KR102229232B1

KR102229232B1 - Lng 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템

Info

Publication number: KR102229232B1
Application number: KR1020190109261A
Authority: KR
Inventors: 지석준; 김영구; 김경엽; 이채호; 손원무; 이동현; 김주현; 김성훈
Original assignee: 한라아이엠에스 주식회사
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-03-19
Also published as: KR102229232B9; KR20210028761A

Abstract

본 발명에 따른 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템은 미리 지정된 위치에 각각 설치된 하나 이상의 가스감지기(100); 미리 지정된 위치에 각각 설치된 하나 이상의 불활성기체 생성기(200); 상기 가스감지기(100) 및 상기 불활성기체 생성기(200)와 연결되어 동작상태를 모니터링하는 모니터링부(300); 상기 모니터링부(300)에서 상기 가스감지기(100)가 이상신호를 보내오면 알람을 울리는 하나 이상의 경보기(400); 상기 모니터링부(300) 및 상기 경보기(400)와 연결되어 작동상태 이력을 저장하고 제어하는 중앙제어서버(500) 및 상기 중앙제어서버(500)와 연결되어 상기 작동상태 이력을 전송하는 통신부(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템 {Gas safety system applied to fuel propulsion vessel}

본 발명은 친환경 LNG 연료추진선박의 가스연료공급 시스템에 적용하는 가스 안전 시스템에 관한 것이다.

최근 국제해사기구(IMO)에서 규정한 질이 낮은 기름을 사용하는 선박에서 배출하는 질소나 이산화황 같은 대기오염물질에 대한 규제와 이산화황과 미세먼지를 거의 배출하지 않는 LNG추진선으로 시장이 변화해가고 있다.

현재 세계적으로 운항되고 있는 LNG 추진선은 비중이 높지는 않지만, 2020년경 LNG 추진선의 연간 신규 건조량은 400 ~ 700척에 규모의 시장을 예상하고 있으며, 신규 선박 건조량을 최대 25% 비중으로 고려하였을 때 실제 LNG 연료 추진 엔진으로의 교체 선박을 포함할 경우, LNG연료 추진선박 관련 시장은 약 1,600 척 이상의 선박 엔진 시장이 예상되며 이에 따라, LNG 선박 관련 기자재 기술은 미래 조선산업을 이끌 핵심 산업으로 전망된다.

하지만, LNG연료추진선은 잠재적 폭발 위험이 내재되어 있기 때문에 이를 안전하고 효율적으로 운용할 수 있도록 하는 Gas Safety System이 필히 구성되어야 할 것이다.

KR 10-0733157 B1 KR 10-0779780 B1 KR 10-2014-0057960 A

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 LNG연료 추진선의 핵심 안전 설비 관련 기술로, 연소가스의 누출에 따른 자기 발화를 억제하기 위하여 불활성 기체를 제공하는 시스템이다.

상기의 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템은 미리 지정된 위치에 각각 설치된 하나 이상의 가스감지기(100); 미리 지정된 위치에 각각 설치된 하나 이상의 불활성기체 생성기(200); 상기 가스감지기(100) 및 상기 불활성기체 생성기(200)와 연결되어 동작상태를 모니터링하는 모니터링부(300); 상기 모니터링부(300)에서 상기 가스감지기(100)가 이상신호를 보내오면 알람을 울리는 하나 이상의 경보기(400); 상기 모니터링부(300) 및 상기 경보기(400)와 연결되어 작동상태 이력을 저장하고 제어하는 중앙제어서버(500) 및 상기 중앙제어서버(500)와 연결되어 상기 작동상태 이력을 전송하는 통신부(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 누설 가스를 감지하는 가스 검출 설비와 LNG 파이프 라인에 불활성 기체 공급 시스템이 융합적 통합 솔루션으로 구성되어 사용자의 신뢰도가 높은 LNG선박용 안전시스템을 제공할 수 있다는 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 선박에 적용하는 가스 안전 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템의 개념블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템의 흐름도이다.
도 6은 종래의 가스 안전 시스템에 적용되는 네트워크 알고리즘이다.
도 7은 본 발명에 따른 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템의 네트워크 부하율 저감 알고리즘이다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "... 부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.

