KR102548336B1 - 선박의 암모니아처리시스템 - Google Patents

선박의 암모니아처리시스템 Download PDF

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Abstract

선박의 암모니아처리시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 암모니아처리시스템은 선박 내에서 누출되거나 외부로 배출되는 암모니아액 및 암모니아가스에 물이 살포되어 생성된 암모니아수 중 하나 이상을 저장하는 암모니아처리탱크; 암모니아처리탱크에 저장된 액체성분과 열매체 간 열교환을 수행하여 액체성분을 암모니아가스로 상변환시키는 열교환부; 암모니아처리탱크 내부에 생성된 암모니아가스를 외부로 배출시키는 가스배출라인; 질소를 공급하는 질소공급부; 및 질소공급부와 가스배출라인을 연결하며, 질소공급부로부터 공급된 질소를 가스배출라인을 통해 흐르는 암모니아가스에 합류시키는 혼합라인;을 포함한다.

Description

선박의 암모니아처리시스템{AMMONIA TREATMENT SYSTEM OF SHIP}
본 발명은 선박의 암모니아처리시스템에 관한 것이다.
최근 암모니아를 각종 수요처의 에너지원으로 활용하고자 하는 개발이 이루어지고 있다. 예컨대 암모니아를 연료로 사용하는 선박은 암모니아를 저장 및 처리하는 시스템을 갖추고 있다.
암모니아는 저장탱크에 가압된 상태로 저장될 수 있으며, 적은 농도로도 인체에 유해할 수 있어 암모니아의 농도를 조절하지 않고 대기로 방출시키면 공기보다 무거운 클라우드를 형성하여 선상의 인원에 치명적인 결과를 초래할 수 있다.
따라서, 밸브 오작동, 배관에 발생한 크랙, 장비의 플랜지 연결부위 부실 등으로 인해 이송 중 누출된 암모니아 또는 선박의 암모니아 저장탱크 및 연료공급시스템 등으로부터 외부로 배출되는 암모니아를 배출허용기준에 맞게 처리하여 외부로 안전하게 배출시킬 필요성이 있다.
암모니아를 외부로 안전하게 배출시키는데 비활성기체인 질소가스를 활용할 수 있다. 선행기술문헌(공개특허공보 제10-2010-0026685호)을 참고하면, 질소가스를 통해 암모니아 가스 공급설비의 내부에 잔류하는 암모니아 가스를 배출하는 것을 확인할 수 있다.
그러나 암모니아 가스를 질소가스와 적정한 압력에서 혼합시켜 희석된 암모니아 배출하는 방법과 같이 암모니아 가스를 외부로 배출하는데 있어서 질소가스의 보다 폭넓은 활용 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 실시 예는 외부로 배출되는 암모니아가스의 농도를 효과적으로 희석시켜 안전성을 보장하는 선박의 암모니아처리시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 내에서 누출되거나 외부로 배출되는 암모니아액 및 암모니아가스에 물이 살포되어 생성된 암모니아수 중 하나 이상을 저장하는 암모니아처리탱크; 상기 암모니아처리탱크에 저장된 액체성분과 열매체 간 열교환을 수행하여 상기 액체성분을 암모니아가스로 상변환시키는 열교환부; 상기 암모니아처리탱크 내부에 생성된 암모니아가스를 외부로 배출시키는 가스배출라인; 질소를 공급하는 질소공급부; 및 상기 질소공급부와 상기 가스배출라인을 연결하며, 상기 질소공급부로부터 공급된 질소를 상기 가스배출라인을 통해 흐르는 암모니아가스에 합류시키는 혼합라인;을 포함하는 선박의 암모니아처리시스템이 제공될 수 있다.
상기 열매체를 상기 열교환부로 순환 공급하는 순환라인과, 상기 순환라인에 마련되며, 상기 액체성분과 열교환이 이루어진 열매체를 가열시키는 가열부를 더 포함할 수 있다.
