비율을 안정적으로 조절함으로써 안전하게 연료유를 전환할 수 있는 선박용 연료유 전환 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 제1 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가 제2 연료유로 연료를 전환하는 선박용 연료유 전환 방법에 있어서, 상기 제2 연료유를 엔진으로 공급하는 제2 조절밸브를 일정 시간에 걸쳐 개방하고, 제1 연료유를 엔진으로 공급하는 제1 조절밸브를 일정 시간에 걸쳐 폐쇄하여, 연료유를 전환하며, 상기 제2 조절밸브의 개방 속도 및 제1 조절밸브의 폐쇄 속도는, 상기 엔진으로 공급하는 연료유의 온도를 측정하여, 현재 온도 측정값과 기준 온도 측정값의 온도차가 제1 온도차인 경우에는 제1 속도로 제어하고, 현재 온도 측정값과 기준 온도 측정값의 온도차가 제2 온도차인 경우에는 제2 속도로 제어함으로써, 상기 제1 연료유를 저장하는 제1 저장탱크의 수위와 제2 연료유를 저장하는 제2 저장탱크의 수위에 관계없이, 제1 연료유와 제2 연료유의 혼합 비율을 제어할 수 있는, 선박용 연료유 전환 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 온도차는 제2 온도차보다 작고, 상기 제1 속도는 제2 속도보다 빠를 수 있다.
바람직하게는, 상기 온도차가 제1 온도차이면, 상기 연료유의 혼합 비율이 비정상임을 인지하여 상기 제1 조절밸브 및 제2 조절밸브를 제1 속도로 제어하고, 상기 온도차가 제2 온도차이면, 상기 연료유의 혼합 비율이 정상임을 인지하여 상기 제1 조절밸브 및 제2 조절밸브를 상기 제1 속도보다 느린 제2 속도로 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 온도차가 제3 온도차이면, 상기 연료유의 전환이 완료되었음을 인지하여 상기 제1 조절밸브 및 제2 조절밸브의 변위를 유지시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 조절밸브 및 제2 조절밸브에 의해 유입된 연료유는 연료유 공급펌프에 의해 가압되어 상기 엔진으로 공급되고, 상기 연료유의 온도는 상기 연료유 공급펌프의 후단에서, 상기 엔진으로 공급하는 연료유의 유량을 측정하기 전에 측정할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 제1 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가, 제2 연료유로 전환하여 사용하는 선박용 연료유 전환 시스템에 있어서, 상기 연료유를 가압하여 엔진으로 공급하는 연료유 공급펌프; 상기 연료유 공급펌프에 의해 가압되어 엔진으로 공급되는 연료유의 유량을 측정하여 제어부로 전송하는 유량계; 상기 유량계와 연료유 공급펌프 사이에 설치되며, 상기 연료유 공급펌프에 의해 가압되어 엔진으로 공급되는 연료유의 온도를 측정하여 제어부로 전송하는 제1 온도 측정부; 제1 저장탱크로부터 상기 연료유 공급펌프로 제1 연료유가 유입되도록 유로를 제어하는 제1 조절밸브; 제2 저장탱크로부터 상기 연료유 공급펌프로 제2 연료유가 유입되도록 유로를 제어하는 제2 조절밸브; 및 상기 제1 온도 측정부에서 측정한 현재 온도와 이전 온도를 비교한 온도 비교값에 의해 상기 제1 조절밸브 및 제2 조절밸브의 개방 또는 폐쇄 속도를 제어하는 제어부;를 포함하여, 상기 제1 저장탱크 및 제2 저장탱크의 수위가 같거나 다르더라도, 상기 제어부의 설정 변경없이 상기 제1 조절밸브 및 제2 조절밸브의 개방 또는 폐쇄 속도가 상기 온도 비교값에 의해 자동 제어되는 선박용 연료유 전환 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 연료유 공급펌프에 의해 가압된 연료유 및 상기 엔진에서 사용하고 남은 나머지 연료유를 더 가압하여 엔진으로 공급하는 연료유 순환펌프; 상기 연료유 순환펌프에 의해 엔진으로 공급되는 연료유의 점도를 조절하는 히터; 상기 연료유 순환펌프에 의해 엔진으로 공급되는 연료유의 점도를 측정하여 상기 제어부로 전송하는 점도 측정부; 및 상기 연료유 순환펌프에 의해 엔진으로 공급되는 연료유가 상기 히터로 공급되거나 상기 히터를 우회하여 엔진으로 공급되도록 유로를 제어하는 제2 제어밸브;를 포함하고, 상기 제2 제어밸브는, 상기 제1 조절밸브가 개방 변위일 때에는 연료유가 상기 히터를 우회하도록 제어되고, 상기 제1 조절밸브가 폐쇄 변위일 때에는 연료유의 적어도 일부가 상기 히터로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 연료유 공급펌프에 의해 가압된 연료유 및 상기 엔진에서 사용하고 남은 나머지 연료유를 더 가압하여 엔진으로 공급하는 연료유 순환펌프; 상기 엔진으로 공급되는 연료유의 점도를 조절하는 쿨러; 상기 연료유 순환펌프에 의해 엔진으로 공급되는 연료유의 점도를 측정하여 상기 제어부로 전송하는 점도 측정부; 및 상기 연료유 공급펌프로부터 연료유 순환펌프로 공급되는 연료유가 상기 연료유 순환펌프로 공급되거나 상기 쿨러로 공급되도록 유로를 제어하는 3방향 밸브;를 포함하고, 상기 3방향 밸브는, 상기 제1 조절밸브가 개방 변위일 때에는 연료유의 적어도 일부가 상기 쿨러로 공급되도록 제어되고, 상기 제1 조절밸브가 폐쇄 변위일 때에는 연료유가 상기 연료유 순환펌프로 공급되도록 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 선박용 연료유 전환 방법 및 시스템은, 신속하고 안전하게 연료유를 자동 전환하여 엔진의 연료로 공급할 수 있다.
또한, 연료유 전환 시, 전자동 연료유 전환으로, 연료유 혼합 비율(mixing ratio)을 안정적으로 조절함으로써, 엔진의 성능 및 시스템 운용의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 엔진에서 요구하는 연료유의 온도 및 점도 조건을 충족시킬 수 있어 장비가 손상되는 문제를 방지할 수 있고, 연료유를 자동으로 전환할 수 있으므로, 비용을 절감할 수 있으며 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
하기 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 방법 및 시스템을 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템 및 방법은, 이중 연료 엔진 또는 오일 연료 엔진이 구비된 선박에 적용될 수 있다.
이중 연료 엔진은, 디젤유(diesel oil), 중유(heavy fuel oil), MGO(Marine Gas Oil) 등 이종의 오일 연료를 연료로 사용할 수 있고, 또한 천연가스(natural gas)와 같은 가스 연료도 연료로 사용할 수 있으며, 예를 들어, ME-GI 엔진(MAN Electronic Gas Injection Engine), DFDE(Dual Fuel Diesel Electric Engine), X-DF 엔진(eXtra long stroke Dual Fuel Engine) 등이 있다.
