KR102397725B1 - 선박의 연료 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

선박의 연료 공급 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 연료 공급 시스템은, 선내 엔진의 연료로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스가 회수되는 리턴라인; 상기 리턴라인에 마련되어 회수되는 상기 액화가스를 기액분리하는 세퍼레이터; 및 상기 세퍼레이터 하부에 마련되는 풋 밸브:를 포함하며, 상기 리턴라인으로 회수되는 액화가스에 포함된 윤활유는 상기 세퍼레이터 내에서 비중 차이로 층 분리되고 상기 풋 밸브를 통해 상기 세퍼레이터 바닥부로 배출되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 연료 공급 시스템 및 방법{Fuel Supplying System And Method For Ship}

본 발명은 선박의 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진에서 액화가스가 회수되는 리턴라인에 풋 밸브가 마련된 세퍼레이터를 구비하여, 회수되는 액화가스에 포함된 윤활유를 비중 차이로 층 분리시켜 배출시키는 선박의 연료 공급 시스템 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 저온(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 종래 엔진으로의 연료공급시스템의 일 예를 도 1에 개략적으로 도시하였다.

도 1에 도시된 바와 같이, 선내 엔진(E)에 연료로 공급될 LPG는 탱크(T)로부터 펌프(10), 히터(20) 등을 포함하는 연료공급부(Fuel Supply System)를 거치면서 엔진의 연료공급조건에 맞추어 공급라인(SL)을 통해 선박의 엔진(E)에 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 LPG는 리턴라인(RL)을 통해 엔진으로부터 엔진의 상류로 회수된다.

그런데, 리턴라인을 통해 회수되는 LPG는 엔진의 연료공급조건에 맞추어 압축 및 가열되어 고온 고압 상태이므로 이를 연료공급탱크로 보내면 탱크 내 압력 및 온도를 높이는 문제가 있고, 엔진에서 유입된 윤활유(sealing oil)로 인한 LPG 오염 우려가 있다. 한편, 회수되는 LPG를 그대로 배출시켜 태워 없애면 연료를 낭비하는 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, 선내 엔진의 연료로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스가 회수되는 리턴라인;

상기 리턴라인에 마련되어 회수되는 상기 액화가스를 기액분리하는 세퍼레이터; 및

상기 세퍼레이터 하부에 마련되는 풋 밸브:를 포함하며,

상기 리턴라인으로 회수되는 액화가스에 포함된 윤활유는 상기 세퍼레이터 내에서 비중 차이로 층 분리되고 상기 풋 밸브를 통해 상기 세퍼레이터 바닥부로 배출되는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 세퍼레이터의 바닥부에는 상기 윤활유가 배출되는 개구;가 마련되고, 상기 세퍼레이터의 내측 하부에는 밸브 이탈 방지부;가 마련되고, 상기 풋 밸브는 환봉 형태로 마련되며 상기 세퍼레이터의 바닥부와 상기 밸브 이탈 방지부 사이에 수용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 풋 밸브는 LPG보다 비중이 크고 상기 윤활유보다 비중이 작게 마련되어, 층 분리된 윤활유 중에 부유하여 상기 개구가 개방되고, 층 분리로 배출될 윤활유가 없는 때에는 상기 세퍼레이터의 바닥부로 가라앉아 LPG가 상기 세퍼레이터 바닥부의 개구로 배출되는 것을 방지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 풋 밸브는 0.6 내지 0.8의 비중으로 제작될 수 있다.

바람직하게는, 상기 세퍼레이터에서 분리된 액상의 액화가스는, 상기 엔진으로 연료 공급을 위해 마련되는 데크탱크로 회수될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선내 엔진의 연료로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스가 회수되는 리턴라인에 세퍼레이터를 마련하고, 상기 세퍼레이터 하부에 풋 밸브를 구비하여,

상기 리턴라인으로 회수되는 액화가스에 포함된 윤활유는 상기 세퍼레이터 내에서 비중 차이로 층 분리하여 상기 풋 밸브를 통해 상기 세퍼레이터 바닥부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 방법이 제공된다.