설명에 앞서 본 명세서에는 다수의 양태 및 실시양태가 기술되며, 이들은 단순히 예시적인 것으로서 한정하는 것이 아니다.

본 명세서를 읽은 후에, 숙련자는 다른 양태 및 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 가능함을 이해할 것이다.

Membrane이란 특정성분을 선택적으로 통과시킴으로써 입자 분리라는 일반여과 뿐만 아니라 액체에 용해된 용존 물질이나 혼합기체의 분리까지도 가능한 여과재로 선택적 투과성을 가지고 있는 막을 의미한다.

도 1과 같이 기존의 가스 안전 시스템은 일반적으로 가스 농도만을 모니터링하여 선박 내에서 경고나 알람을 표기하고 이벤트를 저장하는 것에 불과했다.

이와 같은 문제점을 개선한 본 발명에 따른 LNG 연료추진선용 가스 안전 시스템에 대해 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템은 미리 지정된 위치에 각각 설치된 하나 이상의 가스감지기(100); 미리 지정된 위치에 각각 설치된 하나 이상의 불활성기체 생성기(200); 상기 가스감지기(100) 및 상기 불활성기체 생성기(200)와 연결되어 동작상태를 모니터링하는 모니터링부(300); 상기 모니터링부(300)에서 상기 가스감지기(100)가 이상신호를 보내오면 알람을 울리는 하나 이상의 경보기(400); 상기 모니터링부(300) 및 상기 경보기(400)와 연결되어 작동상태 이력을 저장하고 제어하는 중앙제어서버(500) 및 상기 중앙제어서버(500)와 연결되어 상기 작동상태 이력을 전송하는 통신부(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 불활성기체 생성기(200)가 생성하는 불활성기체는 아르곤, 질소 등 사용자와 선박의 상황에 맞게 적절한 것을 사용하면 된다.

또한, 연료탱크와 파이프의 압력을 감지하는 압력감지센서(700)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 불활성기체 생성기(200)는, Membrane 방식인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 불활성기체 생성기(200)에서 생성하는 불활성기체는 질소인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스감지기(100)가 이상신호를 보내올 때, 상기 중앙제어서버(500)는 선박의 연료탱크 밸브를 닫고 상기 불활성기체 생성기(200)에서 불활성기체를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스감지기(100)가 이상신호를 보내올 때, 상기 중앙제어서버(500)는 상기 통신부(600)가 관리자의 스마트폰으로 연락을 하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

관리자는 보유한 스마트폰을 통해 실시간으로 중앙제어서버(500)와 통신하여 선박의 가스 안전 시스템의 현황을 확인하고 제어할 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 가스감지기(100)에 대해 상세히 설명하도록 한다.

상기 가스감지기(100)는 폭발 위험을 갖는 가연성 가스와 중독, 질식 등의 유해가스를 검출할 수 있다.

가스감지기(100)는 접촉연소방식을 사용할 수 있으며, 이는 촉매(백금, 파라듐(Palladium) 등) 센서를 사용하는데 원리는 촉매의 표면 위에서 발생하는 가스의 촉매연소에 의하여 발생하는 열의 증감(저항의 변화)을 측정하는 것이다. 센서는 고 순도의 백금(99.999%) 코일을 감싼 알루미나 화합물로 된 표면 위를 특수 촉매로 코팅, 열처리한 측정 센서와 온도보상소자로 구성되어 있다.

측정원리는 가연성 가스가 센서의 표면과 접촉하면 가스는 폭발하한계 이하의 농도에서도 연소(산화)하게 된다. 연소(산화) 과정에서 열이 발생하며 백금코일의 온도를 증가시킨다. 온도의 증가는 곧 가스의 농도와 비례하며 저항 값도 증가된다. 즉 가스의 농도는 가스 측정센서와 온도 보상 센서 간의 전위(Potential) 차이를 측정하여 “브릿지 회로”를 이용해 측정할 수 있다.