또한, 본 실시예에서 엔진은 선박의 추진용 메인엔진 및 전력을 생산하는 발전 엔진을 모두 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 방법 및 시스템은, 연료유를 메인엔진 및 발전엔진으로 모두 공급할 수 있다.
본 실시예의 따른 선박용 연료유 전환 시스템은, 연료유를 저장하는 연료유 저장탱크(T1, T2, T3); 연료유 저장탱크(T1, T2, T3)에 저장된 연료유를 가압하여 엔진(E)의 연료로 공급하는 연료유 공급펌프(110); 및 연료유 순환펌프(210);를 포함하고, 다수개의 밸브; 및 다수개의 밸브를 제어하는 제어부(300);를 포함한다.
본 실시예의 연료유 저장탱크(T1, T2, T3)는 각각 서로 다른 종류의 연료유를 저장한다. 연료유로서는, HFO(Heavy Fuel Oil) 등 고유황 연료유, MGO(Marine Gas Oil), LSMGO(Low Sulphur Marine Gas Oil) 등 저유황 연료유 및 ULSFO(Ultra Low Sulphur Fuel Oil) 등 초저유황 연료유일 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 연료로서 LSMGO가 사용되고 제2 연료로서 HFO가 사용되며, 제3 연료로서 MDO가 사용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 본 실시예의 연료유 저장탱크(T1, T2, T3)는 LSMGO를 저장하는 제1 저장탱크(T1); HFO를 저장하는 제2 저장탱크(T2); 및 MDO를 저장하는 제3 저장탱크(T3);를 포함할 수 있다.
본 실시예의 엔진은, HFO, LSMGO, MDO 및 HFO, LSMGO, MDO 중 어느 둘 이상을 혼합한 혼합유를 연료로서 사용할 수 있고, 본 실시예의 선박용 연료유 전환 방법은, HFO로부터 LSMGO, HFO로부터 MDO 및 그 역순으로 연료유를 전환하여 엔진의 연료로 공급할 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 다수개의 연료유 저장탱크가 LSMGO를 저장하는 제1 저장탱크(T1), HFO를 저장하는 제2 저장탱크(T2), MDO를 저장하는 제3 저장탱크(T3) 등 3개의 연료유 저장탱크를 포함하는 것을 예로 들어 설명하지만, 연료유 저장탱크의 개수와 연료유의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템은, 제1 저장탱크(T1)와 연료유 공급펌프(110)를 연결하며, 제1 저장탱크(T1)로부터 LSMGO가 연료유 공급펌프(110)로 이송되는 유로를 제공하는 제1 공급라인(L1); 제2 저장탱크(T2)와 연료유 공급펌프(110)를 연결하며, 제2 저장탱크(T2)로부터 HFO가 연료유 공급펌프(110)로 이송되는 유로를 제공하는 제2 공급라인(L2); 및 제3 저장탱크(T3)와 제1 공급라인(L1)을 연결하며 제3 저장탱크(T3)로부터 MDO가 연료유 공급펌프(110)로 이송되는 유로를 제공하는 제3 공급라인(L3);를 포함할 수 있다.
본 실시예의 다수개의 밸브는, 제1 공급라인(L1)에 설치되며, 개폐제어에 의해 제1 저장탱크(T1)로부터 LSMGO가 연료유 공급펌프(110)로 공급되도록 유로를 개방하거나, 제3 저장탱크(T3)로부터 MDO가 연료유 공급펌프(110)로 공급되도록 유로를 개방하는 제1 개폐밸브(V1); 개폐제어에 의해 제1 저장탱크(T1)로부터 연료유 공급펌프(110)로 이송되는 LSMGO의 유량 및 속도를 조절하는 제1 조절밸브(V11); 및 제1 조절밸브(V11)와 연료유 공급펌프(110) 사이에 설치되며 제1 저장탱크(T1)로부터 연료유 공급펌프(110)로 이송되는, 또는 제3 저장탱크(T3)로부터 연료유 공급펌프(110)로 이송되는 연료유가 제1 저장탱크(T1) 또는 제3 저장탱크(T3) 측으로 역류하는 것을 방지하기 위한 제1 체크밸브(V21);를 포함할 수 있다.
또한, 제2 공급라인(L2)에 설치되며, 개폐제어에 의해 제2 저장탱크(T2)로부터 연료유 공급펌프(110)로 이송되는 HFO의 유량 및 속도를 조절하는 제2 조절밸브(V12); 및 제2 조절밸브(V12)와 연료유 공급펌프(110) 사이에 설치되며, 제2 저장탱크(T2)로부터 연료유 공급펌프(110)로 이송되는 연료유가 제2 저장탱크(T2) 측으로 역류하는 것을 방지하기 위한 제2 체크밸브(V22);를 포함할 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 연료유의 전환 시에 제1 조절밸브(V11) 및 제2 조절밸브(V12)가 모두 개방되도록 제어되는 상태가 존재하게 되는데, 이때에는 제1 저장탱크(T1)로부터 LSMGO 또는 제3 저장탱크(T3)로부터 MDO와 제2 저장탱크(T2)로부터 HFO가 모두 연료유 공급펌프(110)로 유입된다. 본 실시예의 제1 체크밸브(V21) 및 제2 체크밸브(V22)는 이 과정에서 이종의 연료유, 예를 들어 HFO가 역류하여 제1 저장탱크(T1)로 유입되는 것을 방지할 수도 있다.
본 실시예의 제1 개폐밸브(V1), 제1 조절밸브(V11) 및 제2 조절밸브(V12)는 제어부(300)에 의해 원격 자동제어되는 것을 기본으로 하나, 비상시에는 수동으로도 조작이 가능하도록 구비된다.
또한, 본 실시예의 다수개의 밸브는, 연료유 저장탱크(T1, T2, T3)로부터 연료유가 배출되는 연료유 공급라인(L1, L2)에 각각 설치되는 긴급차단밸브(V41, V42, V43);를 더 포함할 수 있다. 긴급차단밸브(V41, V42, V43)는, 공압 또는 유압에 의해 개폐가 제어되며, 기관실 내에 화재가 발생하는 등 긴급상황에서 연료유의 공급을 차단함으로써, 화재가 더 커지는 것을 방지하기 위하여 설치된다.
긴급차단밸브(V41, V42, V43)는 제어부(300)에 의해 원격 제어될 수 있고, 화재 등 긴급상황이 발생하면 자동으로 제어되도록 설정되어 있을 수도 있으며, 수동으로 제어될 수도 있다.
