KR102387176B1 - 액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 액화가스 운반선의 연료공급시스템은, 선박에 마련되어 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 저장하는 연료탱크로부터 상기 엔진으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인; 상기 연료공급라인에 마련되며 상기 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프; 상기 엔진으로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 상기 엔진의 상류로 재순환시키는 제1 리턴라인; 상기 제1 리턴라인에 마련되며 재순환되는 상기 액화가스를 냉각하는 리턴쿨러; 상기 연료공급라인을 따라 상기 연료탱크로부터 이송되는 액화가스와 상기 리턴쿨러를 거쳐 냉각된 재순환 액화가스를 공급받아 상기 압축펌프로 이송하는 리컨덴서; 및 상기 연료공급라인에 마련되며 상기 연료탱크로부터 상기 리컨덴서로 이송될 액화가스를 가열하는 인렛히터:를 포함한다.

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 액화가스를 회수하여 재순환시키면서, 엔진으로 효과적으로 연료를 공급할 수 있는 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 처리하면서 효과적으로 연료를 공급할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련되어 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 저장하는 연료탱크로부터 상기 엔진으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인;
상기 연료공급라인에 마련되며 상기 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프;
상기 엔진으로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 상기 엔진의 상류로 재순환시키는 제1 리턴라인;
상기 제1 리턴라인에 마련되며 재순환되는 상기 액화가스를 냉각하는 리턴쿨러;
상기 연료공급라인을 따라 상기 연료탱크로부터 이송되는 액화가스와 상기 리턴쿨러를 거쳐 냉각된 재순환 액화가스를 공급받아 상기 압축펌프로 이송하는 리컨덴서; 및
상기 연료공급라인에 마련되며 상기 연료탱크로부터 상기 리컨덴서로 이송될 액화가스를 가열하는 인렛히터:를 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 리턴쿨러 및 인렛히터로 공급되는 열매체가 순환하는 열매체 순환라인;을 더 포함하고, 상기 인렛히터에서 상기 액화가스를 가열하며 냉각된 상기 열매체는 상기 리턴쿨러에서 상기 재순환 액화가스와 열교환으로 가열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 연료공급라인에 마련되며 상기 압축펌프에서 압축된 액화가스를 상기 엔진에서 필요로 하는 온도로 가열하는 연료히터:를 더 포함하고, 상기 연료히터는 상기 열매체 순환라인을 순환하는 상기 열매체로부터 열원을 공급받을 수 있다.
바람직하게는, 상기 열매체 순환라인에 마련되며 상기 인렛히터를 거쳐 냉각된 열매체를 이송하는 열매체 펌프; 및 상기 열매체 펌프로부터 이송되어 상기 연료히터로 공급될 열매체가 가열되는 열매체 히터;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열매체 펌프의 하류에서 상기 열매체 순환라인은, 상기 리턴쿨러로 공급되는 제1 분기라인; 및 상기 연료히터로 공급되는 제2 분기라인:으로 분기되고, 상기 리턴쿨러 및 연료히터를 통과한 후 합류되어, 상기 인렛히터로 연결되며, 상기 열매체 히터는 상기 제2 분기라인에 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 열매체 펌프에서 이송된 열매체는 상기 리턴쿨러로 공급되어 열교환으로 가열된 후 상기 열매체 히터에서 추가 가열되어 상기 연료히터로 공급되며, 상기 열매체는 상기 인렛히터, 리턴쿨러 및 연료히터에서 순차로 열교환되며 상기 열매체 순환라인에서 순환될 수 있다.
바람직하게는, 상기 열매체 순환라인을 따라 순환하는 열매체는 글리콜 워터이고, 상기 열매체 히터에서는 스팀에 의해 상기 열매체가 가열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 리턴라인에서 상기 리턴쿨러의 전단에 마련되며 재순환되는 상기 액화가스를 감압하여 상기 리턴쿨러로 공급하는 감압부; 및 상기 연료탱크 내에 마련되어 상기 연료공급라인으로 액화가스를 펌핑하는 연료공급펌프:를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축펌프와 연료히터 사이의 연료공급라인으로부터 상기 제1 리턴라인의 리턴쿨러 후단으로 연결되는 제2 리턴라인; 및 상기 제2 리턴라인에 마련되는 감압밸브:를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박에 마련되어 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 저장하는 연료탱크로부터 액화가스를 압축펌프로 이송하고 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하여 상기 엔진으로 공급하고,
상기 엔진으로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 리턴라인을 통해 상기 엔진의 상류로 재순환시키되,
상기 리턴라인을 통해 재순환되는 액화가스는 리턴쿨러에서 냉각되고, 상기 연료탱크로부터 엔진으로 공급될 액화가스는 인렛히터에서 가열되어,
상기 연료탱크로부터 이송되어 인렛히터에서 가열된 액화가스와 상기 리턴쿨러를 거쳐 냉각된 재순환 액화가스는 리컨덴서로 도입된 후 상기 압축펌프로 이송되어 상기 엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법이 제공된다.