온도 보상 센서는 동일한 센서 블록에 위치하고 있으며, 이는 주위 온도 변화에 따라 효율적인 보상으로, 검지기의 신뢰성을 높이는 요소가 된다.

접촉연소방식 가스감지기(100)는 정밀도, 재현성이 좋고, 장기안정성에 우수하며 출력특성, 정도, 응답특성이 좋아 소자 수명이 길다는 장점이 있다.

가스감지기(100)의 다른 방식으로는 반도체방식을 사용할 수 있으며, 반도체방식의 센서는 금속산화물 반도체 표면 위에 가스의 흡착에 따른 전기전도도의 변화를 측정하는 것이다. 반도체방식의 구조는 소결된 금속산화물 반도체로 한 쌍의 백금코일과 코일을 감싸고 있는 반도체 물질(금속산화물)로 구성된다.

측정원리로는 센서의 외부는 오랜 시간 소결된 금속산화물(SnO2)로 구성된 n-반도체로 형성되며, 내부는 한 쌍의 백금합금(PD-IR) 코일로 되어 있다. 전위는 줄(Joule) 열에 의해 350℃정도로 가열된 하나의 코일에서 적용된다. 만일 대기조건 아래서 반도체로 전원이 공급되면, 대기 중의 산소는 SnO2분자 표면에서 -이온으로 흡수된다. 센서내부의 전자는 표면위에 -이온에 의해 방출되며, 중앙으로 밀집하여 Channel 크기를 감소시킨다. 만일 수소가스와 같은 물질이 흡수될 경우, 표면위의 산소와 같은 반응이 일어나며, 산소이온의 농도를 감소시켜 Channel 크기를 증가시키며 전류가 다시 자연스럽게 흐르게 된다.

반도체방식의 가스감지기(100)는 낮은 농도에서도 민감하게 반응하며 센서의 수명이 길고 접촉연소방식에 비해 촉매 피독 위험성이 낮다는 장점이 있다.

다음은 본 발명에 따른 가스 안전 시스템에서 불활성기체 생성기(200)의 제어방법에 대해 상세히 설명하도록한다.

본 발명에 따른 불활성기체 생성기(200)를 제어하는 방법은, 질소 농도 제어 및 알람 상황을 처리하는 단계(S100); 불활성기체 생성기(200) 탱크의 압력과 대기 중의 산소농도에 따라 불활성기체 생성기(200)를 제어하는 단계(S200); 불활성기체 생성기(200)의 알람을 제어하는 단계(S300) 및 안전을 위한 불활성기체 생성기(200) 시스템을 가동하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단계(S200)는, 불활성기체 생성기(200) 시스템 가동신호가 발생할 때까지 대기하는 단계(S210); 질소탱크의 압력을 체크하는 단계(S220); 질소탱크의 압력이 미리 지정된 수치보다 높을 경우 알람을 울리는 단계(S230); 질소탱크의 압력이 미리 지정된 수치보다 낮을 경우 불활성기체 생성기(200)를 동작하는 단계(S240); 산소농도를 측정하는 단계(S250); 산소농도가 3% 이하 일 경우 알람을 울리는 단계(S260); 산소농도가 3% 초과 일 경우 생성되는 질소를 질소탱크로 저장하는 단계(S270); 정지신호가 발생할 경우 정지하는 단계(S280) 및 정지신호가 발생하지 않을 경우 상기 단계(S220)로 돌아가는 단계(S290)을 포함할 수 있다.

