KR102327409B1 - 선박의 연료 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

선박의 연료 공급 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 연료 공급 시스템은, 액화가스가 저장된 저장탱크로부터 선박의 제1 엔진으로 연결되며 상기 저장탱크로부터 액화가스를 펌핑하여 상기 제1 엔진으로 공급하는 액화가스공급라인; 상기 액화가스공급라인으로부터 분기되어 선박의 제2 엔진으로 연결되며 상기 저장탱크로부터 펌핑된 액화가스 일부를 상기 제2 엔진으로 공급하는 분기라인; 상기 저장탱크로부터 상기 분기라인으로 연결되며 상기 액화가스에서 발생하는 증발가스를 상기 제2 엔진으로 공급하는 믹싱라인; 및 상기 분기라인에서 상기 믹싱라인의 연결지점에 마련되는 인라인믹서;를 포함하며, 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스는 인라인믹서에서 상기 액화가스와 혼합되어 상기 제2 엔진으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 연료 공급 시스템 및 방법{Fuel Supply System and Method for Ship}

본 발명은 선박에 저장된 액화가스와 액화가스로부터 발생하는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 선내 엔진의 연료로 공급하기 위한 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 선박에서 종래 각종 엔진의 연료로 사용되던 중유, MDO(Marine Diesel Oil) 등의 연소 시 배기가스에 포함된 각종 유해물질로 인한 환경오염의 심각성이 대두되어, 중유 등의 오일을 연료로서 사용하는 선박의 각종 엔진에 대한 규제가 강화되고 있다.

액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있는데, 근래 각국의 규제가 강화되면서 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -163℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있고, 액화천연가스를 해상으로 운반하는 LNG 운반선의 개발 및 보급도 활발히 이루어지고 있다.

또한, 액화천연가스를 연료로 사용하는 엔진의 개발도 꾸준히 이어지고, 이러한 엔진을 선박의 추진용 또는 발전용 엔진으로 채택한 선박도 늘어나는 추세이다.

선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로는 대표적인 예로 DF 엔진, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진을 들 수 있고, LNG에서 자연 기화 또는 강제 기화된 기화가스를 연료로 사용할 수 있는 DFDE 엔진(Dual Fuel Diesel Electric)의 경우, 기화가스와 디젤 연료를 병행하여 사용할 수 있는 엔진이다.

선박에 적용되는 엔진은 천연가스를 연료로 사용하는 경우, 각 엔진 메이커에 따라 일정한 압력 및 온도를 갖춘 연료를 필요로 한다.

그에 따라 LNG에서 발생하는 증발가스(BOG)를 선내 엔진의 연료로 사용하기 위해서는 각 엔진들이 요구하는 적정 압력으로 증발가스를 압축하여 엔진으로 공급하며, 선박에는 이를 위해 압축기가 마련된다.

도 1에는 종래 선박에서 액화가스 및 증발가스를 선내 연료로 공급하기 위한 시스템을 개략적으로 도시하였다.

메인엔진(ME)으로 300 barg 내외의 고압 연료를 공급받는 ME-GI 엔진이 채택되는 경우의 종래 선내 연료 공급 시스템으로, 설계압력이 0 내지 0.7 barg 내외의 Membrane type tank나 Type B tank가 적용되는 경우에는 저장탱크(T)로부터 펌핑된 LNG는 고압 펌프(30)를 거쳐 추가 압축 후 고압기화기(40)를 통해 가열되어 메인엔진(ME)으로 공급된다. 저장탱크에서 발생하는 BOG는 압축기(10)를 거쳐 DF 엔진, 보일러 등으로 공급되며, BOG 만으로 DF 엔진 등의 연료가 부족한 경우에는 저장탱크에서 펌핑된 LNG를 저압기화기(50)를 통해 가열하여 DF 엔진 등으로 공급한다. 저장탱크로 설계압력이 1 barg 이상인 Type C tank가 적용되는 경우에는 BOG는 압축기 대신 히터(heater)를 거쳐 DF Boiler나 DFGE 등으로 공급된다.