바람직하게는, 열매체 순환라인을 순환하는 열매체가 상기 리턴쿨러 및 인렛히터에 열원으로 공급되되, 상기 인렛히터에서 상기 액화가스를 가열하며 냉각된 상기 열매체는 상기 리턴쿨러에서 상기 재순환 액화가스와 열교환으로 가열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축펌프에서 압축된 액화가스는 연료히터로 도입되어 상기 엔진에서 필요로 하는 온도로 가열되되, 상기 연료히터는 상기 열매체 순환라인을 순환하는 상기 열매체로부터 열원을 공급받을 수 있다.
바람직하게는 상기 열매체 순환라인은, 상기 리턴쿨러로 공급되는 제1 분기라인; 및 상기 연료히터로 공급되는 제2 분기라인:으로 분기되고, 상기 리턴쿨러 및 연료히터를 통과한 후 합류되어 상기 인렛히터로 연결되며, 상기 연료히터로 공급될 열매체는 제2 분기라인에 마련된 열매체 히터에서 스팀과 열교환으로 가열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 인렛히터에서 상기 액화가스를 가열하며 냉각된 상기 열매체는 상기 리턴쿨러에서 상기 재순환 액화가스와 열교환으로 가열되고, 열매체 히터에서 스팀과 열교환으로 추가가열된 후 상기 연료히터로 공급되어, 상기 열매체는 상기 인렛히터, 리턴쿨러 및 연료히터에서 순차로 열교환되며 상기 열매체 순환라인에서 순환될 수 있다.
본 발명에서는 엔진으로 연료 공급을 위해 압축된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 리턴라인을 통해 재순환시키되, 압축된 액화가스를 리턴라인에서 감압으로 냉각시키고 리컨덴서에서 연료탱크로부터 공급되는 액화가스와 혼합하여 응축시켜 압축펌프로 공급하여 재순환시키도록 구성하였다. 이와 같이 엔진으로 초과공급되어 연료로 소비되고 남은 액화가스를 재순환시킴으로써, 윤활유(sealing oil)로 인한 연료탱크 내 LPG 오염을 막을 수 있다.
리컨덴서를 마련하여 엔진에서 회수되는 액화가스를 연료탱크로 이송하지 않고, 연료탱크로부터 인렛히터를 거쳐 공급되는 과냉각된 액화가스와 함께 리컨덴서에서 응축시켜 압축펌프로 공급하여 재순환시킴으로써, 윤활유가 저온의 연료탱크로 유입되어 응고되는 것을 방지하고, 압축펌프에서 필요한 유효흡입수두를 확보할 수 있다.
데크 탱크 및 이송 펌프 등을 설치하지 않아 설치 비용을 절감하고, 컴팩트한 시스템을 구현하며, 선내 공간 확보에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 운반선의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 운반선의 연료공급시스템을 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.
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 2에는 열매체 순환라인을 변형한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 운반선의 연료공급시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 연료공급시스템은, 선박에 마련되어 선내 엔진(E)으로 공급될 액화가스를 저장하는 연료탱크(FT1, FT2)로부터 선박의 엔진으로 연료를 공급하기 위한 시스템으로, 연료탱크로부터 엔진으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인(SL), 연료공급라인에 마련되며 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프(110), 엔진으로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 엔진의 상류로 재순환시키는 제1 리턴라인(RL1), 제1 리턴라인에 마련되며 재순환되는 액화가스를 냉각하는 리턴쿨러(240), 연료공급라인을 따라 상기 연료탱크로부터 이송되는 액화가스와 상기 리턴쿨러를 거쳐 냉각된 재순환 액화가스를 공급받아 압축펌프로 이송하는 리컨덴서(200), 연료공급라인에 마련되며 상기 연료탱크로부터 리컨덴서로 이송될 액화가스를 가열하는 인렛히터(100)를 포함한다.