상기 가스배출라인에 마련된 제1밸브와, 상기 혼합라인에 마련된 제2밸브와, 상기 가스배출라인과 상기 혼합라인의 합류지점 후단에 마련되어, 상기 가스배출라인과 상기 혼합라인을 통해 흐르는 유체의 혼합물에 함유된 암모니아의 농도를 측정하는 제1농도측정기와, 상기 혼합물의 외부 배출을 위해, 상기 제1농도측정기에 의해 측정된 암모니아 농도를 기초로 상기 제1밸브 및 제2밸브 중 하나 이상의 개방 정도를 조절하는 농도제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 암모니아처리탱크의 내부 압력을 측정하는 압력측정기와, 상기 질소공급부와 상기 암모니아처리탱크를 연결하는 가압라인과, 상기 가압라인에 마련된 제3밸브와, 상기 압력측정기에 의해 측정된 압력 값을 기초로 상기 제3밸브의 개방 정도를 제어하여, 상기 질소공급부로부터 공급된 질소가 상기 가압라인을 통해 상기 암모니아처리탱크로 공급되어, 상기 암모니아처리탱크 내부의 압력이 설정값에 맞게 유지되도록 하고, 상기 암모니아처리탱크 내부에 생성된 암모니아가스가 질소와 혼합되어 희석되도록 하는 압력제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 암모니아처리탱크에 저장된 액체성분에 함유된 암모니아 농도를 측정하는 제2농도측정기와, 상기 암모니아처리탱크에 저장된 액체성분을 외부로 배출시키는 폐수배출라인과, 상기 폐수배출라인에 마련된 배출펌프와, 상기 제2농도측정기에 의해 측정된 암모니아 농도값이 상기 액체성분의 외부 배출을 위한 배출허용기준을 만족하는 경우, 상기 배출펌프를 동작시켜 상기 암모니아처리탱크에 저장된 액체성분이 상기 폐수배출라인을 통해 외부로 배출되도록 하는 배출제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 선박의 암모니아처리시스템은 외부로 배출되는 암모니아가스의 농도를 효과적으로 희석시켜 안전성을 보장할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 암모니아처리시스템을 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 암모니아처리시스템(100)은 선박 내에서 누출되거나 외부로 배출되는 암모니아액 및 암모니아가스에 물이 살포되어 생성된 암모니아수 중 하나 이상을 저장하는 암모니아처리탱크(110)와, 암모니아처리탱크(110)에 저장된 액체성분과 열매체 간 열교환을 수행하여 액체성분을 암모니아가스로 상변환시키는 열교환부(120)와, 암모니아처리탱크(110) 내부에 생성된 암모니아가스를 외부로 배출시키는 가스배출라인(L1)과, 질소를 공급하는 질소공급부(130)와, 질소공급부(130)와 가스배출라인(L1)을 연결하며, 질소공급부(130)로부터 공급된 질소를 가스배출라인(L1)을 통해 흐르는 암모니아가스에 합류시키는 혼합라인(L2)을 포함한다.
또, 암모니아처리시스템(100)은 상술한 열매체를 열교환부(120)로 순환 공급하는 순환라인(L11)과, 순환라인(L11)에 마련되며, 열교환부(120)에 의해 상술한 액체성분과 열교환이 이루어진 열매체를 가열시키는 가열부(125)를 포함할 수 있다.
또, 암모니아처리시스템(100)은 가스배출라인(L1)에 마련된 제1밸브(V1)와, 혼합라인(L2)에 마련된 제2밸브(V2)와, 가스배출라인(L1)과 혼합라인(L2)의 합류지점 후단에 마련되어, 가스배출라인(L1)과 혼합라인(L2)을 통해 흐르는 유체의 혼합물에 함유된 암모니아의 농도를 측정하는 제1농도측정기(142)와, 혼합물의 외부 배출을 위해, 제1농도측정기(142)에 의해 측정된 암모니아 농도를 기초로 제1밸브(V1) 및 제2밸브(V2) 중 하나 이상의 개방 정도를 조절하는 농도제어부(140)를 포함할 수 있다.
