KR102351600B1 - 액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 액화가스 운반선의 연료공급시스템은 선박의 데크에 마련되며 선내 엔진으로 공급되는 액화가스를 저장하는 연료공급탱크; 상기 연료공급탱크로부터 상기 엔진으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인; 상기 엔진에서 소비되지 않은 액화가스 및 상기 엔진 정지 시 엔진에 잔류하는 액화가스가 상기 엔진의 상류로 회수되는 리턴라인; 상기 선박에 마련되며 운송될 액화가스를 저장하는 카고탱크; 상기 카고탱크로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 재액화하는 재액화부; 및 상기 재액화부로부터 상기 연료공급탱크로 연결되는 냉각라인:를 더 포함하며, 상기 재액화부에서 재액화된 액화가스는 상기 냉각라인을 따라 상기 연료공급탱크를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법{Fuel Supplying System And Method For Liquefied Gas Carrier}

본 발명은 액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LPG와 같은 액화가스를 연료로 사용하는 선박에서 엔진으로 초과공급되어 남은 액화가스나 엔진 정지 시 엔진 및 배관에 잔류하는 액화가스를 회수하면서, 연료로 공급될 액화가스가 저장되는 연료공급탱크의 압력과 온도를 조절하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법에 관한 것이다.

LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭 감소하므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

석유가스의 액화 온도는 상압 약 -42℃의 저온이고, 18 bar에서는 약 45℃의 온도까지, 7 bar에서는 20℃까지 액체 상태로 저장가능하다. LPG는 상압 -42℃보다 높으면 증발되므로, 선박의 LPG 저장탱크에는 단열처리가 되어있다. 그러나 외부의 열이 지속적으로 LPG에 전달되므로, LPG 수송 과정에서 LPG 저장탱크 내에서 지속적으로 LPG가 기화되어 LPG 저장탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.

LPG 운반선에서는 LPG 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 LPG 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하므로, LPG 저장탱크에 내압구조를 갖추는 한편 탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위해 증발가스 재액화 장치를 사용한다.

한편, 종래의 LPG 운반선 등에는 선박의 추진 연료로서 상대적으로 가격이 저렴한 벙커C유 등의 중유를 사용하는 연료 공급 시스템을 채용하고 있는데, 이러한 중유 연료 공급 시스템은 중유 연료 사용에 대한 국제적인 배기가스 배출규제 강화로 황 성분이 적은 중유 연료 탱크(LSHFO tank)를 별도로 설치해야 했고, 국제적인 환경규제 기준에 적합한 친환경적인 연료 공급 시스템의 요구가 커졌다.

최근에는 LPG 또는 LNG 운반선에서 LPG 또는 LNG 및 그로부터 발생하는 증발가스를 추진 연료로 사용하는 연료공급시스템의 적용이 늘어나고 있고, 국제적인 배기가스 배출규제 강화에 따라 LPG 또는 LNG 운반선 외에 일반 선박에서도 LNG 등을 추진 연료로 사용하는 선박이 증가하고 있다.

특히 LPG는 극저온에서 액화되는 LNG보다 저장이 용이하고 기존 HFO에 견주어 SPECIFIC ENERGY와 ENERGY DENSITY에서 크게 떨어지지 않으면서 기존 HFO 대비 SOX, NOX, CO2, PM등의 절감 효과가 탁월한 장점이 있다.

LPG를 연료로 사용하는 선박에서 엔진에 연료로 공급될 LPG는 연료공급탱크로부터 압축용 펌프, 히터 등을 포함하는 연료공급부(Fuel Supply System)를 거치면서 엔진의 연료공급조건에 맞추어 선박의 엔진에 공급된다.

비압축성 유체인 LPG는 엔진의 로드 변화에 즉각 대응할 수 있도록 엔진에서 필요로 하는 연료보다 초과공급될 수 있으며, 초과공급되어 연료로 소비되고 남는 LPG나 엔진 로드 변화에 따른 연료소모율 변화로 남는 LPG, 엔진 정지 시 엔진 및 배관에 잔류하는 LPG는 엔진의 상류로 회수된다.