본 발명은 LNG 연료추진선용 가스 안전 시스템에 관한 것으로, 선박의 가스에 대한 운용편리와 안전에 대한 효과적인 모니터링을 위해 상호 공통적인 누설 상황 모니터링에 대해서는 일원화하여, 가스 누설 발생 시 정확한 위치 파악과 안전 제어를 위해 모니터링 알람과 불활성 가스 생성 현황이 상호 연동하도록 하는 LNG 연료추진선용 가스 안전 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 가스 안전 시스템은 탱크, 파이프의 가스 농도 외 가스 농도 측정의 정확도에 영향을 주는 주변환경정보(온도, 압력, 습도)와 장비 상태 정보(진동, 전류 변화, 전압 변화)등의 다양한 정보를 메인 시스템(모니터링부, 300)에서 수집, 감시, 진단하고 상황에 맞게 대응할 수 있도록 경고, 알람 등을 선박의 주요 장치나 스마트 장치에 전달하도록 한다. 특히, 해당 센서(온도, 압력, 습도 센서) 및 시스템에 대한 다양한 운영 정보 이력을 축소된 데이터 값과 코드 형태로 저장하고 해당 데이터를 다시 육상으로 보낼 수 있는 형태로 구성하였다.

또한, 본 발명은 LNG 벙커링 선박, LNG 연료추진선, LNG/LPG Carrier, Chemical Carrier, Off-Shore Plant 및 각종 산업플랜트 및 화학산업단지용 가스 누설 모니터링 장비로도 활용 가능하다.

특히 센서 정보, 장치 및 시스템 운영 정보를 단축 문자 또는 코드 형태로 간소화 또는 축소화 하여 저장 및 관리하고 저장된 정보는 위성 장비 또는 이동통신 장치로 송신할 수 있도록 정보를 압축한 후 통신 프레임 형태로 구성하여 육상 관리 센터 또는 제조사 또는 선주사에게 보내도록 한다.

선박에서 전달된 데이터는 압축된 정보를 해제 및 원 데이터 복원하는 과정을 거치며, 복원된 데이터는 데이터베이스 서버에 저장되어 관리되게 된다.

위의 과정에서 서버에 저장된 데이터는 데이터베이스 서버의 필요성에 따라 압축된 데이터 형태로도 관리할 수 있다. 특히 고장 이벤트가 발생한 경우, 데이터베이스에서는 고장 시점 이전의 운용 데이터를 패턴 형태로 기록 관리할 수 있는 고장유사성탐색엔진(소프트웨어)을 운영한다.

상기 고장유사성탐색엔진은 기저장된 고장패턴을 기준으로 운용되는 패턴을 정기적으로 모니터링하고 비교된 유사성 정도를 수치로 산출하여 사용자가 관리하고자 하는 수치 이상인 경우, 해당 정보를 사용자에게 알림으로써 고장유사성을 관리자 또는 관리 시스템 또는 관리 장치에 주의, 경고 등의 형태로 전달하게 된다.

다음은 도 6 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 가스 안전 시스템에 적용할 수 있는 네트워크 부하율 저감 알고리즘에 대해 상세히 설명하도록 한다. 이는 선박의 환경에 따라 센서의 수량이 늘어날수록 정보의 량이 무수히 많아질 수 있기 때문에 센서네트워크 상에 심각한 트래픽 잼이 발생하는 경우를 방지하기 위함이다.

도 6과 같이 종래의 가스 안전 시스템은 공통의 필드버스 데이터 통신 라인을 기반으로 다수의 센서 장치와 연동한다. 종래의 가스 안전 시스템과 종래의 아나로그 센서의 경우에는 센서량에 해당하는 만큼 개별 회선으로 통신을 하였으며, Modbus 형태의 디지털 통신의 경우에는 Gas Safety System이 두 개 이상 연동하는 환경 구성이 쉽지 않은 문제점이 있었다. 또한, 일부 필드버스를 적용한 디지털 통신을 적용하는 연구도 일부 있으나 채널이 많아지고 모니터링 정보량이 늘어나며 다른 장치까지 연동할 경우 부하율 증가에 따른 채널간 충돌, 지연 등에 따른 오류 증가로 신뢰성 통신에 영향을 줄 우려가 있었다.