본 실시예의 연료유 공급펌프(110)는, 다수개의 연료유 저장탱크(T1, T2, T3) 중 어느 하나 이상으로부터 배출된 연료유를 가압하여, 엔진(E) 측으로 공급한다. 연료유 공급펌프(110)는 다수개가 병렬로 설치될 수 있고, 다수개의 연료유 공급펌프(110) 중 어느 하나 이상이 연료유를 가압하여 엔진(E) 측으로 공급할 때, 나머지 연료유 공급펌프(110) 중 어느 하나 이상은 작동중인 연료유 공급펌프(110)의 리던던시 역할을 하도록 구성될 수 있다.
또한, 엔진(E)으로 공급하는 연료유를 전환할 때, 연료유 공급펌프(110)는 서로 다른 종류의 연료유가 혼합된 혼합유를 가압하여 엔진(E) 측으로 공급한다.
연료유 공급펌프(110)로 유입되는 혼합유는, 제1 조절밸브(V11) 및 제2 조절밸브(V12)의 제어에 의해 일정한 비율로 혼합된 후 연료유 공급펌프(110)로 유입된다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 연료유 공급펌프(110)로부터 배출된 압축 연료유가 연료유 공급펌프(110)로 재순환되도록 연료유 공급펌프(110)의 하류에서 분기되어 연료유 공급펌프(110)의 상류로 연결되는 재순환 라인(L3);을 더 포함할 수 있고, 다수개의 밸브는, 재순환 라인(L3)에 설치되며, 개폐 제어에 의해 재순환 라인(L3)을 따라 연료유 공급펌프(110)로 재순환되는 연료유의 유로 및 유량을 제어하는 제1 제어밸브(V31);를 포함할 수 있다.
연료유 공급펌프(110)로부터 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 유량이 엔진(E)에서 요구하는 양을 초과하거나, 연료유 공급펌프(110)의 도입부 압력이 연료유 공급펌프(110)에서 요구하는 압력보다 낮은 경우 등 필요에 따라 제1 제어밸브(V31)를 개방하여, 연료유를 연료유 공급펌프(110) 후단에서 전단으로 재순환시킬 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 연료유 공급펌프(110)에서 가압되어 엔진(E) 측으로 이송되는 연료유의 온도를 측정하는 제1 온도 측정부(141); 및 연료유 공급펌프(110)에서 가압되어 엔진(E) 측으로 이송되는 연료유의 유량을 측정하는 유량계(120);를 포함한다.
제어부(300)는, 제1 온도 측정부(141) 및 유량계(120)에서 측정한 측정값을 이용하여 다수개의 밸브들 및 연료유 공급펌프(100) 등 본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템을 구성하는 각종 장치들을 제어할 수 있다.
제1 온도 측정부(141)에서 측정한 온도는 제1 조절밸브(V11) 및 제2 조절밸브(V12)의 제어인자가 된다. 즉, 본 실시예에 따르면, 제1 온도 측정부(141)에서 측정한 온도값에 따라, 제1 조절밸브(V11) 및/또는 제2 조절밸브(V12)를 제어하여, 제1 저장탱크(T1)로부터 연료유 공급펌프(110)로 이송되는 LSMGO의 유량, 제2 저장탱크(T2)로부터 연료유 공급펌프(110)로 이송되는 HFO의 유량, 제3 저장탱크(T3)로부터 연료유 공급펌프(110)로 이송되는 MDO의 유량을 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예의 연료유 순환펌프(210)는, 연료유 공급펌프(110)로부터 이송받은 연료유를 더 가압하여 엔진(E)으로 공급한다. 연료유 순환펌프(210)로부터 엔진(E)으로 이송되는 연료유의 압력은 엔진(E)에서 요구하는 압력 조건을 충족할 수 있다.
본 실시예의 연료유 순환펌프(210)는 다수개가 병렬로 설치될 수 있고, 다수개의 연료유 공급펌프(110) 중 어느 하나 이상이 연료유를 가압하여 엔진(E) 측으로 공급할 때, 나머지 연료유 공급펌프(110) 중 어느 하나 이상은 작동중인 연료유 공급펌프(110)의 리던던시 역할을 하도록 구성될 수 있다. 도 1에서는 2개의 연료유 순환펌프(210)가 병렬로 설치되는 것을 예로 들어 도시하였다.
본 실시예에 따르면, 엔진(E)으로 공급된 연료유 중에서 엔진(E)에서 소모되고 남은 연료유를 엔진(E)으로 재순환시키도록 엔진(E)과 연료유 순환펌프(210)를 연결하는 순환관(240);을 더 포함할 수 있다.
연료유 순환펌프(210)는, 순환관(240)을 통해 재순환된 연료유와 연료유 공급펌프(110)로부터 이송된 연료유를 가압하여 엔진(E)으로 공급하도록 구성될 수 있다.
연료유 공급펌프(110)는, 엔진(E)에서 소모된 연료유만큼의 양을 새로 연료유 순환펌프(210)로 공급함으로써, 엔진(E)으로부터 순환관(240), 연료유 순환펌프(210)를 걸쳐 엔진(E)으로 순환하는 연료유의 유량은 평균적으로 일정하게 제어될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 연료유 순환펌프(210)와 엔진(E) 사이에 설치되며, 연료유 순환펌프(210)에 의하여 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 온도를 측정하는 제2 온도 측정부(241); 및 연료유 순환펌프(210)와 엔진(E) 사이에 설치되며, 연료유 순환펌프(210)에 의하여 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도를 측정하는 점도 측정부(230);를 더 포함한다.
제어부(300)는 제2 온도 측정부(241) 및 점도 측정부(230)에서 측정한 측정값을 본 실시예에 따른 연료유 전환 시스템을 구성하는 다수개의 밸브들 및 각종 장치들을 제어하는 제어인자로 사용하여, 시스템을 제어할 수 있다.
또한, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도 및/또는 온도를 조절하기 위하여 연료유를 냉각시키는 쿨러(250); 및 연료유를 가열시키는 히터(220);를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 히터(220)는, 연료유 순환펌프(210)와 엔진(E) 사이에 설치될 수 있고, 점도 측정부(230)의 측정값, 즉, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도가 엔진(E)에서 요구하는 점도보다 높은 경우, 연료유를 가열하여 점도를 낮출 수 있다.
점도가 높은 HFO를 엔진(E)의 연료로 사용하는 경우, HFO의 점도를 엔진(E)이 요구하는 점도 조건으로 맞추기 위해 가열이 필요할 수 있다. HFO를 가열하면 HFO에 포함된 유기화합물, 물 등의 불순물들이 기화될 수 있는데, 기화된 불순물들은 펌프를 손상시키고 엔진(E)에서의 연료유 분사에 있어서도 장애 요소가 될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 연료유 공급펌프(110) 및 연료유 순환펌프(210)에 의해 HFO를 압축하여 압력을 높인 후 히터(220)를 이용하여 가열시키므로, 불순물들의 끓는점도 높아지므로 가열과정에서 불순물이 기화되는 것을 방지할 수 있다.