또, 암모니아처리시스템(100)은 암모니아처리탱크(110)의 내부 압력을 측정하는 압력측정기(152)와, 질소공급부(130)와 암모니아처리탱크(110)를 연결하는 가압라인(L3)과, 가압라인(L3)에 마련된 제3밸브(V3)와, 압력측정기(152)에 의해 측정된 압력 값을 기초로 제3밸브(V3)의 개방 정도를 제어하여, 질소공급부(130)로부터 공급된 질소가 가압라인(L3)을 통해 암모니아처리탱크(110)로 공급되어 암모니아처리탱크(110) 내부의 압력이 설정값에 맞게 유지되도록 하고, 암모니아처리탱크(110) 내부에 생성된 암모니아가스가 질소와 혼합되어 희석되도록 하는 압력제어부(150)를 포함할 수 있다.
또, 암모니아처리시스템(100)은 암모니아처리탱크(110)에 저장된 액체성분에 함유된 암모니아 농도를 측정하는 제2농도측정기(162)와, 암모니아처리탱크(110)에 저장된 액체성분을 외부로 배출시키는 폐수배출라인(L4)과, 폐수배출라인(L4)에 마련된 배출펌프(P2)와, 제2농도측정기(162)에 의해 측정된 암모니아 농도값이 액체성분의 외부 배출을 위한 배출허용기준을 만족하는 경우, 배출펌프(P2)를 동작시켜 암모니아처리탱크(110)에 저장된 액체성분이 폐수배출라인(L4)을 통해 외부로 배출되도록 하는 배출제어부(160)를 포함할 수 있다.
이하, 선박의 암모니아처리시스템(100)의 각 구성요소에 대해서 구체적으로 설명한다.
암모니아처리탱크(110)는 선박 내에서 누출되거나 외부로 배출되는 암모니아액 및 암모니아가스에 물이 살포되어 생성된 암모니아수 중 하나 이상을 저장한다. 구체적으로, 암모니아 벙커링 시스템(101), 암모니아 저장시스템(102), 암모니아 연료공급시스템(103) 및 암모니아 수요처(104) 관련 설비에서 암모니아 이송, 저장 등의 과정 중 누출이 발생한 암모니아액 및 외부로 배출되는 암모니아가스에 물이 살포되어 생성된 암모니아수는 수집라인(L10)을 따라 흘러가 암모니아처리탱크(110)에 저장된다. 여기서, 청수 스프레이시스템(미도시)에 의해 외부로 배출되는 암모니아가스에 물이 분사되어 암모니아수로 생성된 후, 수집라인(L10)을 따라 흘러가 암모니아처리탱크(110)에 저장될 수 있다.
열교환부(120)는 암모니아처리탱크(110)에 저장된 액체성분과 열매체 간 열교환을 수행하여 액체성분을 암모니아가스로 상변환시킨다. 암모니아처리탱크(110)에 저장된 액체성분은 액상의 암모니아 성분이며, 열교환부(120)는 이러한 액체성분을 열매체와 열교환시켜 기화시킨다.
이때, 열매체는 순환펌프(P1)에 의해 펌핑되면서 순환라인(L11)을 따라 순환하면서 열교환부(120)로 공급된다. 열매체는 열교환부(120)를 통과하여 온도가 낮아진 상태에서 순환라인(L11)에 마련된 가열부(125)에 의해 가열된 후 열교환부(120)로 공급될 수 있다.
가열부(125)는 상술한 열매체를 선박의 폐열을 이용하여 가열시킬 수 있다. 예컨대, 가열부(125)는 보일러나 엔진의 스트림이나 배기가스를 이용하여 상술한 열매체를 가열시킬 수 있다. 또, 가열부(125)는 히터 등을 포함할 수 있다.
상술한 열교환에 의해 암모니아처리탱크(110) 내부에 생성된 암모니아가스는 가스배출라인(L1)을 통해 외부로 배출된다. 이때, 가스배출라인(L1)은 벤트 마스트(Vent Mast) 입구와 연결될 수 있다.
가스배출라인(L1)을 통해 외부로 배출되는 암모니아가스의 농도는 배출허용기준에 적합해야 하므로 희석될 필요성이 있다. 이를 위해, 질소공급부(130)는 가스배출라인(L1)과 연결된 혼합라인(L2)을 통해 질소를 공급하여, 가스배출라인(L1)을 통해 흐르는 암모니아가스에 질소가 혼합되도록 한다.
이때 가스배출라인(L1)에는 제1밸브(V1)가 마련되어 있고, 혼합라인(L2)에는 제2밸브(V2)가 마련되어 있으며, 제1농도측정기(142)는 가스배출라인(L1)과 혼합라인(L2)의 합류지점 후단에 마련되어 있다. 제1농도측정기(142)는 질소와 암모니아가스의 혼합물에 함유된 암모니아의 농도를 측정한다.
농도제어부(140)는 제1농도측정기(142)에 의해 측정된 혼합물의 암모니아 농도를 기초로 제1밸브(V1) 및 제2밸브(V2) 중 하나 이상의 개방 정도를 조절한다. 예컨대, 농도제어부(140)는 제1농도측정기(142)에 의해 측정된 혼합물의 암모니아 농도가 배출허용기준을 만족하지 못하는 경우, 질소가 더 투입되도록 혼합라인(L2)에 마련된 제2밸브(V2)의 개방 정도를 조절할 수 있다.
한편, 상술한 질소공급부(130)는 암모니아처리탱크(110) 내부의 압력을 설정값에 맞게 유지시키고, 암모니아처리탱크(110) 내부에 생성된 암모니아가스의 농도를 희석시키기 위해 가압라인(L3)을 통해 질소를 공급할 수 있다.
가압라인(L3)은 혼합라인(L2)으로부터 분기되어, 질소공급부(130)와 암모니아처리탱크(110)를 연결할 수 있다. 구체적으로, 압력측정기(152)에 의해 암모니아처리탱크(110)의 내부 압력이 측정되고, 압력제어부(150)로 측정값이 전달되면, 압력제어부(150)는 압력측정기(152)에 의해 측정된 값을 기초로 가압라인(L3)에 마련된 제3밸브(V3)의 개방 정도를 조절할 수 있다. 이를 통해 질소공급부(130)로부터 공급된 질소가 가압라인(L3)을 통해 암모니아처리탱크(110)로 공급되어 암모니아처리탱크(110) 내부의 압력이 설정값에 맞게 유지될 수 있고, 동시에 암모니아처리탱크(110) 내부에 생성된 암모니아가스의 농도가 희석될 수 있다.
암모니아처리탱크(110)에 저장된 액체성분은 그 농도가 배출허용기준을 만족하면 외부로 배출될 수 있다. 이를 위해, 제2농도측정기(162)는 암모니아처리탱크(110)에 저장된 액체성분의 암모니아 농도를 측정하고, 배출제어부(160)는 제2농도측정기(162)에 의해 측정된 암모니아 농도값이 액체성분의 외부 배출을 위한 배출허용기준을 만족하는 경우, 폐수배출라인(L4)에 마련된 배출펌프(P2)를 동작시켜, 암모니아처리탱크(110)에 저장된 액체성분을 폐수배출라인(L4)을 통해 선체 외부로 배출시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시 예를 통해 암모니아 벙커링 시스템(101), 암모니아 저장시스템(102), 암모니아 연료공급시스템(103) 및 암모니아 수요처(104) 관련 설비에서 암모니아 이송, 저장 등의 과정 중 누출이 발생한 암모니아액 및 외부로 배출되는 암모니아가스에 물이 살포되어 생성된 암모니아수를 일괄적으로 수집하여 암모니아처리탱크(110)에 저장하고, 저장된 액상의 암모니아를 기화시킨 후, 질소와 혼합하여 그 농도를 희석시키고, 벤트 마스트(105)를 통해 배출함으로써, 클라우드 형성 등으로 인한 인명 사고를 방지할 수 있다.
또, 암모니아처리탱크(110)의 압력을 질소를 이용하여 유지시키는 동시에 암모니아처리탱크(110) 내부에 생성된 암모니아가스를 희석시킬 수 있다.
또, 배출허용기준에 맞게 농도가 낮아진 암모니아처리탱크(110) 내부의 암모니아 액체성분을 배출시킬 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110: 암모니아처리탱크 120: 열교환부
130: 질소공급부 140: 농도제어부
150: 압력제어부 160: 배출제어부
L1: 가스배출라인 L2: 혼합라인
L3: 가압라인 L4: 폐수배출라인
L10: 수집라인 L11: 순환라인
V1: 제1밸브 V2: 제2밸브
V3: 제3밸브 P1: 순환펌프
P2: 배출펌프

Claims (5)

  1. 선박 내에서 누출되거나 외부로 배출되는 암모니아액 및 암모니아가스에 물이 살포되어 생성된 암모니아수 중 하나 이상을 저장하는 암모니아처리탱크;
    상기 암모니아처리탱크에 저장된 액체성분과 열매체 간 열교환을 수행하여 상기 액체성분을 암모니아가스로 상변환시키는 열교환부;
    상기 암모니아처리탱크 내부에 생성된 암모니아가스를 외부로 배출시키는 가스배출라인;
    질소를 공급하는 질소공급부; 및
    상기 질소공급부와 상기 가스배출라인을 연결하며, 상기 질소공급부로부터 공급된 질소를 상기 가스배출라인을 통해 흐르는 암모니아가스에 합류시키는 혼합라인;을 포함하고,
    상기 암모니아처리탱크의 내부 압력을 측정하는 압력측정기와,
    상기 질소공급부와 상기 암모니아처리탱크를 연결하는 가압라인과,
    상기 가압라인에 마련된 제3밸브와,
    상기 압력측정기에 의해 측정된 압력 값을 기초로 상기 제3밸브의 개방 정도를 제어하여, 상기 질소공급부로부터 공급된 질소가 상기 가압라인을 통해 상기 암모니아처리탱크로 공급되어, 상기 암모니아처리탱크 내부의 압력이 설정값에 맞게 유지되도록 하고, 상기 암모니아처리탱크 내부에 생성된 암모니아가스가 질소와 혼합되어 희석되도록 하는 압력제어부를 더 포함하는 선박의 암모니아처리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열매체를 상기 열교환부로 순환 공급하는 순환라인과,
    상기 순환라인에 마련되며, 상기 액체성분과 열교환이 이루어진 열매체를 가열시키는 가열부를 더 포함하는 선박의 암모니아처리시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스배출라인에 마련된 제1밸브와,
    상기 혼합라인에 마련된 제2밸브와,
    상기 가스배출라인과 상기 혼합라인의 합류지점 후단에 마련되어, 상기 가스배출라인과 상기 혼합라인을 통해 흐르는 유체의 혼합물에 함유된 암모니아의 농도를 측정하는 제1농도측정기와,
    상기 혼합물의 외부 배출을 위해, 상기 제1농도측정기에 의해 측정된 암모니아 농도를 기초로 상기 제1밸브 및 제2밸브 중 하나 이상의 개방 정도를 조절하는 농도제어부를 더 포함하는 선박의 암모니아처리시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 암모니아처리탱크에 저장된 액체성분에 함유된 암모니아 농도를 측정하는 제2농도측정기와,
    상기 암모니아처리탱크에 저장된 액체성분을 외부로 배출시키는 폐수배출라인과,
    상기 폐수배출라인에 마련된 배출펌프와,
    상기 제2농도측정기에 의해 측정된 암모니아 농도값이 상기 액체성분의 외부 배출을 위한 배출허용기준을 만족하는 경우, 상기 배출펌프를 동작시켜 상기 암모니아처리탱크에 저장된 액체성분이 상기 폐수배출라인을 통해 외부로 배출되도록 하는 배출제어부를 더 포함하는 선박의 암모니아처리시스템.
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