바람직하게는 상기 세퍼레이터의 내측 하부에 밸브 이탈 방지부를, 상기 세퍼레이터의 바닥부에는 상기 윤활유가 배출되는 개구를 마련하고, 상기 풋 밸브를 LPG보다 비중이 크고 상기 윤활유보다 비중이 작은 환봉 형태로 마련하되 상기 세퍼레이터의 바닥부와 상기 밸브 이탈 방지부 사이에 수용하여, 상기 액화가스로부터 층 분리된 윤활유를 상기 풋 밸브를 통해 상기 세퍼레이터 하부로 배출시킬 수 있다.

본 발명은 엔진에서 액화가스가 회수되는 리턴라인에 세퍼레이터를 마련하되, 세퍼레이터 하부에 풋 밸브를 구비하여 엔진에서 회수되는 액화가스에 포함된 윤활유를 분리하여 배출시킴으로써, 윤활유로 인한 액화가스 오염을 방지할 수 있다.

특히 세퍼레이터에 마련된 밸브 이탈 방지부와 바닥부 사이에 LPG와 윤활유의 중간 정도인 비중으로 제작된 환봉 형태의 풋 밸브를 구비함으로써, 액화가스 중에 윤활유가 포함되어 있을 때에는 세퍼레이터에서 층 분리된 윤활유 중에 부유하며 개구를 개방시켜 윤활유를 배출시키면서도, 배출될 윤활유가 없으면 LPG 중에서 가라앉아 세퍼레이터 바닥의 개구를 막으므로 LPG가 배출되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 LPG를 연료로 공급받는 엔진으로의 종래 연료 공급 시스템의 일 예를 개략적으로 도시하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템에 적용되는 세퍼레이터를 개략적으로 도시하였다.

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 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LPG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

본 실시예의 연료 공급 시스템은, 선내 엔진의 연료로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스가 회수되는 리턴라인(RL)에 세퍼레이터(100)를 마련하여, 엔진에서 사용 후 데크탱크로 회수되는 액화가스를 세퍼레이터를 거쳐 LPG를 분리할 수 있도록 한 것이다.

본 실시예에서 엔진은 액화가스를 연료로 공급받는 것으로 일 예를 들면, LPG와 디젤을 연료로 공급받는 Dual Fuel Engine, MAN D&T사(社) ME-LGIP engine일 수 있다. 액화가스는 고압 펌프와 열교환기를 거쳐 엔진에 필요한 온도 및 압력, 예를 들어 LPG와 디젤을 연료로 공급받는 Dual Fuel Engine의 경우 50 bar, 30 내지 55℃ 정도로 엔진에 공급될 수 있다.

비압축성 유체인 LPG는 엔진의 로드 변화에 즉각 대응할 수 있도록 엔진에서 필요로 하는 연료보다 초과공급되며, 엔진으로 공급된 연료 중 소비되지 않고 남은 연료는 데크탱크로 회수되어 엔진으로 재순환될 수 있다.

엔진에서 데크탱크로 회수되는 액화가스에는 액상의 LPG 외에도, 연료 공급을 위한 압축 및 가열을 통해 발생하게 된 증발가스 등의 기체와 엔진에서 유입된 윤활유(sealing oil) 등이 섞여 있을 수 있어, 이를 그대로 데크탱크로 보내면 혼입된 윤활유로 인해 LPG 화물을 오염시켜 연료 효율에 영향을 줄 수 있고, 탱크 내에서 결정화될 우려도 있다.

본 실시예는 이러한 문제를 해결하기 위해 엔진에서 데크탱크로 회수되는 액화가스 중 가스와 윤활유를 LPG로부터 분리하여 배출할 수 있는 세퍼레이터를 리턴라인에 마련하였다.

도 2에는 본 실시예에 적용되는 세퍼레이터(100)를 개략적으로 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예 시스템의 리턴라인(RL)에는 엔진에서 배출되어 데크 탱크로 회수되는 액화가스를 기액분리하는 세퍼레이터(100)가 마련되며, 세퍼레이터 하부에 풋 밸브(150)가 구비된다.

세퍼레이터의 바닥부에는 윤활유가 배출되는 개구가 마련되고, 세퍼레이터의 내측 하부에는 밸브 이탈 방지부(110)가 마련된다. 풋 밸브는 환봉 형태로 마련되며 세퍼레이터의 바닥부와 밸브 이탈 방지부 사이에 수용되어, 풋 밸브에 의해 세퍼레이터 바닥부의 개구가 개폐될 수 있다록 한다.