그런데, 회수되는 LPG를 그대로 배출시켜 태워 없애면 연료를 낭비하는 문제가 있고, 이를 카고 탱크로 보내면 엔진에서 유입된 윤활유(sealing oil)로 인한 LPG 화물의 오염 우려가 있다. 또한, 회수되는 LPG를 엔진의 연료공급조건에 맞추어 압축 및 가열되어 고온 고압 상태이므로 이를 연료공급탱크로 보내면 탱크 내 압력 및 온도를 높이는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하여, 엔진에서 회수되는 LPG를 효과적으로 처리할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 데크에 마련되며 선내 엔진으로 공급되는 액화가스를 저장하는 연료공급탱크;

상기 연료공급탱크로부터 상기 엔진으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인;

상기 엔진에서 소비되지 않은 액화가스 및 상기 엔진 정지 시 엔진에 잔류하는 액화가스가 상기 엔진의 상류로 회수되는 리턴라인;

상기 선박에 마련되며 운송될 액화가스를 저장하는 카고탱크;

상기 카고탱크로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 재액화하는 재액화부; 및

상기 재액화부로부터 상기 연료공급탱크로 연결되는 냉각라인:을 더 포함하며,

상기 재액화부에서 재액화된 액화가스는 상기 냉각라인을 따라 상기 연료공급탱크를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템이 제공된다.

바람직하게는 상기 재액화부는, 상기 카고탱크로부터 상기 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 응축기; 및 상기 응축기에서 응축된 액화가스를 감압하여 추가 냉각하는 감압장치;를 포함하고, 상기 감압장치에서 냉각된 액화가스는 상기 냉각라인을 통해 상기 연료공급탱크를 관통하며 냉각시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 연료공급탱크에 마련되어 상기 냉각라인을 통해 상기 재액화부로부터 공급되는 액화가스로 상기 연료공급탱크를 냉각시키는 쿨링 튜브:를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 압축기는 복수의 단위압축기를 포함하는 다단압축기로 구성되고, 상기 응축기에서는 해수와 열교환으로 상기 증발가스가 냉각될 수 있다.

바람직하게는 상기 재액화부는, 상기 응축기와 감압장치 사이에는 마련되는 이코노마이저; 및 상기 이코노마이저로부터 상기 액화가스를 상기 다단압축기 중간단으로 공급하는 믹싱라인:을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 감압장치는 순차로 마련되는 제1 감압장치와 제2 감압장치를 포함하여, 상기 응축기에서 응축된 액화가스는 이코노마이저로 도입되되, 일부는 분기되어 상기 제1 감압장치를 거쳐 이코노마이저로 도입될 수 있다.

바람직하게는 상기 연료공급라인에는, 상기 액화가스를 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프; 및 상기 연료공급탱크로부터 상기 액화가스를 공급받아 상기 압축펌프로 이송하는 세퍼레이터;가 마련되고, 상기 리턴라인을 통해 회수되는 상기 액화가스는 상기 세퍼레이터를 거쳐 상기 연료공급탱크로 회수될 수 있다.

바람직하게는, 상기 연료공급라인에는 상기 연료공급탱크로부터 상기 액화가스를 공급받아 상기 세퍼레이터로 이송하는 이송펌프:가 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 리턴라인에 마련되며 회수되는 상기 액화가스를 감압하는 감압부;를 포함하며, 상기 감압부에서 감압된 액화가스는 상기 세퍼레이터로 도입되고,

상기 세퍼레이터에서는 상기 연료공급탱크로부터 공급되는 액화가스 및 상기 리턴라인을 통해 회수되는 상기 액화가스를 공급받아 상기 압축펌프로 이송할 수 있다.