히터(220)는, 연료유를 가열하는 열원으로서 스팀(steam) 또는 전기를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 히터(220)에서 연료유를 가열시키는 열원으로서 스팀이 사용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 본 실시예의 히터(220)에는, 스팀 공급원으로부터 히터(220)로 공급되는 스팀의 유량을 조절하고 유로를 제어하는 스팀 제어밸브(V52);가 연결될 수 있다
또한, 본 실시예의 다수개의 밸브는, 연료유 순환펌프(210)에 의해 엔진(E)으로 공급되는 연료유가 히터(220)를 통과하지 않고 엔진(E)으로 공급되도록 연료유의 유로를 제어하는 제2 제어밸브(V32);를 더 포함할 수 있다.
일반적으로, HFO는 점도가 높아 엔진(E)이 요구하는 점도를 만족시키기 위해 가열 공정이 필요하지만, LSMGO나 MDO 등은 점도가 낮아 별도의 가열 공정이 필요하지 않을 수 있다.
본 실시예의 제2 제어밸브(V32)는, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도 측정값이 엔진(E)에서 요구하는 점도보다 높은 경우 폐쇄되도록 제어되어 연료유가 히터(220)를 통과하여 점도가 조절된 후 엔진(E)으로 공급되도록 하고, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도 측정값이 엔진(E)에서 요구하는 점도를 충족시키면 개방되도록 제어되어 연료유가 히터(220)를 통과하지 않고 엔진(E)으로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 히터(220)는 제2 제어밸브(V32)가 폐쇄되면 가동되고, 개방되면 가동되지 않도록 제어될 수 있다.
본 실시예의 쿨러(250)는, 연료유 공급펌프(110)와 연료유 순환펌프(210) 사이에 설치될 수 있고, 점도 측정부(230)의 측정값, 즉, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도가 엔진(E)에서 요구하는 점도보다 낮은 경우, 연료유를 냉각시켜 점도를 높일 수 있다.
예를 들어, 점도가 낮은 LSMGO를 엔진(E)의 연료로 사용하는 경우, LSMGO의 점도를 엔진(E)이 요구하는 점도 조건으로 맞추기 위해 냉각이 필요할 수 있다.
또한, 본 실시예의 다수개의 밸브는, 연료유 순환펌프(210)로 유입되는 연료유가 쿨러(250)를 통과하여 냉각된 후 연료유 순환펌프(210)로 공급되거나 쿨러(250)를 우회하여 냉각 공정없이 연료유 순환펌프(210)로 공급되도록 유로를 제어하는 3방향 밸브(V60); 쿨러(250)로 공급되는 연료유의 유량을 제어하는 제3 제어밸브(V33); 및 쿨러(250)로부터 배출되어 연료유 순환펌프(210)로 공급되는 연료유가 쿨러(250)로 역류하지 않도록 하는 제3 체크밸브(V23);를 더 포함할 수 있다.
일반적으로, LSMGO는 점도가 낮아 엔진(E)이 요구하는 점도를 만족시키기 위해 냉각 공정이 필요하지만, HFO는 점도가 높아 별도의 냉각 공정이 필요하지 않을 수 있다.
본 실시예의 3방향 밸브(V60)는, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도 측정값이 엔진(E)에서 요구하는 점도보다 낮은 경우 연료유의 일부 또는 전부가 쿨러(250)를 통과하여 점도가 조절된 후 연료유 순환펌프(210)로 공급되도록 하고, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도 측정값이 엔진(E)에서 요구하는 점도를 충족시키면 연료유가 쿨러(250)를 통과하지 않고 엔진(E)으로 공급되도록 유로를 제공한다.
또한, 쿨러(250)는 3방향 밸브(V60)의 적어도 일부가 쿨러(250) 측으로 개방되면 가동되고, 연료유 순환펌프(210) 측으로 완전히 개방되면 가동되지 않도록 제어될 수 있다.
본 실시예의 제어부(300)는, 통합자동화시스템(IAS; Integrated Automation System)을 포함할 수 있다. 제어부(300)는, 제1 온도 측정부(141), 제2 온도 측정부(241) 및 점도 측정부(230)를 포함한 각 측정부에서 측정한 온도, 점도, 압력 등 측정값을 전송받아 본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템을 구성하는 각종 장치와 다수개의 밸브들을 제어할 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 일 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템을 이용하여, 연료유를 전환하여 공급할 때의 제어 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 본 실시예에서는, 제1 저장탱크(T1)에 저장된 LSMGO를 엔진(E)의 연료유로 공급하다가 제2 저장탱크(T2)에 저장된 HFO로 연료를 전환하여 공급하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
LSMGO를 엔진(E)의 연료유로 공급할 때에는, 제1 개폐밸브(V1)는 개방된 상태에 있고, 제1 조절밸브(V11)는 완전 개방(100%), 제2 조절밸브(V12)는 완전 폐쇄(0%) 변위를 유지하고 있다. 이 때 연료유 공급펌프(110)로는 LSMGO만이 유입되고, 연료유 공급펌프(110)에 의해 LSMGO만이 엔진(E)의 연료로 공급된다.
여기서 완전 개방(100% 개방), 완전 폐쇄(0% 개방)의 의미는, 밸브의 변위가 완전히 개방(fully open) 또는 폐쇄(fully close)된 상태를 의미할 수도 있지만, 상대적인 개념일 수 있다. 즉, 100% 개방 변위라 함은, 연료유를 안정적으로 엔진(E)의 연료로 공급하기 위하여 운전 상황에 따른 최대 개방 변위를 의미할 수 있다. 또한, 0% 개방 변위라 함은, 연료유를 안정적으로 엔진(E)의 연료로 공급하기 위하여 운전 상황에 따른 최소 개방 변위를 의미할 수 있다.
또한, LSMGO만을 엔진(E)의 연료로 공급할 때에는, LSMGO의 점도가 엔진(E)에서 요구하는 점도보다 낮기 때문에, LSMGO의 점도를 높이기 위하여 3방향 밸브(V60)는 쿨러(250) 측으로 개방되어 있고, LSMGO는 쿨러(250)를 통해 냉각되면서 점도가 조절된 후, 연료유 순환펌프(210)에 의해 엔진(E)으로 공급된다.
이때, 히터(220)는 작동되지 않을 수 있고, 제2 제어밸브(V32)는 개방 변위를 유지할 수 있다.
제2 온도 측정부(241) 및 점도 측정부(230)의 측정값에 따라 제3 제어밸브(V33)가 제어될 수 있고, 쿨러(250)로 공급되는 LSMGO의 유량이 조절된다.