이를 개선하기 위해 도 7과 같이 본 발명에 따른 가스 안전 시스템에 적용할 수 있는 네트워크 부하율 저감 알고리즘은 개별 또는 그룹(네트워크 부하율에 영향을 적게 주거나 시급성이 요구되지 않는 수량 만큼)을 구성하여 필요한 센서들에게 정보 요구 코드나 커맨트를 송신하고 이에 따라 해당 센서들은 이에 따른 정보를 자동 분류된 우선 순위에 따라 응답하도록 한다.

특히 응답되는 센서(가스감지기(100)의 센서나 압력감지센서(700))에 따라 전달될 정보가 이미 앞서 전달된 정보와 동일하거나 특별히 운용에 민감하지 않는 미약한 경우일 때 응답을 하지 않거나 최소의 데이터 코드(정보 변화량만 전달)를 전달하여 정보 이동량을 최소화하는 알고리즘을 갖도록 한다.

이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

100 : 가스감지기
200 : 불활성기체 생성기
300 : 모니터링부
400 : 경보기
500 : 중앙제어서버
600 : 통신부
700 : 압력감지센서

Claims

미리 지정된 위치에 각각 설치된 하나 이상의 가스감지기(100);
미리 지정된 위치에 각각 설치된 하나 이상의 불활성기체 생성기(200);
상기 가스감지기(100) 및 상기 불활성기체 생성기(200)와 연결되어 동작상태를 모니터링하는 모니터링부(300);
상기 모니터링부(300)에서 상기 가스감지기(100)가 이상신호를 보내오면 알람을 울리는 하나 이상의 경보기(400);
상기 모니터링부(300) 및 상기 경보기(400)와 연결되어 작동상태 이력을 저장하고 제어하는 중앙제어서버(500) 및
상기 중앙제어서버(500)와 연결되어 상기 작동상태 이력을 전송하는 통신부(600)를 포함하며,
상기 불활성기체 생성기(200)를 제어하는 방법은 질소 농도 제어 및 알람 상황을 처리하는 제1단계(S100);
상기 불활성기체 생성기(200) 탱크의 압력과 대기 중의 산소농도에 따라 불활성기체 생성기(200)를 제어하는 제2단계(S200);
상기 불활성기체 생성기(200)의 알람을 제어하는 제3단계(S300);
상기 불활성기체 생성기(200) 시스템을 가동하는 제4단계(S400)를 포함하고,
상기 제2단계(S200)는 상기 불활성기체 생성기(200) 시스템 가동신호가 발생할 때까지 대기하는 제2-1단계(S210);
질소탱크의 압력을 체크하는 제2-2단계(S220);
상기 질소탱크의 압력이 미리 지정된 수치보다 높을 경우 알람을 울리는 제2-3단계(S230);
상기 질소탱크의 압력이 미리 지정된 수치보다 낮을 경우 불활성기체 생성기(200)를 동작하는 제2-4단계(S240);
상기 질소 탱크의 산소농도를 측정하는 제2-5단계(S250);
상기 산소농도가 3% 이하인 경우 알람을 울리는 제2-6단계(S260);
상기 산소농도가 3% 초과하는 경우 생성되는 질소를 질소탱크로 저장하는 제2-7단계(S270);
시스템 정지신호가 발생할 경우 시스템을 정지하는 제2-8단계(S280);
상기 시스템 정지신호가 발생하지 않을 경우 상기 제2-2단계(S220)로 돌아가는 제2-9단계(S290);를 포함하며,
상기 질소 탱크, 파이프, 상기 시스템의 온도, 압력, 습도,진동, 전류 변화, 전압 변화 정보를 상기 중앙제어서버(500)에서 모니터링하여 진단하고, 알람신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템.
청구항 1에 있어서,
연료탱크와 파이프의 압력을 감지하는 압력감지센서(700)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 불활성기체 생성기(200)는,
멤브레인(Membrane) 방식인 것을 특징으로 하는 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 불활성기체 생성기(200)에서 생성하는 불활성기체는 질소인 것을 특징으로 하는 LNG 연료추진선에 적용하는 가스 안전 시스템.