도 1에 도시된 것처럼 메인엔진과 DF 엔진 등의 연료공급압력에 큰 차이가 있는 경우에는 BOG 만으로 연료공급이 부족한 때에 대비하여 DF 엔진으로 LNG를 기화시켜 공급하기 위한 저압기화기가 별도로 마련된다.

그러나 가스를 압축하기 위한 압축기는 고가의 장비로, 특히 다단압축기로 설치되는 경우 초기 장비 설치 비용이 높을 뿐만 아니라, 압축기를 구동시키기 위해서 많은 전력이 필요하여 운전 비용 또한 높은 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하여 초기 설치비를 절감하고, 운전 비용이 저렴하면서 LNG에서 발생하는 증발가스를 연료로 공급하여 처리할 수 있는 장치를 제안하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스가 저장된 저장탱크로부터 선박의 제1 엔진으로 연결되며 상기 저장탱크로부터 액화가스를 펌핑하여 상기 제1 엔진으로 공급하는 액화가스공급라인;

상기 액화가스공급라인으로부터 분기되어 선박의 제2 엔진으로 연결되며 상기 저장탱크로부터 펌핑된 액화가스 일부를 상기 제2 엔진으로 공급하는 분기라인;

상기 저장탱크로부터 상기 분기라인으로 연결되며 상기 액화가스에서 발생하는 증발가스를 상기 제2 엔진으로 공급하는 믹싱라인; 및

상기 분기라인에서 상기 믹싱라인의 연결지점에 마련되는 인라인믹서;를 포함하며,

상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스는 인라인믹서에서 상기 액화가스와 혼합되어 상기 제2 엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 저장탱크는 1 내지 10 barg의 압력을 수용하는 내압탱크로 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 분기라인에서 상기 인라인믹서의 하류에 마련되어 상기 인라인믹서에서 혼합된 액화가스와 증발가스를 가열하여 상기 제2 엔진으로 공급하는 제1 기화기:를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 저장탱크에 마련되며 상기 액화가스를 펌핑하여 상기 액화가스공급라인으로 공급하는 연료공급펌프; 및 상기 액화가스공급라인에 마련되며 상기 저장탱크로부터 펌핑된 액화가스를 가열하여 상기 제1 엔진으로 공급하는 제2 기화기:를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 액화가스공급라인에 마련되며 상기 연료공급펌프에서 펌핑된 액화가스를 상기 제1 엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축펌프:를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 엔진은 상기 제2 엔진보다 연료공급압력이 높고, 상기 분기라인은 상기 압축펌프의 전단에서 상기 액화가스공급라인으로부터 분기될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화가스가 저장된 저장탱크로부터 액화가스를 펌핑하여 선박의 제1 엔진으로 공급하되, 상기 저장탱크에서 펌핑된 액화가스 일부를 분기하고,

상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출시켜, 펌핑 및 분기된 상기 액화가스와 인라인믹서에서 혼합하여, 선박의 제2 엔진으로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 저장탱크는 1 내지 10 barg의 압력을 수용하는 내압탱크로 마련되고, 상기 인라인믹서에서 혼합된 액화가스와 증발가스는 기화기를 거쳐 가열하여 상기 제2 엔진으로 공급될 수 있다.

본 발명에서는 액화가스를 제1 엔진으로 공급하면서 저장탱크에서 펌핑된 액화가스 일부를 저장탱크에서 발생하는 증발가스와 인라인믹서에서 혼합하여 제2 엔진으로 공급할 수 있도록 구성하였다.

장치 비용이 저렴한 인라인믹서를 적용함으로써 초기 설치비용을 절감하고, 운전비용을 절감할 수 있으며, 부피가 큰 장비 대신 인라인믹서를 채택함으로써 선내 공간활용도를 높이면서 선내 엔진에 안정적으로 연료를 공급할 수 있다.