열매체 순환라인(HML)을 따라 리턴쿨러 및 인렛히터로 공급되는 열매체가 순환하며, 인렛히터(100)에서 연료탱크(FT1, FT2)로부터 이송되는 액화가스를 가열하며 냉각된 열매체가 열매체 순환라인을 따라 리턴쿨러(240)로 공급되어 엔진으로부터의 재순환 액화가스를 열교환으로 냉각시키며 가열된다.
연료공급라인(SL)에는 연료히터(120)가 마련되어, 압축펌프(110)에서 압축된 액화가스를 엔진에서 필요로 하는 온도로 가열하는데, 연료히터 역시 열매체 순환라인을 순환하는 열매체로부터 열원을 공급받을 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 이를 위해, 열매체 순환라인(HML)에는 인렛히터를 거쳐 냉각된 열매체를 이송하는 열매체 펌프(300)가 마련되고, 열매체 펌프의 전단에는 수두를 생성하는 팽창탱크(320)가 마련되며, 열매체 펌프(300)의 하류에서 열매체 순환라인(HML)은 리턴쿨러(240)로 공급되는 제1 분기라인(HMLa)과, 연료히터(120)로 공급되는 제2 분기라인(HMLb)으로 분기되고, 분기된 열매체는 각각 리턴쿨러 및 연료히터를 통과한 후 합류되어 열매체 순환라인을 따라 인렛히터(100)로 공급된다.
제2 분기라인(HMLb)에는 열매체 펌프로부터 이송되어 연료히터로 공급될 열매체를 가열하는 열매체 히터(310)가 마련된다. 열매체 히터에서는 스팀에 의해 열매체가 가열될 수 있고, 열매체 히터에서 필요한 스팀은 선내 스팀시스템으로부터 공급될 수 있다.
열매체 순환라인은 열교환의 효율을 높이기 위해 도 2에 도시된 다른 실시예의 시스템처럼 변형될 수도 있다.
도 2에 도시된 다른 실시예 시스템의 열매체 순환라인(HML)은 전술한 도 1의 시스템과는 달리 제1 및 제2 분기라인으로 분기되지 않고, 열매체가 인렛히터(100), 리턴쿨러(240), 연료히터(120)를 순차로 통과하며 열교환되도록 구성한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 인렛히터(100)를 거쳐 냉각된 열매체는 열매체 펌프(300)에서 펌핑되어 리턴쿨러(240)로 이송되고, 리턴쿨러(240)를 통과하며 재순환 액화가스와 열교환되어 재순환 액화가스를 냉각시키면서 가열되고, 열매체 히터(310)에서 스팀과 열교환되며 추가 가열되어 연료히터(120)로 공급된다. 연료히터(120)를 통과하며 엔진으로 공급될 압축된 연료와 열교환된 열매체는 다시 인렛히터(100)로 공급되어, 열매체 순환라인(HML)을 순환하게 된다.
한편, 열매체 순환라인을 따라 순환하는 열매체는 일 예로 글리콜 워터일 수 있고, 다른 공지된 열매체도 적용될 수 있다.
열매체 순환라인에서 인렛히터, 리턴쿨러, 연료히터가 마련된 각 배관부분에는 제1 내지 제3 삼방향밸브(TV1, TV2, TV3)가 마련되어, 인렛히터, 리턴쿨러, 연료히터에서 가열 또는 냉각되는 액화가스의 온도를 조절할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 삼방향밸브(TV1)는 리컨덴서(200)에서 감지된 온도에 따라 인렛히터(100)의 열매체 유량을 조절하여 인렛히터를 거쳐 가열되는 액화가스의 온도를 조절하고, 감압부(210)를 거친 제1 리턴라인(RL1)의 재순환 액화가스 온도를 감지하여 그에 따라 제2 삼방향밸브(TV2)에서 리턴쿨러(240)의 열매체 유량을 조절하여 리턴쿨러를 거쳐 냉각되는 재순환 액화가스의 온도를 조절한다. 또한 연료히터(120) 하류의 액화가스 온도를 감지하여 제3 삼방향밸브(TV3)에서 연료히터의 열매체 유량을 조절한다.