HFO로의 연료 전환 신호가 제어부(300)에 입력되면, 제1 조절밸브(V11)는 완전 개방된 상태를 유지시키면서, 제2 조절밸브(V12)가 점차 개방된다. 그에 따라 제2 저장탱크(T2)로부터 HFO가 연료유 공급펌프(110)로 유입되기 시작하고, LSMGO와 HFO의 혼합유가 엔진(E)으로 공급된다.
제2 조절밸브(V12)가 개방되면, HFO는 점도가 충분히 높아 쿨러(250)를 통과하지 않아도 되므로, 3방향 밸브(V60)는 점도 측정값에 따라 연료유 순환펌프(210) 측으로 변위를 서서히 변경하여 연료유가 쿨러(250)를 우회하도록 자동설정 되어 있다.
또한, HFO가 시스템 내로 유입되기 시작하면, 제1 조절밸브(V11)는 점차 폐쇄되고, 제2 조절밸브(V12)는 완전 개방(100%)되어, 엔진(E)으로는 HFO만이 연료로 공급되도록 제어된다.
LSMGO가 저장된 제1 저장탱크(T1)와 HFO가 저장된 제2 저장탱크(T2)의 수위가 동일한 경우에는, 이와 같은 절차에 의해 연료유를 전환하여 엔진(E)으로 공급할 수 있다.
그러나, 제1 저장탱크(T1)의 수위와 제2 저장탱크(T2)의 수위가 서로 다른 경우, 예를 들어, LSMGO가 저장된 제1 저장탱크(T1)의 수위가 HFO가 저장된 제2 저장탱크(T2)의 수위보다 높은 경우에는, 제2 조절밸브(V12)를 개방하여도, HFO는 연료유 공급펌프(110) 측으로 유입되지 않고, LSMGO만이 연료유 공급펌프(110)로 유입되는 문제가 발생한다.
이때, 제1 조절밸브(V11)가 어느 정도 폐쇄되어야만 HFO가 연료유 공급펌프(110)로 유입되기 시작한다.
상술한 바와 같이, 제2 조절밸브(V12)가 개방되면 3방향 밸브(V60)의 변위가 연료유 순환펌프(210) 측으로 변경되는데, 제1 저장탱크(T1)의 수위가 제2 저장탱크(T2)의 수위보다 높아 제2 조절밸브(V12)가 개방되어도 LSMGO 만이 시스템으로 유입되므로, 점도가 낮은 LSMGO가 3방향 밸브(V60)의 변위 변경에 의해 쿨러(250)를 통과하지 않고 그대로 연료유 순환펌프(210)로 유입되게 된다.
이러한 상황이 지속되면, 엔진(E)이나 시스템을 구성하는 각종 장치들에서 발생하는 열에 의해 LSMGO의 점도는 더욱 낮아져 문제는 더 악화된다.
이를 해결하기 위하여, HFO의 유입을 촉진하기 위해 제2 조절밸브(V12)의 개방 속도를 빠르게하고, 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 속도도 빠르게하도록 시간 설정을 달리 할 수 있다. 그러나, 이러한 해결방법에 의하면, 제1 저장탱크(T1)와 제2 저장탱크(T2)의 수위가 같을 때 또는 제2 저장탱크(T2)의 수위가 제1 저장탱크(T1)의 수위보다 높을 때에는 변경된 시간 설정에 의해 오히려 연료유 전환에 의한 온도 변화가 급격해지는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 제1 온도 측정부(141)에서 측정한 온도 측정값을 이용하여 예를 들어 다음과 같은 개념의 3가지 이상의 모드에 의해 제1 조절밸브(V11) 및 제2 조절밸브(V12)를 제어할 수 있다.
1) 제1 온도 측정부(141)에서 측정한 현재 온도 측정값(T2)과 기준 시간에 측정한 기준 온도 측정값(T1)과의 차이가 제1 온도차(ΔT1)인 경우에는, 제1 조절밸브(V11)의 개방 속도 및 제2 조절 밸브(V12)의 폐쇄 속도를 제1 속도(S1)로 제어한다.
2) 제1 온도 측정부(141)에서 측정한 현재 온도 측정값(T2)과 기준 시간에 측정한 기준 온도 측정값(T1)과의 차이가 제2 온도차(ΔT2)인 경우에는, 제1 조절밸브(V11)의 개방 속도 및 제2 조절 밸브(V12)의 폐쇄 속도를 제2 속도(S2)로 제어한다.
3) 제1 온도 측정부(141)에서 측정한 현재 온도 측정값(T2)과 기준 시간에 측정한 기준 온도 측정값(T1)과의 차이가 제3 온도차(ΔT3)인 경우에는, 제1 조절밸브(V11)의 개폐 제어를 멈추고, 현재 변위를 유지(keep position, S3)시킨다.
4) 제1 온도 측정부(141)에서 측정한 현재 온도 측정값(T2)과 기준 시간에 측정한 기준 온도 측정값(T1)의 차이가 제4 온도차(ΔT3)인 경우에는, 반대로 제1 조절밸브(V11)를 폐쇄하고 제2 조절 밸브(V12)를 개방하며 그 속도를 제4 속도(S4)로 제어할 수도 있다.
여기서, 제1 온도차(ΔT1), 제2 온도차(ΔT2), 제3 온도차(ΔT3) 및 제4 온도차(ΔT4)는 미리 설정한 온도 범위 또는 특정 온도를 의미할 수 있다.
또한, 제1 온도차(ΔT1)는 제2 온도차(ΔT2)보다 작고, 제2 온도차(ΔT2)는 제3 온도차(ΔT3)보다 작을 수 있다(즉, 제1 온도차(ΔT1) ＜ 제2 온도차(ΔT2) ＜ 제3 온도차(ΔT1)).
본 실시예에서, 제1 온도차(ΔT1)는 온도차 변화가 없음을 의미하는 0℃일 수 있고, 제2 온도차(ΔT2)는 0℃ 초과, 4℃ 이하일 수 있으며, 제3 온도차(ΔT3)는 4℃ 초과일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 여기서 기준 시간은, 현재를 기준으로 미리 설정한 시간 이전을 의미할 수 있다. 본 실시예에서 기준 시간은 현재를 기준으로 1분 전을 의미할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 기준 온도 측정값(T1)이란, 현재를 기준으로 1분 전에 측정한 온도를 의미할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 온도차는 분당 온도차일 수 있다.
또한, 여기서 제1 속도(S1), 제2 속도(S2) 및 제3 속도(S3)는 미리 설정한 밸브의 개방 속도 또는 폐쇄 속도를 의미할 수 있다.
또한, 제1 속도(S1)는 제1 온도차(ΔT1)에 대응하는 값일 수 있고, 제2 속도(S2)는 제2 온도차(ΔT2)에 대응하는 값일 수 있으며, 제3 속도(S3)는 제3 온도차(ΔT3)에 대응하는 값일 수 있다.