도 1은 종래 선박에서 액화가스 및 증발가스를 선내 연료로 공급하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료 공급 시스템을 개략적으로 도시한다.

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 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

이하 본 발명에서의 선박은, 액화가스 및 액화가스에서 발생하는 증발가스를 추진용 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스 또는 증발가스를 선내 기관의 연료로 사용하는 모든 종류의 선박으로, 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액화석유가스 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에서 액화가스는, 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 엔진 등의 연료로 사용될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료 공급 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 시스템은, LNG 및 LNG에서 발생하는 증발가스, 즉 BOG를 선내 엔진의 연료로 공급하는 시스템으로, 액화가스가 저장된 저장탱크(T)로부터 선박의 제1 엔진(ME)으로 연결되며 상기 저장탱크로부터 액화가스를 펌핑하여 상기 제1 엔진으로 공급하는 액화가스공급라인(LL), 상기 액화가스공급라인으로부터 분기되어 선박의 제2 엔진(GE)으로 연결되며 상기 저장탱크로부터 펌핑된 액화가스 일부를 상기 제2 엔진으로 공급하는 분기라인(BL), 상기 저장탱크로부터 상기 분기라인으로 연결되며 상기 액화가스에서 발생하는 증발가스를 상기 제2 엔진으로 공급하는 믹싱라인(ML)을 포함하며, 상기 분기라인에서 상기 믹싱라인의 연결지점에 인라인믹서(100)를 마련하여, 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 인라인믹서(In-Line Mixer)에서 액화가스와 혼합하여 제2 엔진으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

제1 엔진(ME)은 10 내지 350 bar의 연료를 공급받는 추진엔진 또는 메인엔진으로, 예를 들면 2행정으로 구성되고 15 내지 16 barg 정도의 천연가스를 연료로 사용하며 오토 사이클이 채택된 X-DF 엔진, 또는 2행정으로 구성되며 300 barg 내외의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있는 ME-GI 엔진일 수 있다.

제2 엔진(GE)은 제1 엔진보다 연료공급압력이 낮은 선내 연료소비처로, 예를 들면 3 내지 7 bar의 가스를 연료로 공급받는 DFGE 등의 선내 발전엔진 또는, DF boiler 등이 될 수 있다.

본 실시예에서의 저장탱크(T)는 설계압력이 1 barg 이상, 보다 바람직하게는 1 내지 10 barg의 압력을 수용하는 내압탱크이며, 예를 들면 Type C tank가 적용될 수 있다.

저장탱크에는 액화가스를 펌핑하여 상기 액화가스공급라인으로 공급하는 연료공급펌프(P)가 마련되며, 액화가스공급라인(LL)에는 연료공급펌프에서 펌핑된 액화가스를 상기 제1 엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축펌프(300)와, 저장탱크로부터 펌핑되어 압축펌프를 거쳐 압축된 액화가스를 가열하여 상기 제1 엔진으로 공급하는 제2 기화기(400)가 마련된다.

저장탱크에 저장된 LNG는 연료공급펌프, 압축펌프 및 제2 기화기를 순차로 거쳐 압축 및 기화되어 선내 추진엔진인 제1 엔진으로 공급된다.

분기라인(BL)은 상기 압축펌프(300)의 전단에서 상기 액화가스공급라인(LL)으로부터 분기되어, 연료공급펌프(P)에서 펌핑된 액화가스 일부가 인라인믹서(100)로 공급된다.

상술한 바와 같이 저장탱크는 내압탱크로 마련되므로 저장탱크에서 발생하여 믹싱라인으로 배출되는 BOG는 1 barg 이상, 5 barg 내외의 압력으로 저장탱크로부터 배출될 수 있다. 또한, 저장탱크에 저장된 LNG는 연료공급펌프에 의해 펌핑되어 5barg 내외로 액화가스공급라인으로 공급될 수 있다.

본 실시예에서는 이와 같이 연료공급펌프에서 펌핑된 액상의 LNG와 저장탱크에서 배출되는 기상의 BOG 압력이 동일하거나 유사하다는 점에 착안하여, 인라인믹서(100)를 마련하고 펌핑된 LNG 일부와 BOG를 혼합하여 가열한 후 제2 엔진으로 공급할 수 있도록 구성하였다. 분기라인(BL)에서 상기 인라인믹서(100)의 하류에는 상기 인라인믹서에서 혼합된 액화가스와 증발가스를 가열하여 제2 엔진(GE)으로 공급하는 제1 기화기(200)가 마련된다.

이와 같이, 압축기와 히터 대신 장치 비용이 저렴한 인라인믹서를 적용함으로써 초기 설치비용을 절감하고, 운전비용을 절감할 수 있다.

특히, 장비의 부피가 커서 설치 공간을 많이 차지하는 압축기 대신 제1 기화기 전단의 분기라인 상에 설치되는 인라인믹서를 채택하고, 제2 엔진으로 증발가스가 공급되는 배관과 액화가스가 공급되는 배관과 장치가 각각 설치되는 시스템 대신 제2 엔진으로 공급되는 증발가스와 액화가스가 인라인믹서를 거쳐 단일한 배관을 통해 공급되게 함으로써 연료 공급 방식을 단순화하며 선내 공간활용도를 높일 수 있다. 나아가 증발가스의 발생량과 무관하게 제2 엔진에 안정적으로 연료를 공급할 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 자에게 있어서 자명한 것이다.

ME: 제1 엔진
GE: 제2 엔진
T: 저장탱크
P: 연료공급펌프
LL: 액화가스공급라인
BL: 분기라인
ML: 믹싱라인
100: 인라인믹서
200: 제1 기화기
300: 압축펌프
400: 제2 기화기

Claims (8)

1. 액화가스가 저장된 저장탱크로부터 선박의 제1 엔진으로 연결되며 상기 저장탱크로부터 액화가스를 펌핑하여 상기 제1 엔진으로 공급하는 액화가스공급라인;
   상기 액화가스공급라인으로부터 분기되어 선박의 제2 엔진으로 연결되며 상기 저장탱크로부터 펌핑된 액화가스 일부를 상기 제2 엔진으로 공급하는 분기라인;
   상기 저장탱크로부터 상기 분기라인으로 연결되며 상기 액화가스에서 발생하는 증발가스를 상기 제2 엔진으로 공급하는 믹싱라인;
   상기 분기라인에서 상기 믹싱라인의 연결지점에 마련되는 인라인믹서; 및
   상기 저장탱크에 마련되며 상기 액화가스를 펌핑하여 상기 액화가스공급라인으로 공급하는 연료공급펌프:를 포함하며,
   상기 저장탱크는 내압탱크로 마련되어, 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스는 상기 연료공급펌프에서 펌핑된 액화가스와 동일 또는 유사한 압력으로 상기 저장탱크에서 배출되고 인라인믹서에서 상기 액화가스와 혼합되어 상기 제2 엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 저장탱크는 1 내지 10 barg의 압력을 수용하는 내압탱크로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 분기라인에서 상기 인라인믹서의 하류에 마련되어 상기 인라인믹서에서 혼합된 액화가스와 증발가스를 가열하여 상기 제2 엔진으로 공급하는 제1 기화기:를 더 포함하는 선박의 연료 공급 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 액화가스공급라인에 마련되며 상기 저장탱크로부터 펌핑된 액화가스를 가열하여 상기 제1 엔진으로 공급하는 제2 기화기:를 더 포함하는 선박의 연료 공급 시스템.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 액화가스공급라인에 마련되며 상기 연료공급펌프에서 펌핑된 액화가스를 상기 제1 엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축펌프:를 더 포함하는 선박의 연료 공급 시스템.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제1 엔진은 상기 제2 엔진보다 연료공급압력이 높고,
   상기 분기라인은 상기 압축펌프의 전단에서 상기 액화가스공급라인으로부터 분기되는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 시스템.
7. 삭제
8. 삭제

Images