바람직하게는, 상기 세퍼레이터에서 분리된 기체를 상기 연료공급탱크로 회수하는 베이퍼라인; 및 상기 베이퍼라인에 마련되는 압력조절밸브;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 연료공급라인에서 상기 압축펌프의 후단에 마련되며 압축된 액화가스를 상기 엔진에서 필요로 하는 온도로 가열하는 연료히터;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 리턴라인은, 상기 엔진으로부터 상기 세퍼레이터로 연결되는 제1 리턴라인; 및 상기 압축펌프와 연료히터 사이의 연료공급라인으로부터 상기 세퍼레이터로 연결되는 제2 리턴라인:을 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 감압부는, 상기 제1 리턴라인에 마련되는 제1 감압장치; 및 상기 제2 리턴라인에 마련되는 제2 감압장치:를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 데크에 마련된 연료공급탱크로부터 연료공급라인을 따라 액화가스를 압축하여 선내 엔진에 연료로 공급하고,

상기 엔진으로 공급된 상기 액화가스 중 소비되지 않은 액화가스 및 엔진 정지 시 엔진에 잔류하는 액화가스를 리턴라인을 통해 상기 엔진의 상류로 회수하되,

상기 선박에 의해 운송되는 액화가스가 저장된 카고탱크로부터 발생하는 증발가스를 재액화하고, 재액화된 액화가스는 상기 연료공급탱크를 거쳐 상기 연료공급탱크를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 리턴라인에는 감압부를 마련하여 회수되는 액화가스를 감압하고, 감압으로 냉각된 액화가스는 세퍼레이터에서 기액분리하여, 분리된 기체는 상기 연료공급탱크로 회수하고, 상기 세퍼레이터에서는 상기 연료공급탱크로부터 공급되는 액화가스 및 상기 리턴라인을 통해 회수되는 액화가스를 상기 엔진으로 공급될 연료를 압축하는 압축펌프로 이송할 수 있다.

본 발명에서는 엔진으로 연료가 공급되는 연료공급라인에 세퍼레이터를 구비하고, 연료 공급을 위해 압축된 증발가스 중 연료로 소비되지 않은 액화가스를 감압하여 세퍼레이터로 공급함으로써, 세퍼레이터에서는 연료공급탱크로부터 공급되는 액화가스 및 리턴라인을 통해 재순환되는 액화가스를 공급받아 압축펌프로 이송하도록 구성하였다.

이와 같이 재순환되는 액화가스와 연료공급탱크로부터의 액화가스가 단일하게 세퍼레이터를 거쳐 압축펌프로 이송되어 엔진으로 공급됨으로써 컨트롤 로직(control logic)을 단순화할 수 있고, 압축펌프의 흡입부(suction)에서 베이퍼(vapor) 발생 위험을 없앨 수 있다.

특히, 카고탱크에서 발생한 증발가스를 재액화하여 이를 냉각라인을 통해 연료공급탱크를 통과시킴으로써, 재액화된 액화가스를 통해 연료공급탱크를 냉각시켜 탱크의 압력과 온도를 안전하게 유지하며, 연료공급탱크에서의 증발가스 발생을 줄일 수 있다.

또한, 카고탱크에서 발생하는 증발가스는 재액화부에서 재액화시킨 후 액화가스의 냉열만 이용하고 재액화하여 카고탱크에 저장함으로써 연료와 이송 화물이 섞이는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 운반선의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 액화가스 운반선의 연료공급시스템에서 재액화부만을 보다 구체적으로 도시한 것이다.

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.

후술하는 본 발명의 실시예에서 선박은, 액화석유가스를 추진용 엔진의 연료 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LPG 운반선, LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 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 실시예는 저온으로 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 엔진의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스의 연료공급시스템에 적용될 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 액화석유화학가스 및 암모니아 등일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LPG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 운반선의 연료공급시스템을 개략적으로 도시하였고, 도 2는 도 1에 도시된 액화가스 운반선의 연료공급시스템에서 재액화부만을 보다 구체적으로 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 연료공급시스템은, 선박의 데크에 마련된 연료공급탱크(DT)로부터 선내 엔진(E)으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인(SL)과, 연료공급라인에 마련되며 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프(120), 연료공급라인에 마련되며 연료공급탱크로부터 액화가스를 공급받아 압축펌프로 이송하는 세퍼레이터(100), 연료공급탱크로부터 세퍼레이터로 액화가스를 이송하는 이송펌프(110), 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스나, 엔진의 정지 시 엔진 및 배관 등에 잔류하는 액화가스를 엔진의 상류로 회수하는 리턴라인(RL1, RL2), 리턴라인에 마련되어 재순환되는 액화가스를 감압하는 감압부(200, 210)를 포함한다.