즉, 제1 온도차(ΔT1)일 때, 개폐제어가 필요한 해당 밸브를 제1 속도(S1)로 개폐 조절하고, 제2 온도차(ΔT2)일 때에는, 해당 밸브를 제2 속도(S2)로 개폐 조절할 수 있으며, 제3 온도차(ΔT3)일 때에는, 해당 밸브를 제3 속도(S3)로 개폐 조절할 수 있다.
또한, 제1 속도(S1)는 제2 속도(S2)보다 빠를 수 있고, 제2 속도(S3)는 제3 속도(S3)보다 빠를 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서 제1 속도(S1)는 1분당 약 10%일 수 있고, 제2 속도(S2)는 6분당 약 10%일 수 있으며, 제3 속도(S3)는 변위 유지를 의미할 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니다.
일례로, 본 실시예에 따르면, 제1 온도 측정부(141)에서 측정한 현재 온도 측정값(T2)이 기준 시간, 즉, 본 실시예에서 1분 전에 측정한 기준 온도 측정값(T1)과 같은 경우, 즉 현재 온도 측정값(T2)과 기준 온도 측정값(T1)의 온도차가 제1 온도차(ΔT1)인 경우, 제1 조절밸브(V11)의 개방 속도 및 제2 조절 밸브(V12)의 폐쇄 속도를 제1 속도(S1, 10%/1분)로, 즉 상대적으로 가장 빠르게 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 제1 온도 측정부(141)에서 측정한 현재 온도 측정값(T2)과 기준 온도 측정값(T1)의 온도차가 0℃ 초과, 4℃ 미만인 경우, 즉, 제2 온도차(ΔT2)인 경우, 제1 조절밸브(V11)의 개방 속도 및 제2 조절 밸브(V12)의 폐쇄 속도를 제2 속도(S2, 10%/6분)로, 상대적으로 느리게 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 제1 온도 측정부(141)에서 측정한 현재 온도 측정값(T2)과 기준 온도 측정값(T1)의 차이가 4℃ 이상인 경우, 즉 제3 온도차(ΔT3)인 경우에는, 제3 속도(S3), 즉, 제1 조절밸브(V11)의 개방 및 제2 조절밸브(V12) 폐쇄를 멈추고 현재 변위를 유지(keep position)시킬 수 있다.
상술한 제어 방법은, LSMGO에서 HFO로 연료를 전환할 때, 제1 저장탱크(T1)의 수위가 제2 저장탱크(T2)의 수위보다 높은 경우인 것을 예로 들어 설명하였지만, 제2 저장탱크(T2)의 수위가 제1 저장탱크(T1)의 수위보다 높은 경우 또는 HFO에서 LSMGO로 연료를 전환하는 경우 등에도 제어 대상을 반대로하는 등 변경하여 적용할 수 있다.
본 실시예에서 온도차, 밸브 개방 또는 폐쇄 속도, 기준 시간은 이에 한정하는 것은 아니다.
LSMGO에서 HFO로 연료를 전환할 때, 본 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템을 제어하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
LSMGO에서 HFO로 연료를 전환하고자 할 때, 전환 동작을 실시하기 전, 즉 LSMGO를 엔진(E)의 연료로 공급하고 있을 때의 제2 조절밸브(V12)의 변위(position)는 0% 개방(open), 즉 닫힘 상태이고, 제1 조절밸브(V11)의 변위는 100% 개방된 상태이며, 또한, 3방향 밸브(V60)는 쿨러(250) 측으로 개방되어 있는 상태에서 전환 신호가 입력된다.
제어부(300)에 LSMGO에서 HFO로의 연료 전환 신호가 입력되면, 먼저 3방향 밸브(V60)는 연료유가 쿨러(250)를 우회하여 연료유 순환펌프(210) 측으로 유입되도록 연료유 순환펌프(210) 측으로 변위가 변경된다.
또한, 점도 기준값은 엔진(E)에서 요구하는 HFO와 LSMGO의 혼합유의 점도, 예를 들어 약 16 cSt로 설정될 수 있다.
그 다음 제2 조절밸브(V12)의 개방 조작이 실시된다. 제어부(300)의 제2 조절밸브(V12)의 개방 시퀀스는 다음과 같다.
기준 시간당, 예를 들어 분당 온도차가 1℃ 이하이면, 배관에 HFO가 유입되지 않는 것으로 판단하고, 제2 조절밸브(V12)의 개방 속도가 20%/min로 제어된다. 즉, 제2 조절밸브(V12)가 빠르게 개방된다.
분당 온도차가 1℃ 초과 4℃ 미만이면, 배관에 HFO가 서서히 유입되고 있는 것으로 판단하고, 제2 조절밸브(V12)의 개방 속도가 10%/min로 제어된다. 즉, 분당 온도차가 1℃ 이하일 때 보다 천천히 개방된다.
또한, 분당 온도차가 4℃ 이상 6℃ 이하면, HFO와 LSMGO의 혼합 비율이 안정적으로 유지되고 있는 것으로 판단하고, 제2 조절밸브(V12)의 현재 변위가 유지되도록 제어된다.
제2 조절밸브(V12)의 개방 조작이 완료되었을 때, 제1 조절밸브(V11)의 변위는 100% 개방, 3방향 밸브(V60)의 변위는 연료유 순환펌프(210) 측으로 개방된 상태이며, 이와 같이 제2 조절밸브(V12)의 개방 조작이 완료되면, 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 조작이 실시될 수 있다.
제어부(300)의 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 시퀀스는 다음과 같다. LSMGO에서 HFO로 연료를 전환할 때, 제1 조절밸브(V11)는 변위에 따라 다르게 제어될 수 있다.
먼저, 제1 조절밸브(V11)의 변위가 100% 이하 40% 이상 개방 상태일 때에는, 기준 시간당, 예를 들어 분당 온도차가 1℃ 이하이면, 배관에 HFO가 유입되지 않는 것으로 판단하고, 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 속도가 20%/min로 제어된다. 즉, 제1 조절밸브(V11)가 빠르게 폐쇄된다.
분당 온도차가 1℃ 초과 4℃ 미만이면, 배관에 HFO가 서서히 유입되고 있는 것으로 판단하고, 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 속도가 1%/min로 제어된다. 즉, 분당 온도차가 1℃ 이하일 때 보다 천천히 폐쇄된다.
또한, 분당 온도차가 6℃를 초과하면, HFO와 LSMGO의 혼합 비율이 안정적으로 유지되고 있는 것으로 판단하고, 제1 조절밸브(V11)의 현재 변위가 유지되도록 제어된다.
다음으로, 제1 조절밸브(V11)의 변위가 40% 이하 0% 개방 이상일 때에는, 분당 온도차가 1℃ 이하이면, 배관에 HFO가 유입되지 않는 것으로 판단하고, 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 속도가 5%/min로 제어된다. 즉, 제1 조절밸브(V11)가 빠르게 폐쇄되지만, 제1 조절밸브(V11)의 개방 정도가 클 때보다는 느리가 제어된다.