세퍼레이터로 도입된 액화가스 중의 가스, LPG, 윤활유는 비중 차이에 의해 층 분리된다. LPG는 프로판(C₃H₈)과 부탄(C₄H₁₀)이 주성분으로, 프로판과 부탄의 비율에 따라 차이가 있으나 비중이 약 0.5이고, 윤활유의 비중은 약 0.9 내외이다. 따라서 세퍼레이터에서 가스는 상부로 분리되고, 비중 차이에 의해 LPG보다 무거운 윤활유가 바닥으로 층 분리된다.

풋 밸브(150)는 LPG보다 비중이 크고 윤활유보다 비중이 작게, 예를 들어 0.6 내지 0.8의 비중으로 마련될 수 있다.

세퍼레이터 바닥부와 밸브 이탈 방지부 사이에 배치된 풋 밸브는 윤활유보다 가벼우므로 층 분리된 윤활유 중에 부유함으로써 세퍼레이터 바닥의 개구가 개방된다. 개방된 개구를 통해 액화가스로부터 분리된 윤활유가 세퍼레이터 외부로 배출된다.

또한, 액화가스 중에 층 분리로 배출될 윤활유가 없는 때에는 LPG보다 무거운 풋 밸브가 세퍼레이터의 바닥부로 가라앉아 개구를 막음으로써, LPG가 세퍼레이터 바닥부의 개구를 통해 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

세퍼레이터에는 층 분리된 가스와 LPG를 배출시킬 수 있도록 가스 라인(GL)과 LPG 라인(LL)이 마련되고, 윤활유는 세퍼레이터 바닥부의 개구를 통해 배출된다(drain).

세퍼레이터 상부로부터 가스 라인을 따라 액화가스로부터 분리된 가스가 배출되어, 외부로 배출시키거나(vent), 재액화부로 보내 재액화시켜 처리할 수도 있다. LPG 라인을 따라 분리된 LPG는 데크 탱크로 회수되어 엔진으로 재순환된다.

이와 같이 본 실시예에서는 LPG보다 비중이 크고 윤활유보다 비중이 작은 환봉 형태의 풋 밸브가 마련된 세퍼레이터를 리턴라인에 구비함으로써 윤활유 제거 시 LPG 유출을 방지하면서도, 데크탱크에 윤활유 혼입을 막아 그로 인한 LPG 화물 오염 및 탱크 내에서의 결정화를 효과적으로 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.

RL: 리턴라인
GL: 가스 라인
LL: LPG 라인
100: 세퍼레이터
110: 밸브 이탈 방지부
150: 풋 밸브

Claims (7)

1. 선내 엔진의 연료로 공급된 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스가 회수되는 리턴라인;
   상기 리턴라인에 마련되어 회수되는 상기 액화가스를 기액분리하는 세퍼레이터; 및
   상기 세퍼레이터 하부에 마련되는 풋 밸브:를 포함하되,
   상기 세퍼레이터의 바닥부에는 윤활유가 배출되는 개구;가 마련되고, 상기 풋 밸브는 LPG보다 비중이 크고 상기 윤활유보다 비중이 작게 마련되며,
   상기 리턴라인으로 회수되는 액화가스에 포함된 윤활유는 상기 세퍼레이터 내에서 비중 차이로 층 분리되고, 층 분리된 윤활유 중에 상기 풋 밸브가 부유하여 상기 개구가 개방되면 상기 세퍼레이터 바닥부로 배출되어,
   상기 세퍼레이터로 도입된 액화가스 중의 가스, LPG, 윤활유가 비중 차이로 층 분리되고, 분리된 LPG가 데크 탱크로 회수되어, 데크탱크의 윤활유 혼입을 막아 화물오염 및 결정화를 방지하는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 세퍼레이터의 내측 하부에는 밸브 이탈 방지부;가 마련되며,
   상기 풋 밸브는 환봉 형태로 마련되며 상기 세퍼레이터의 바닥부와 상기 밸브 이탈 방지부 사이에 수용되는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 풋 밸브는 층 분리로 배출될 윤활유가 없는 때에는 상기 세퍼레이터의 바닥부로 가라앉아 LPG가 상기 세퍼레이터 바닥부의 개구로 배출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 풋 밸브는 0.6 내지 0.8의 비중으로 제작되는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 시스템.
5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 세퍼레이터에서 분리된 액상의 액화가스는, 상기 엔진으로 연료 공급을 위해 마련되는 데크탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 선박의 연료 공급 시스템.
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7. 삭제

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