본 실시예에서 리턴라인을 통해 회수되는 액화가스는 감압부를 거쳐 감압되어 세퍼레이터로 도입되며, 액화가스는 감압 과정에서 줄-톰슨 효과에 의해 냉각되어 세퍼레이터로 도입된다.

세퍼레이터(100)에서는 연료공급탱크(DT)로부터 공급되는 액화가스 및 리턴라인(RL1)을 통해 재순환되는 액화가스를 공급받아 상기 압축펌프(110)로 이송할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 재순환되는 액화가스와 연료공급탱크로부터의 액화가스가 단일하게 세퍼레이터(100)를 거쳐 압축펌프(120)로 이송되어 엔진(E)으로 공급된다.

이송펌프(110)는 액화가스를 이송하기 위한 저압 펌프로 원심 펌프(centrifugal pump)로, 압축펌프(120)는 엔진에서 요구하는 연료공급압력으로 압축하는 고압 펌프로 다이아프램 펌프(diaphragm pump)로 이루어질 수 있고, 압축펌프에서 압축된 액화가스는 연료히터(130)에서 엔진에서 필요로 하는 온도로 가열되어 엔진으로 공급된다.

연료공급라인에서 압축펌프 및 연료히터를 거쳐 압축 및 가열된 액화가스는 연료 중의 이물질을 걸러주는 필터(140)와 서비스밸브부(SVT)를 거쳐 엔진(E)으로 공급된다. 서비스밸브부에서는 엔진으로 LPG를 공급하면서 엔진의 연료유 전환이나 LPG 모드 정지, 트립 등으로 LPG 연료 공급이 중단될 때 밸브를 통해 각 배관을 이중 차단하며 배관 내 압력을 해소한다.

이러한 압축 및 가열된 LPG를 연료로 공급받는 엔진은 일 예로 MAN Diesel & Turbo사(社)의 ME-LGIP 엔진일 수 있다. 이 경우 LPG는 압축펌프 및 연료히터를 거쳐 53 barg, 35℃ 내외의 고압 액체 상태로 엔진에 2 내지 4 ㎥/h 내외가 공급되며, 엔진에서 유압으로 600 내지 700 bar의 압력으로 노즐에 분사되어 엔진이 가동된다.

즉, 본 실시예의 엔진에서는 압축 및 가열된 연료가 액체 상태로 엔진으로 공급되는데, 압력 변화에 따라 부피변화가 큰 압축성 유체, 즉 가스 연료가 공급되는 엔진과는 달리, 압력을 가하여도 부피의 변화가 없거나 적은 비압축성 유체, 액체 상태의 LPG가 엔진 연료로 공급되는 경우 엔진의 부하 변동에도 충분한 연료를 공급하여 즉각적으로 대응하며 캐비테이션을 방지하기 위해서 과잉의 LPG를 엔진으로 공급한다. 엔진에 공급된 LPG 중 연료로 소비되고 남은 LPG는 엔진에서 리턴라인을 통해 배출하여 재순환시키는데, 압축 및 가열된 LPG를 그대로 재순환시키거나 연료공급탱크로 보내면 압축펌프 흡입부(suction)에서 베이퍼(vapor) 발생 위험이 있고, 연료공급탱크 내 압력 및 온도를 상승시켜 탱크 및 선박 안전에 위협이 될 수 있다.