분당 온도차가 1℃ 초과 4℃ 미만이면, 배관에 HFO가 서서히 유입되고 있는 것으로 판단하고, 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 속도가 1%/min로 제어된다. 즉, 분당 온도차가 1℃ 이하일 때 보다 천천히 폐쇄된다.
분당 온도차가 1℃ 이상 4℃ 이하일 때에는, 현재 변위가 유지되도록 제어될 수 있다.
한편, 분당 온도차가 6℃를 초과하면, 제1 조절밸브(V11)는 1%/min의 속도로 개방되도록 제어된다.
이와 같이, 제2 조절밸브(V12)가 0%에서 100%로 개방되는 중에, 그리고 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 조작이 완료된 후에는, 점도 측정값이 설정값인 16 cSt 이상이면, 히터(220)를 작동시키고, 제2 제어밸브(V32)를 폐쇄하여 연료유가 히터(220)에서 가열되도록 제어함으로써, 엔진(E)으로 공급하는 연료유의 점도를 설정값으로 조절해줄 수 있다.
또한, 제2 조절밸브(V12)가 0%에서 100%로 개방되는 중에, 그리고 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 조작이 완료된 후에는, 온도 측정값이 설정값, 예를 들어 80℃ 이상이면, 스팀 트레이싱(steam tracing) 밸브(V51)를 개방하여, 스팀 트레이싱을 실시할 수 있다. 스팀 트레이싱을 실시함으로써, 배관을 따라 흐르는 연료유의 점도가 유지되도록 온도를 조정해줄 수 있다.
제1 조절밸브(V11)가 폐쇄됨으로써 더이상 LSMGO가 유입되지 않으면 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 조작이 완료된다. 이때, 제2 조절밸브(V12)의 변위는 100% 개방, 제1 조절밸브(V11)의 변위는 0% 개방, 3방향 밸브(V60)의 변위는 연료유 순환펌프(210) 측으로 개방 상태이며, 스팀 트레이싱 밸브(V51)가 개방 상태이면, 점도 설정값을 엔진(E)에서 요구하는 HFO의 점도, 약 13 cSt로 변경한다. 이로써 LSMGO로부터 HFO로의 연료유 전환이 종료된다.
다음으로, HFO에서 LSMGO로 연료를 전환할 때 본 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템을 제어하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
HFO에서 LSMGO로 연료를 전환하고자 할 때, 전환 동작을 실시하기 전, 즉 HFO가 엔진(E)의 연료로 사용되고 있을 때의 제2 조절밸브(V12)의 변위(position)는 100% 개방(open), 제1 조절밸브(V11)의 변위는 0% 개방된 상태이며, 3방향 밸브(V60)는 연료유 순환펌프(210) 측으로 개방되어 있고, 스팀 트레이싱 밸브(V51)는 닫힘 상태에서 전환 신호가 입력된다.
제어부(300)에 HFO에서 LSMGO로의 연료 전환 신호가 입력되면, 점도 기준값은 엔진(E)에서 요구하는 HFO와 LSMGO의 혼합유의 점도, 예를 들어 약 18 cSt로 설정될 수 있다. 이는 LSMGO에서 HFO로 연료를 전환할 때 보다 높은 값이다.
점도 측정값이 설정값이 18 cSt가 되면, 제2 제어밸브(V32)를 닫힘 변위로 제어하여 엔진(E)으로 공급할 연료유가 히터(220)로 유입되지 않도록 함으로써 점도를 낮춘다.
그 다음 제1 조절밸브(V11)의 개방 조작이 실시된다. 제어부(300)의 제1 조절밸브(V11)의 개방 시퀀스는 다음과 같다.
기준 시간당, 예를 들어 분당 온도차가 1℃ 이하이면, 배관에 LSMGO가 유입되지 않는 것으로 판단하고, 제1 조절밸브(V11)의 개방 속도가 1%/min로 제어된다. 즉, 제1 조절밸브(V11)는 상대적으로 빠르게 개방된다.
분당 온도차가 1℃ 초과 4℃ 미만이면, 배관에 LSMGO가 서서히 유입되고 있는 것으로 판단하고, 제1 조절밸브(V11)의 개방 속도가 0.5%/min로 제어된다. 즉, 분당 온도차가 1℃ 이하일 때 보다 천천히 개방된다
또한, 분당 온도차가 4℃ 이상 6℃ 이하면, HFO와 LSMGO의 혼합 비율이 안정적으로 유지되고 있는 것으로 판단하고, 제1 조절밸브(V11)의 현재 변위가 유지되도록 제어된다.
한편, 분당 온도차가 6℃를 초과하면, 제1 조절밸브(V11)를 1%/min로 폐쇄한다.
제1 조절밸브(V11)의 개방 조작이 완료되었을 때, 제2 조절밸브(V12)의 변위는 100% 개방, 3방향 밸브(V60)의 변위는 연료유 순환펌프(210) 측으로 개방 상태이며, 제1 조절밸브(V11)의 개방 조작이 완료되면, 제2 조절밸브(V12)의 폐쇄 조작이 실시될 수 있다.
제어부(300)의 제2 조절밸브(V12)의 폐쇄 시퀀스는 다음과 같다.
기준 시간당, 예를 들어 분당 온도차가 1℃ 이하이면, 배관에 LSMGO가 유입되지 않는 것으로 판단하고, 제2 조절밸브(V12)의 폐쇄 속도가 10%/min로 제어된다. 즉, 제2 조절밸브(V12)가 빠르게 폐쇄된다.
분당 온도차가 1℃ 초과 4℃ 미만이면, 배관에 LSMGO가 서서히 유입되고 있는 것으로 판단하고, 제2 조절밸브(V12)의 폐쇄 속도가 5%/min로 제어된다. 즉, 분당 온도차가 1℃ 이하일 때 보다 천천히 폐쇄된다.
또한, 분당 온도차가 6℃를 초과하면, HFO와 LSMGO의 혼합 비율이 안정적으로 유지되고 있는 것으로 판단하고, 제2 조절밸브(V12)의 현재 변위가 유지되도록 제어된다.
이와 같이, 제1 조절밸브(V11)가 0%에서 100%로 개방되는 중에, 그리고 제2 조절밸브(V12)의 폐쇄 조작이 완료된 후에는, 점도 측정값이 설정값인 16 cSt 이상이면, 히터(220)를 작동시키고, 제2 제어밸브(V32)를 폐쇄하여 연료유가 히터(220)에서 가열되도록 제어함으로써, 엔진(E)으로 공급하는 연료유의 점도를 설정값으로 조절해줄 수 있다.