본 실시예 시스템은 데크 탱크를 설치하지 않고, 연료로 공급될 액화가스가 저장된 데크 하부의 연료탱크(FT1, FT2)로부터 바로 액화가스를 이송하여 엔진으로 공급하는 것이다. 즉, 본 액화가스 운반선을 통해 화물로 이송되는 액화가스는 카고탱크(미도시)에 저장하고, 선내 연료로 소비할 액화가스는 카고탱크와는 별도로 마련된 연료탱크(FT1, FT2)에 저장하며, 별도의 데크 탱크를 설치하지 않고 연료탱크로부터 바로 엔진으로 액화가스를 공급한다. 카고탱크와 연료탱크 사이에는 벌크헤드(bulk-head)가 설치되어 서로 분리된다. 데크 탱크가 설치되지 않으므로 데크 탱크로부터 압축펌프로 액화가스를 이송하기 위한 펌프로 설치될 필요가 없으며, 이를 통해 데크 탱크 및 이송용 펌프를 설치하기 위한 비용 및 공간을 절감하고, 선내 공간 확보에 기여할 수 있다. 또한 장치 구성을 줄임에 따라 연료공급시스템의 크기를 줄일 수 있어 엔진 인근에 배치할 수 있고, 그에 따라 엔진으로의 연료 공급을 위해 필요한 배관 길이를 줄일 수 있다.
연료탱크(FT1, FT2)에 저장된 액화가스는 탱크 내에 마련된 연료공급펌프에 의해 펌핑되어 연료공급라인(SL)을 따라 인렛히터(100)를 거쳐 리컨덴서(200)로 이송된다. 연료공급펌프는 예를 들어 액화가스 중에 잠기는 형태의 deep well pump로 마련될 수 있다.
리컨덴서(200)로 이송된 액화가스는 압축펌프(110)를 거쳐 압축되고 연료히터(120)에서 엔진(E)에서 필요로 하는 온도로 가열된다. 압축펌프 및 연료히터를 거쳐 압축 및 가열된 액화가스는 연료 중의 이물질을 걸러주는 필터(130), 서비스밸브부(SVT) 등을 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 과공급된 LPG 중 연료로 소비되고 남은 LPG는 엔진에서 제1 리턴라인(RL1)을 통해 배출하여 재순환시키는데, 압축 및 가열된 LPG를 그대로 재순환시키거나 연료탱크로 보내면 압축펌프 흡입부(suction)에서 베이퍼(vapor) 발생 위험이 있고, 연료탱크 내 압력 및 온도를 상승시켜 탱크 및 선박 안전에 위협이 될 수 있으며 엔진에서 혼입된 윤활유(sealing oil)로 인한 연료탱크 내 LPG 오염의 우려도 있다. 이를 해결하기 위해 본 실시예 시스템에서는 제1 리턴라인(RL1)에 액화가스를 감압하는 감압부(210)를 마련하여, 엔진으로부터 배출되는 액화가스를 감압하고 리턴쿨러(240)에서 추가 냉각한 후 리컨덴서(200)로 도입시켜 재순환시킨다. 엔진으로부터 회수되는 압축된 액화가스는 감압 과정에서 단열팽창 또는 등엔트로피 팽창하면서 줄-톰슨 효과에 의해 냉각되고 리턴쿨러에서 추가 냉각된 후 리컨덴서로 도입된다.
제1 리턴라인의 감압부 상류에는 리턴밸브부(RVT) 및 필터(230)가 마련되어, 엔진으로부터 배출되는 액화가스는 리턴밸브부 및 필터를 거쳐 감압부로 도입된다. 필터에서는 엔진에서 배출되는 액화가스에 혼입된 윤활유 등을 걸러낼 수 있다.
압축펌프(110)와 연료히터(120) 사이의 연료공급라인으로부터 상기 제1 리턴라인(RL1)의 리턴쿨러(240) 후단으로 제2 리턴라인(RL2)이 연결되고, 제2 리턴라인에는 감압밸브(220)가 마련되어, 압축펌프(110)를 거쳐 압축된 액화가스를 감압하여 리컨덴서(200)로 이송할 수 있다. 이를 통해 엔진의 LPG 모드 정지 시, 트립 등 LPG 연료 공급이 중단될 때 엔진 및 연료공급라인에 잔존하는 LPG도 감압으로 냉각하여 리컨덴서로 이송할 수 있다.
냉각 후 리컨덴서로 도입된 재순환 액화가스는 연료탱크로부터 펌핑되어 이송되는 과냉각(subcooled) LPG와 리컨덴서에서 혼합되면서 응축된다.
연료탱크 내에 저장된 액화가스의 온도는 -40 내지 -50℃ 내외인데, 이러한 저온의 LPG를 리컨덴서로 공급하면 재순환 액화가스 중에 혼입된 윤활유가 리컨덴서 내에서 응고될 위험이 있다. 본 실시예 시스템에서는 재순환 액화가스 중의 윤활유가 리컨덴서 내에서 응고되는 것을 방지하기 위해 연료공급라인(SL)에 인렛히터(100)를 마련하고, 연료탱크(FT1, FT2)로부터 공급되는 액화가스를 인렛히터(100)에서 가열하여 리컨덴서(200)로 공급함으로써, 리컨덴서 내부의 온도를 -10℃ 이상으로 유지하여 윤활유의 응고를 방지할 수 있다.
또한 엔진으로부터 배출되는 액화가스가 연료탱크로 유입되지 않으므로, 연료탱크에 저장된 LNG에 엔진으로부터의 윤활유가 혼입되어 저온인 연료탱크 내에서 윤활유가 굳는 것을 방지할 수 있다. 추가로, 리컨덴서와 연료탱크 사이의 연료공급라인에는 듀얼 체크 밸브를 설치하여 리컨덴서로부터 연료탱크로 윤활유가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
리컨덴서로 도입된 재순환 액화가스와 연료탱크로부터 펌핑되어 이송되는 과냉각(subcooled) LPG와 리컨덴서에서 혼합되면서, 리컨덴서 내 액화가스는 과냉각 상태를 유지할 수 있어, 압축펌프의 흡입부에서 필요로 하는 충분한 유효흡입수두(NPSHa, net positive suction head available)를 확보하고, 베이퍼 발생을 방지할 수 있다.
리턴쿨러(240)와 리컨덴서(200) 사이에 제1 밸브(V1)가 마련되어, 리컨덴서의 압력에 따라 리턴쿨러로부터 리컨덴서로 재순환 액화가스가 유입되는 것을 조절할 수 있고, 연료공급라인(SL)의 리컨덴서(200) 전단에 제2 및 제3 밸브(V2, V3)가 마련되어, 리컨덴서의 액위(liquid level)에 따라 연료탱크로부터 액화가스가 리컨덴서로 유입되는 것을 조절할 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
FT1, FT2: 연료탱크
SL: 연료공급라인
RL1: 제1 리턴라인
RL2: 제2 리턴라인
SVT: 서비스밸브부
RVT: 리턴밸브부
100: 인렛히터
110: 압축펌프
120: 연료히터
130, 230: 필터
200: 리컨덴서
210: 감압부
220: 감압밸브
240: 리턴쿨러

Claims (14)

  1. 선박에 마련되어 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 저장하는 연료탱크로부터 상기 엔진으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인;
    상기 연료공급라인에 마련되며 상기 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프;
    상기 엔진으로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 상기 엔진의 상류로 재순환시키는 제1 리턴라인;
    상기 제1 리턴라인에 마련되며 재순환되는 상기 액화가스를 냉각하는 리턴쿨러;
    상기 연료공급라인을 따라 상기 연료탱크로부터 이송되는 액화가스와 상기 리턴쿨러를 거쳐 냉각된 재순환 액화가스를 공급받아 상기 압축펌프로 이송하는 리컨덴서;
    상기 연료공급라인에 마련되며 상기 연료탱크로부터 상기 리컨덴서로 이송될 액화가스를 가열하는 인렛히터; 및
    상기 리턴쿨러 및 인렛히터로 공급되는 열매체가 순환하는 열매체 순환라인:을 포함하고,
    상기 인렛히터에서 상기 액화가스를 가열하며 냉각된 상기 열매체는 상기 리턴쿨러에서 상기 재순환 액화가스와 열교환으로 가열되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연료공급라인에 마련되며 상기 압축펌프에서 압축된 액화가스를 상기 엔진에서 필요로 하는 온도로 가열하는 연료히터:를 더 포함하고,
    상기 연료히터는 상기 열매체 순환라인을 순환하는 상기 열매체로부터 열원을 공급받는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 열매체 순환라인에 마련되며 상기 인렛히터를 거쳐 냉각된 열매체를 이송하는 열매체 펌프; 및
    상기 열매체 펌프로부터 이송되어 상기 연료히터로 공급될 열매체가 가열되는 열매체 히터;를 더 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 열매체 펌프의 하류에서 상기 열매체 순환라인은, 상기 리턴쿨러로 공급되는 제1 분기라인; 및 상기 연료히터로 공급되는 제2 분기라인:으로 분기되고, 상기 리턴쿨러 및 연료히터를 통과한 후 합류되어, 상기 인렛히터로 연결되고,
    상기 열매체 히터는 상기 제2 분기라인에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 열매체 펌프에서 이송된 열매체는 상기 리턴쿨러로 공급되어 열교환으로 가열된 후 상기 열매체 히터에서 추가 가열되어 상기 연료히터로 공급되며,
    상기 열매체는 상기 인렛히터, 리턴쿨러 및 연료히터에서 순차로 열교환되며 상기 열매체 순환라인에서 순환되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 열매체 순환라인을 따라 순환하는 열매체는 글리콜 워터이고, 상기 열매체 히터에서는 스팀에 의해 상기 열매체가 가열되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 리턴라인에서 상기 리턴쿨러의 전단에 마련되며 재순환되는 상기 액화가스를 감압하여 상기 리턴쿨러로 공급하는 감압부; 및
    상기 연료탱크 내에 마련되어 상기 연료공급라인으로 액화가스를 펌핑하는 연료공급펌프:를 더 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 압축펌프와 연료히터 사이의 연료공급라인으로부터 상기 제1 리턴라인의 리턴쿨러 후단으로 연결되는 제2 리턴라인; 및
    상기 제2 리턴라인에 마련되는 감압밸브:를 더 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  10. 선박에 마련되어 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 저장하는 연료탱크로부터 액화가스를 압축펌프로 이송하고 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하여 상기 엔진으로 공급하고,
    상기 엔진으로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 리턴라인을 통해 상기 엔진의 상류로 재순환시키되,
    상기 리턴라인을 통해 재순환되는 액화가스는 리턴쿨러에서 냉각되고, 상기 연료탱크로부터 엔진으로 공급될 액화가스는 인렛히터에서 가열되어,
    상기 연료탱크로부터 이송되어 인렛히터에서 가열된 액화가스와 상기 리턴쿨러를 거쳐 냉각된 재순환 액화가스는 리컨덴서로 도입된 후 상기 압축펌프로 이송되어 상기 엔진으로 공급되고,
    열매체 순환라인을 순환하는 열매체가 상기 리턴쿨러 및 인렛히터에 열원으로 공급되되,
    상기 인렛히터에서 상기 액화가스를 가열하며 냉각된 상기 열매체는 상기 리턴쿨러에서 상기 재순환 액화가스와 열교환으로 가열되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.
  11. 삭제
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 압축펌프에서 압축된 액화가스는 연료히터로 도입되어 상기 엔진에서 필요로 하는 온도로 가열되되,
    상기 연료히터는 상기 열매체 순환라인을 순환하는 상기 열매체로부터 열원을 공급받는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 열매체 순환라인은, 상기 리턴쿨러로 공급되는 제1 분기라인; 및 상기 연료히터로 공급되는 제2 분기라인:으로 분기되고, 상기 리턴쿨러 및 연료히터를 통과한 후 합류되어, 상기 인렛히터로 연결되며,
    상기 연료히터로 공급될 열매체는 제2 분기라인에 마련된 열매체 히터에서 스팀과 열교환으로 가열되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 인렛히터에서 상기 액화가스를 가열하며 냉각된 상기 열매체는 상기 리턴쿨러에서 상기 재순환 액화가스와 열교환으로 가열되고, 열매체 히터에서 스팀과 열교환으로 추가가열된 후 상기 연료히터로 공급되어,
    상기 열매체는 상기 인렛히터, 리턴쿨러 및 연료히터에서 순차로 열교환되며 상기 열매체 순환라인에서 순환되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130084908A (ko) * 2012-01-18 2013-07-26 삼성중공업 주식회사 천연가스 연료공급 시스템 및 천연가스 연료공급 시스템이 탑재된 선박
KR20200047623A (ko) * 2017-09-08 2020-05-07 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 선박
KR20200096084A (ko) * 2019-02-01 2020-08-11 현대중공업 주식회사 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박

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