본 실시예에서는 이러한 문제의 해결을 위해 리턴라인에 액화가스를 감압하는 감압부(200, 210)를 마련하여, 엔진으로부터 배출되는 액화가스를 감압하여 재순환될 수 있도록 구성한다. 압축된 액화가스는 감압 과정에서 단열팽창 또는 등엔트로피 팽창하면서 줄-톰슨 효과에 의해 냉각된다.

엔진(E)으로부터 리턴라인(RL1)을 통해 재순환되는 압축된 액화가스는 감압부(200)를 거쳐 감압되며 냉각되어 세퍼레이터(100)로 도입되어 기액분리되고, 세퍼레이터에서 분리된 액상의 액화가스는 연료공급라인(SL)을 통해 다시 엔진으로 공급되어 재순환되며, 세퍼레이터에서 분리된 기체는 베이퍼라인(VL)을 통해 연료공급탱크(DT)로 회수된다. 베이퍼라인에는 연료공급탱크(DT)로 이송되는 기체를 조절하기 위한 압력조절밸브(미도시)가 마련된다.

본 실시예에서는 감압을 통해 냉각된 액화가스가 세퍼레이터로 도입되고, 기액분리 후 액상의 액화가스가 연료공급탱크로부터 이송펌프(110)를 거쳐 공급되는 과냉각(subcooled) LPG와 함께 압축펌프(120)로 도입되므로, 압축펌프 흡입부에서의 베이퍼 발생 위험을 낮춰 베이퍼 제거를 위한 별도의 장치를 구성하지 않을 수 있다.

또한, 재순환되는 액화가스의 온도가 높은 경우에는 엔진의 연료 요구 조건에 맞추기 위해 연료히터에서 가열기능과 함께 냉각기능도 갖추어야 하지만, 본 실시예에서는 감압부를 거쳐 재순환 액화가스가 냉각되고, 세퍼레이터를 통해 감압된 재순환 액화가스 중의 기체는 연료공급탱크로 회수되어, 압축펌프로 흡입되는 고온의 재순환 액화가스의 질량유량(mass flow)를 줄여, 추가 냉각없이도 적절한 온도의 연료를 엔진으로 공급할 수 있어, 연료히터는 가열기능만 갖추어도 되므로 장치 비용을 절감할 수 있고, 운전이 용이하다.

한편 리턴라인은, 엔진(E)으로부터 세퍼레이터(100)로 연결되는 제1 리턴라인(RL1)과, 상기 압축펌프(120)와 연료히터(130) 사이의 연료공급라인(SL)으로부터 세퍼레이터(100)로 연결되는 제2 리턴라인(RL2)을 포함한다. 또한 감압부는, 제1 리턴라인에 마련되는 제1 감압장치(200)와, 제2 리턴라인에 마련되는 제2 감압장치(210)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 및 제2 감압장치는 압축된 액화가스를 단열팽창 또는 등엔트로피 팽창시켜 냉각하는 팽창기 또는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브로 구성될 수 있다.

제1 리턴라인의 제1 감압장치 상류에는 리턴밸브부(RVT) 및 필터(220)가 마련되어, 엔진으로부터 배출되는 액화가스는 리턴밸브부 및 필터를 거쳐 제1 감압장치로 도입된다. 필터에서는 엔진에서 배출되는 액화가스에 혼입된 윤활유 등을 걸러낼 수 있다.

제1 리턴라인(RL1) 및 제1 감압장치(200)는 엔진에서 배출되는 액화가스를, 제2 리턴라인(RL2) 및 제2 감압장치(210)는 압축펌프를 거쳐 압축된 액화가스를 연료히터 상류로부터 감압하여 세퍼레이터로 이송한다.

이를 통해 엔진의 LPG 모드 정지 시, 트립 등 LPG 연료 공급이 중단될 때 엔진 및 연료공급라인에 잔존하는 LPG도 감압으로 냉각하여 세퍼레이터로 이송할 수 있다. LPG 연료 공급 중단 시 세퍼레이터로부터 LPG를 연료공급라인으로 재순환시킬 필요가 없으므로, 세퍼레이터로부터 회수된 액화가스를 이송라인(미도시)을 통해 연료공급탱크로 보낼 수도 있다.

한편, 본 실시예의 선박은 액화가스 운반선으로 액화가스를 저장하여 운송하기 위한 카고탱크(CT)가 마련되는데, 카고탱크에 저장된 액화가스에서 발생하는 증발가스는 재액화부(RS)로 공급되어 재액화된다.

본 실시예에서는 재액화부(RS)로부터 재액화된 액화가스가 연료공급탱크(DT)를 통과하도록 냉각라인(CL)을 마련하여, 재액화부에서 재액화된 액화가스의 냉열을 이용해 연료공급탱크를 냉각시킬 수 있도록 구성하였다.

즉, 연료공급탱크는 LPG를 8barg 이하 압력으로 저장하면서 선내 엔진으로 연료를 공급하는데, 선박에서 데크(deck) 상에 마련되므로 외기에 의해서나, 세퍼레이터로부터 도입되는 가스 등에 의해 탱크 내 온도가 높아지고 압력이 상승할 수 있는데, 본 실시예에서는 카고탱크에서 발생한 증발가스를 재액화부(RS)에서 재액화시킨 후 이를 연료공급탱크(DT)를 거치도록 냉각라인(CL)을 구성함으로써, 재액화부에서 재액화된 액화가스의 냉열을 이용해 연료공급탱크를 냉각시킬 수 있도록 한다.

도 2에 이러한 본 실시예 연료공급시스템에서의 재액화부 구성을 보다 구체적으로 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 재액화부(RS)는, 카고탱크로부터 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기, 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 응축기, 응축기에서 응축된 액화가스를 감압하여 추가 냉각하는 감압장치를 포함한다. 카고탱크로부터 재액화부의 압축기(400)로 가스라인(GL)이 연결되고, 압축기(400), 응축기(410) 및 감압장치(420, 440)를 거쳐 재액화된 액화가스는 냉각라인(CL)을 통해 연료공급탱크(DT)를 통과한 후 카고탱크에서 발생한 증발가스와 함께 재액화부로 이송되어 재액화될 수 있다.

연료공급탱크에는 냉각라인을 통해 재액화부로부터 공급되는 액화가스로 연료공급탱크를 냉각시키는 쿨링 튜브(cooling tube, 300)가 마련되어, 재액화된 액화가스의 냉열로 연료공급탱크가 냉각된다.

재액화부의 압축기(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 단위압축기(400a, 400b, 400c)를 포함하는 다단압축기로 구성될 수 있다.

응축기(410)에서는 해수와 열교환을 통해 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 다단압축기를 거쳐 20 내지 25 bar로 압축된 증발가스의 온도는 110 내지 130℃ 내외일 수 있고, 응축기에서 해수와 열교환되면서 40℃ 내외로 냉각될 수 있다. 응축기(410)는 압축된 증발가스를 해수와 열교환으로 냉각시키는 열교환기(410a)와 냉각으로 재액화된 액화가스를 기액분리하는 제1 분리기(410b)를 포함할 수 있다.

응축기를 거쳐 재액화된 액화가스는 감압장치에서 감압으로 추가냉각되는데, 재액화부에서 응축기와 감압장치 사이에 이코노마이저(430)를 마련하여, 재액화된 액화가스는 응축기로부터 이코노마이저로 도입되고, 이코노마이저(430)로부터 다단압축기 중간단으로 연결된 믹싱라인(ML)을 통해, 액화가스 일부를 다단압축기 중간단으로 보낼 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 감압장치는 순차로 마련되는 제1 감압장치(420)와 제2 감압장치(440))를 포함하여 구성될 수 있고, 응축기(410)에서 응축된 액화가스는 이코노마이저(430)로 도입되되, 일부는 분기되어 제1 감압장치(420)를 거쳐 감압으로 냉각된 후 이코노마이저로 도입되고, 나머지는 제1 감압장치는 거치지 않고 이코노마이저로 도입되어 이코노마이저(430)에서 혼합될 수 있다.

이코노마이저(430)에서 혼합된 액화가스 일부는 믹싱라인(ML)을 통해 다단압축기 중간단, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 첫번째 단위압축기(400a)의 후단으로 공급되어 첫번째 단위압축기에서 압축된 증발가스 흐름에 합류되면서 압축된 증발가스를 냉각시키면서 함께 두번째 단위압축기(400b)로 도입될 수 있다.

믹싱라인으로 분기되지 않은 나머지 액화가스는 이코노마이저(430)로부터 제2 감압장치(440)로 공급되고, 제2 감압장치에서 감압으로 추가 냉각된 후 제2 분리기(450)에서 기액분리되고, 재액화된 액화가스는 냉각라인(CL)을 통해 연료공급탱크의 쿨링 튜브(300)를 통과한 후 재액화부에서 다시 재액화되어 카고탱크에 저장된다.

카고탱크의 용량이 20,000㎥이고, 연료공급탱크의 용량이 300㎥인 액화가스 운반선에서 카고탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화시킨 액화가스를 연료공급탱크를 통과시켜 연료공급탱크를 냉각시키면 3시간 정도 가동시킬 때 연료공급탱크의 압력을 2 내지 3 barg 낮출 수 있고, 이 경우 주 1 내지 2회 가동을 통해 연료공급탱크의 온도 및 압력을 조절할 수 있다.

카고탱크의 액화가스 화물을 연료로 사용하면 화주와 추후 정산 문제가 발생하며, 주문주의 세금문제, 연료에 혼입된 윤활유에 의한 화물 오염문제 등으로 선내 엔진의 연료와 이송 화물이 섞이는 것을 방지할 필요가 있다.

본 실시예에서는 데크 상에 선내 엔진으로 공급될 연료를 공급하는 연료공급탱크를 별도로 마련하면서, 데크 상에 마련되어 외기에 의한 온도 상승, 리턴되는 연료에 의한 온도 및 압력 상승의 우려를, 재액화된 액화가스의 냉열로 연료공급탱크를 냉각시킴으로써 해소할 수 있다. 또한, 카고탱크에서 발생하는 증발가스는 재액화부에서 재액화시킨 후 액화가스의 냉열만 이용하고 다시 재액화부를 거쳐 냉각하여 저장함으로써 연료와 이송 화물이 섞이는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예들에 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.

E: 엔진
DT: 연료공급탱크
CT: 카고탱크
SL: 연료공급라인
RL1: 제1 리턴라인
RL2: 제2 리턴라인
SVT: 서비스밸브부
RVT: 리턴밸브부
RS: 재액화부
CL: 냉각라인
100: 세퍼레이터
110: 이송펌프
120: 압축펌프
130: 연료히터
140, 220: 필터
200: 제1 감압장치
210: 제2 감압장치

Claims (15)

1. 선박의 데크에 마련되며 선내 엔진으로 공급되는 액화가스를 저장하는 연료공급탱크;
   상기 연료공급탱크로부터 상기 엔진으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인;
   상기 엔진에서 소비되지 않은 액화가스 및 상기 엔진 정지 시 엔진에 잔류하는 액화가스가 상기 엔진의 상류로 회수되는 리턴라인;
   상기 선박에 마련되며 운송될 액화가스를 저장하는 카고탱크;
   상기 카고탱크로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 재액화하는 재액화부; 및
   상기 재액화부로부터 상기 연료공급탱크로 연결되는 냉각라인:을 포함하되,
   상기 연료공급라인에는, 상기 액화가스를 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프; 및 상기 연료공급탱크로부터 상기 액화가스를 공급받아 상기 압축펌프로 이송하는 세퍼레이터;가 마련되고, 상기 리턴라인을 통해 회수되는 상기 액화가스는 상기 세퍼레이터를 거쳐 상기 연료공급탱크로 회수되며,
   상기 재액화부에서 재액화된 액화가스는 상기 냉각라인을 따라 상기 연료공급탱크를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 재액화부는
   상기 카고탱크로부터 상기 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기;
   상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 응축기; 및
   상기 응축기에서 응축된 액화가스를 감압하여 추가 냉각하는 감압장치;를 포함하고,
   상기 감압장치에서 냉각된 액화가스는 상기 냉각라인을 통해 상기 연료공급탱크를 관통하며 냉각시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 연료공급탱크에 마련되어 상기 냉각라인을 통해 상기 재액화부로부터 공급되는 액화가스로 상기 연료공급탱크를 냉각시키는 쿨링 튜브:를 더 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 압축기는 복수의 단위압축기를 포함하는 다단압축기로 구성되고,
   상기 응축기에서는 해수와 열교환으로 상기 증발가스가 냉각되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 재액화부는
   상기 응축기와 감압장치 사이에는 마련되는 이코노마이저; 및
   상기 이코노마이저로부터 상기 액화가스를 상기 다단압축기 중간단으로 공급하는 믹싱라인:을 더 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 감압장치는 순차로 마련되는 제1 감압장치와 제2 감압장치를 포함하여, 상기 응축기에서 응축된 액화가스는 이코노마이저로 도입되되, 일부는 분기되어 상기 제1 감압장치를 거쳐 이코노마이저로 도입되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   상기 연료공급라인에는 상기 연료공급탱크로부터 상기 액화가스를 공급받아 상기 세퍼레이터로 이송하는 이송펌프:가 마련되는, 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 리턴라인에 마련되며, 회수되는 상기 액화가스를 감압하는 감압부;를 포함하며,
   상기 감압부에서 감압된 액화가스는 상기 세퍼레이터로 도입되고,
   상기 세퍼레이터에서는 상기 연료공급탱크로부터 공급되는 액화가스 및 상기 리턴라인을 통해 회수되는 상기 액화가스를 공급받아 상기 압축펌프로 이송할 수 있는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 세퍼레이터에서 분리된 기체를 상기 연료공급탱크로 회수하는 베이퍼라인; 및
    상기 베이퍼라인에 마련되는 압력조절밸브:를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 연료공급라인에서 상기 압축펌프의 후단에 마련되며 압축된 액화가스를 상기 엔진에서 필요로 하는 온도로 가열하는 연료히터:를 더 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
12. 제 11항에 있어서, 상기 리턴라인은,
    상기 엔진으로부터 상기 세퍼레이터로 연결되는 제1 리턴라인; 및
    상기 압축펌프와 연료히터 사이의 연료공급라인으로부터 상기 세퍼레이터로 연결되는 제2 리턴라인:을 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
13. 제 12항에 있어서, 상기 감압부는,
    상기 제1 리턴라인에 마련되는 제1 감압장치; 및
    상기 제2 리턴라인에 마련되는 제2 감압장치:를 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
14. 선박의 데크에 마련된 연료공급탱크로부터 연료공급라인을 따라 액화가스를 압축하여 선내 엔진에 연료로 공급하고,
    상기 엔진으로 공급된 상기 액화가스 중 소비되지 않은 액화가스 및 엔진 정지 시 엔진에 잔류하는 액화가스를 리턴라인을 통해 상기 엔진의 상류로 회수하되,
    상기 리턴라인에는 감압부를 마련하여 회수되는 액화가스를 감압하고, 감압으로 냉각된 액화가스는 세퍼레이터에서 기액분리하여,
    상기 세퍼레이터에서는 상기 연료공급탱크로부터 공급되는 액화가스 및 상기 리턴라인을 통해 회수되는 액화가스를, 상기 엔진으로 공급될 연료를 압축하는 압축펌프로 이송하고,
    상기 선박에 의해 운송되는 액화가스가 저장된 카고탱크로부터 발생하는 증발가스를 재액화하고, 재액화된 액화가스는 상기 연료공급탱크를 거쳐 상기 연료공급탱크를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 세퍼레이터에서 기액분리하여 분리된 기체는 상기 연료공급탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.

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