또한, 제2 조절밸브(V12)가 0%에서 100%로 개방되는 중에, 그리고 제1 조절밸브(V11)의 폐쇄 조작이 완료된 후에는, 점도 측정값이 18.5 cSt 이상이면, 히터(220)를 이용하여 엔진(E)으로 공급하는 연료가 가열되도록 하고, 점도 측정값이 18.0 cSt 이하이면 연료유는 가열되지 않도록 제어될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
T1, T2, T3 : 연료유 저장탱크
110 : 연료유 공급펌프
120 : 유량계
141 : 제1 온도 측정부
210 : 연료유 순환펌프
220 : 히터
230 : 점도 측정부
241 : 제2 온도 측정부
250 : 쿨러
240 : 순환관
E : 엔진
V1 : 제1 개폐밸브
V11, V12 : 연료유 밸브
V21, V22, V23 : 체크밸브
V31, V32, V33 : 제어밸브
V41, V42 : 긴급차단밸브
V51 : 스팀 제어밸브
V52 : 스팀 트레이싱 밸브
V60 : 3방향 밸브

Claims (8)

  1. 제1 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가 제2 연료유로 연료를 전환하는 선박용 연료유 전환 방법에 있어서,
    상기 제2 연료유를 엔진으로 공급하는 제2 조절밸브는 개방하고, 제1 연료유를 엔진으로 공급하는 제1 조절밸브는 폐쇄하여, 연료유를 전환하되,
    상기 제1 연료유를 저장하는 제1 저장탱크와 상기 제2 연료유를 저장하는 제2 저장탱크의 수위가 다를 때,
    상기 엔진으로 공급하는 연료유의 온도를 측정하여, 현재 온도 측정값과 미리 설정한 시간 이전의 측정한 기준 온도 측정값의 온도차에 따라 상기 제2 조절밸브의 개방 속도 및 제1 조절밸브의 폐쇄 속도를 제어하며,
    현재 온도 측정값과 기준 온도 측정값의 온도차가 제1 온도차인 경우에는 제1 속도로 제어하고,
    현재 온도 측정값과 기준 온도 측정값의 온도차가 상기 제1 온도차보다 작은 제2 온도차인 경우에는 상기 제1 속도보다 느린 제2 속도로 제어하여,
    상기 제1 연료유를 저장하는 제1 저장탱크의 수위와 제2 연료유를 저장하는 제2 저장탱크의 수위에 관계없이, 제1 연료유와 제2 연료유의 혼합 비율을 제어할 수 있는, 선박용 연료유 전환 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도차가 제3 온도차이면, 상기 연료유의 전환이 완료되었음을 인지하여 상기 제1 조절밸브 및 제2 조절밸브의 변위를 유지시키는, 선박용 연료유 전환 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 조절밸브 및 제2 조절밸브에 의해 유입된 연료유는 연료유 공급펌프에 의해 가압되어 상기 엔진으로 공급되고,
    상기 연료유의 온도는 상기 연료유 공급펌프의 후단에서, 상기 엔진으로 공급하는 연료유의 유량을 측정하기 전에 측정하는, 선박용 연료유 전환 방법.
  6. 제1 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가, 제2 연료유로 전환하여 사용하는 선박용 연료유 전환 시스템에 있어서,
    상기 연료유를 가압하여 엔진으로 공급하는 연료유 공급펌프;
    상기 연료유 공급펌프에 의해 가압되어 엔진으로 공급되는 연료유의 유량을 측정하여 제어부로 전송하는 유량계;
    상기 유량계와 연료유 공급펌프 사이에 설치되며, 상기 연료유 공급펌프에 의해 가압되어 엔진으로 공급되는 연료유의 온도를 측정하여 제어부로 전송하는 제1 온도 측정부;
    제1 저장탱크로부터 상기 연료유 공급펌프로 제1 연료유가 유입되도록 유로를 제어하는 제1 조절밸브;
    제2 저장탱크로부터 상기 연료유 공급펌프로 제2 연료유가 유입되도록 유로를 제어하는 제2 조절밸브; 및
    상기 제1 연료유로부터 제2 연료유로의 전환 신호가 입력되면 상기 제1 온도 측정부에서 측정한 현재 온도와 이전 온도를 비교한 온도 비교값에 따라 개방 속도를 제어하면서 제2 조절밸브를 개방하고, 상기 제1 연료유를 저장하는 제1 저장탱크와 상기 제2 연료유를 저장하는 제2 저장탱크의 수위가 다를 때 상기 온도 비교값에 따라 폐쇄 속도를 제어하면서 상기 제1 조절밸브는 폐쇄하는 제어부;를 포함하는,
    상기 제1 저장탱크 및 제2 저장탱크의 수위가 같거나 다르더라도, 상기 제어부의 설정 변경없이 상기 제1 조절밸브 및 제2 조절밸브의 개방 또는 폐쇄 속도가 상기 온도 비교값에 의해 자동 제어되는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료유 공급펌프에 의해 가압된 연료유 및 상기 엔진에서 사용하고 남은 나머지 연료유를 더 가압하여 엔진으로 공급하는 연료유 순환펌프;
    상기 연료유 순환펌프에 의해 엔진으로 공급되는 연료유의 점도를 조절하는 히터;
    상기 연료유 순환펌프에 의해 엔진으로 공급되는 연료유의 점도를 측정하여 상기 제어부로 전송하는 점도 측정부; 및
    상기 연료유 순환펌프에 의해 엔진으로 공급되는 연료유가 상기 히터로 공급되거나 상기 히터를 우회하여 엔진으로 공급되도록 유로를 제어하는 제2 제어밸브;를 포함하고,
    상기 제2 제어밸브는, 상기 제1 조절밸브가 개방 변위일 때에는 연료유가 상기 히터를 우회하도록 제어되고, 상기 제1 조절밸브가 폐쇄 변위일 때에는 연료유의 적어도 일부가 상기 히터로 공급되도록 제어되는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료유 공급펌프에 의해 가압된 연료유 및 상기 엔진에서 사용하고 남은 나머지 연료유를 더 가압하여 엔진으로 공급하는 연료유 순환펌프;
    상기 엔진으로 공급되는 연료유의 점도를 조절하는 쿨러;
    상기 연료유 순환펌프에 의해 엔진으로 공급되는 연료유의 점도를 측정하여 상기 제어부로 전송하는 점도 측정부; 및
    상기 연료유 공급펌프로부터 연료유 순환펌프로 공급되는 연료유가 상기 연료유 순환펌프로 공급되거나 상기 쿨러로 공급되도록 유로를 제어하는 3방향 밸브;를 포함하고,
    상기 3방향 밸브는, 상기 제1 조절밸브가 개방 변위일 때에는 연료유의 적어도 일부가 상기 쿨러로 공급되도록 제어되고, 상기 제1 조절밸브가 폐쇄 변위일 때에는 연료유가 상기 연료유 순환펌프로 공급되도록 제어되는, 선박용 연료유 전환 시스템.
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X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant