KR102657767B1

KR102657767B1 - 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR102657767B1
Application number: KR1020210170826A
Authority: KR
Inventors: 최진용
Original assignee: 한화오션 주식회사
Priority date: 2021-12-02
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2024-04-16
Also published as: KR20230082895A

Abstract

본 발명은 액화가스를 연료로 사용하는 선박을 시운전을 목적으로, 액화가스 연료 선박에 연료를 공급할 수 있는 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템은, 액화가스를 저장하는 표준규격의 ISO 탱크와 연결되어 있거나, 상기 액화가스가 채워진 ISO 탱크와 연결되기 전에 대기상태에 있는 하나 이상의 탱크 연결라인; 상기 탱크 연결라인에 연결되는 ISO 탱크로부터 배출되는 유체의 유로를 제공하는 제1 이송라인; 상기 탱크 연결라인에 연결되는 ISO 탱크로 유입되는 유체의 유로를 제공하는 제2 이송라인; 상기 제1 이송라인을 통해 이송되는 유체를 공급받는 액화가스 연료 선박 내 수요처와 연결되어 있거나, 연결되기 전에 대기상태에 있는 제1 연결부; 및 상기 제2 이송라인을 통해 이송되는 유체를 공급받는 상기 액화가스 연료 선박 내 공급처와 연결되어 있거나, 연결되기 전에 대기상태에 있는 제2 연결부;를 포함한다.

Description

액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템 {Trial Fuel Supply System for Liquefied Gas Fueled Ship}

본 발명은 액화가스를 연료로 사용하는 선박을 시운전을 목적으로, 액화가스 연료 선박에 연료를 공급할 수 있는 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

해양 대기 오염을 방지하기 위한 국제적인 관심이 증가하면서, 친환경 선박(Green-ship)으로서 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)를 추진 및 발전 연료로 사용하는 LNG 연료 선박(LFS; Liquefied Gas Fueled Ship)의 수요가 증가하고 있다. LFS는 각국의 선급으로부터 공식인증(AIP; Approval In Principle)을 승인받아, 환경 규제로 인한 청정에너지로의 전환 요구를 충족시키고 있다. 이러한 LFS는, LNG 저장탱크가 구비되어 LNG 화물을 운반하는 LNG 운반선뿐만 아니라, 컨테이너선, 탱커선 등을 비롯한 일반 상선으로의 적용이 확대되고 있다.

현재 국내외에서 건조되는 LNG 연료 선박은, 시운전을 실시할 때, 탱크로리 차량으로부터 LNG 연료 선박의 연료탱크로 LNG 연료를 이송하는 TTS(truck-to-ship) 방식으로 벙커링을 실시하고 있다.

벙커링을 실시하는 도중에, LNG가 외부 온도에 의하여 자연기화하거나, 플래시됨으로써 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 다량 발생하게 된다.

벙커링 선박으로부터 LNG 연료 선박으로 LNG 연료를 이송하는 STS(ship-to-ship) 방식이나 육상 터미널로부터 LNG 연료 선박으로 파이프를 연결하여 LNG 연료를 이송하는 PTS(pipe-to-ship) 방식의 경우에는 벙커링 도중에 발생하는 증발가스를 벙커링 선박이나 육상 터미널로 회수하면 되지만, TTS 방식의 경우에는 탱크로리의 특성상 이 증발가스를 탱크로리로 회수할 수 없다.

따라서, TTS 방식으로 벙커링을 실시할 때에는, 증발가스의 발생을 최소화하기 위하여, 벙커링을 실시하기 전에, 액화질소를 이용하여 LNG 연료 선박의 연료 탱크를 냉각시키는 예비냉각(pre-cool down) 작업을 실시하고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-2013-0098163호 (2015.02.06.)

본 발명의 발명자들은 LNG 연료 선박을 시운전하면서, TTS 방식으로 LNG 연료 선박의 연료탱크로 LNG 연료의 벙커링을 실시하는 경우, 벙커링 도중 그리고 벙커링을 실시하기 전 액화질소를 이용하여 연료탱크를 예비냉각 작업을 실시할 때 다음과 같은 문제점들을 발견하였다.

먼저, TTS 방식을 이용한 벙커링에 있어서, LNG 탱크로리는 주말에만 이용이 가능하여 LNG 연료 선박의 벙커 일정을 이에 맞춰야만 했다.

또한, 액화질소를 이용한 예비냉각 작업으로 인해, 예비냉각 후 연료탱크 내에 존재하는 증기(vapor)가 기체 상태의 질소(N₂)와 LNG의 증발가스인 메탄 가스(CH₄)가 혼합된 혼합기체가 되므로, 예비냉각 및 벙커링 이후에 압축기 등 증발가스 처리 장비나 증발가스를 연료로 사용하는 보일러 등의 운전에 영향을 주었다.

LNG는 대기압 하 약 -163℃의 액화온도를 가지는 극저온의 유체로서, 연료탱크가 단열처리되어 있더라도 선박이 운항하는 중에 연료탱크에 저장되어 있는 LNG가 지속적으로 자연기화하여 증발가스가 발생하게 된다. 지속적으로 생성된 증발가스를 연료탱크 외부로 배출시키지 않으면 탱크 내압이 상승하게 되어 폭발 등의 안전문제가 발생하게 되므로, 연료탱크의 적정압력을 유지하기 위하여 증발가스를 배출시켜야 한다. 연료탱크로부터 배출된 증발가스는 주로 연료로 사용되는데, 이를 위해서 LNG 연료 선박에는 증발가스를 압축하는 압축기가 구비되며, 증발가스가 보일러나 발전기의 연료로 사용되도록 배관이 연결된다.

시운전의 결과로 LNG 연료 선박에 구비되는 압축기 등 증발가스 처리 장치의 용량이나 운전조건이 최종결정되는데, 질소 기체가 혼합된 증발가스로 시운전을 실시하게 되면 압축기의 용량이 실제 운전 시 필요로 하는 용량보다 낮게 설계되어 정확한 검증이 불가능하다. 혼합기체에 질소 성분 함량이 높을수록 압축기의 용량은 줄어들게 된다.

또한, 증발가스를 연소 연료로 사용하는 보일러나 발전기에서는 질소 기체가 혼합된 증발가스를 공급받음으로써 이상 연소를 일으킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 액화가스 연료 선박의 시운전에 있어서, TTS 방식으로 벙커링을 실시하는 경우, LNG 벙커링 일정을 탱크로리 수급 일정에 맞춰야 한다는 점에서 제한이 있다는 점과, 증발가스 처리가 용이하지 않다는 점, 액화질소를 이용한 예비냉각 작업에 의해 연료탱크 내 혼합기체가 발생하여 용량 제한이나 이상 연소 등 장비 운전에 영향을 미치는 문제점들을 방지할 수 있는 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템을 제공하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 액화가스를 저장하는 표준규격의 ISO 탱크와 연결되어 있거나, 상기 액화가스가 채워진 ISO 탱크와 연결되기 전에 대기상태에 있는 하나 이상의 탱크 연결라인; 상기 탱크 연결라인에 연결되는 ISO 탱크로부터 배출되는 유체의 유로를 제공하는 제1 이송라인; 상기 탱크 연결라인에 연결되는 ISO 탱크로 유입되는 유체의 유로를 제공하는 제2 이송라인; 상기 제1 이송라인을 통해 이송되는 유체를 공급받는 액화가스 연료 선박 내 수요처와 연결되어 있거나, 연결되기 전에 대기상태에 있는 제1 연결부; 및 상기 제2 이송라인을 통해 이송되는 유체를 공급받는 상기 액화가스 연료 선박 내 공급처와 연결되어 있거나, 연결되기 전에 대기상태에 있는 제2 연결부;를 포함하는, 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 ISO 탱크에 저장된 액화가스는, 상기 제1 이송라인 및 제1 연결부를 통해 상기 액화가스 연료 선박의 엔진의 연료로 공급될 수 있다.

바람직하게는, 상기 ISO 탱크로부터 배출된 액화가스를 기화시키는 시운전 기화기;를 더 포함하고, 상기 시운전 기화기에 의해 기화된 가스가 상기 제1 이송라인 및 제1 연결부를 통과하여 상기 엔진으로 공급될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 이송라인을 통해 이송되는 유체는 상기 액화가스 연료 선박의 연료탱크로부터 이송되는 잔존 액화가스이며, 상기 ISO 탱크는 상기 잔존 액화가스로 충전될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 이송라인에 구비되며, 상기 ISO 탱크로부터 상기 제1 연결부로의 유체 흐름은 허용하고 상기 제2 연결부로부터의 유체 흐름은 제한하는 제1 체크밸브; 및 상기 제2 이송라인에 구비되며, 상기 제2 연결부로부터 상기 ISO 탱크로의 유체 흐름은 허용하고 상기 제1 연결부로의 유체 흐름은 제한하는 제2 체크밸브;가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템은 20ft 플랫 랙 또는 스키드 컨테이너로 제작될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 가스를 연료로 사용하는 저압 엔진; 상기 저압 엔진으로 공급할 가스 연료를 액체 상태로 저장하는 연료탱크; 상기 연료탱크에서 액화가스가 자연기화하여 발생한 증발가스를 상기 저압 엔진에서 요구하는 압력으로 압축하고, 상기 저압 엔진에서 요구하는 온도로 조절하여 공급하는 증발가스 연료부; 상기 연료탱크로 증발가스 연료부를 연결하며 상기 연료탱크로부터 증발가스가 상기 증발가스 연료부로 이송되도록 유로를 제공하는 증발가스 공급라인; 및 상기 증발가스 연료부를 시운전하거나 상기 증발가스 연료부로 소량의 연료를 공급하기 위한 상기 시운전용 연료 공급 시스템;을 포함하고, 상기 제1 연결부는 상기 증발가스 공급라인의 증발가스 연료부 상류에 구비되는, 액화가스 연료 선박이 제공된다.

바람직하게는, 상기 연료탱크로부터 저압 엔진으로 공급할 액화가스를 가압하여 배출시키는 공급펌프; 상기 저압 엔진으로 공급할 액화가스를 기화시켜 상기 저압 엔진으로 공급하는 저압 기화기; 및 상기 공급펌프와 저압 기화기를 연결하며 상기 공급펌프에 의해 이송되는 액화가스가 상기 저압 기화기로 이송되도록 유로를 제공하는 연료 공급라인;을 포함하고, 상기 제2 연결부는 상기 연료 공급라인의 공급펌프 하류에 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템은, 탱크로리의 수급 일정과 관계없이 액화가스 연료를 벙커링할 수 있어, 벙커링 일정을 자유롭게 설정할 수 있다.

또한, 벙커링 전 예비냉각 작업이 불필요하여 시운전 시 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템에 순수 증발가스 성분을 공급할 수 있으므로, 증발가스 수요처로의 증발가스 공급 및 증발가스 수요처의 운전이 용이하며, 시운전 시 시스템을 보다 정확하게 검증할 수 있고 안정적으로 운전할 수 있다.

또한, 시운전용 연료 공급 시스템을 항행거리가 짧은 연안 선박의 연료 공급 시스템으로도 구성할 수 있으며, 따라서 시운전 시 벙커링 양을 최소화할 수 있어 벙커링 작업을 간소화할 수 있고, 소량의 벙커링의 경우 탱크 예비냉각 작업 및 선적 작업이 불필요한 단수 선적으로도 증발가스 공급이 가능하다.

또한, 시운전 후 잔여 액화가스의 처리를 위하여 잔여 액화가스를 기화시켜 대기로 방출하는 일 없이, 시운전용 연료 공급 시스템으로 회수함으로써 재사용할 수 있어, 에너지를 절감할 수 있고, 우수한 안전성을 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야 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 메인엔진 및 발전엔진 중 어느 하나 이상의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스 또는 증발가스를 선내 기관의 연료로 사용하는 모든 종류의 액화가스 연료 선박(LFS)으로서, 액화가스를 연료로 사용하는 엔진이 탑재된 선박이라면 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, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서 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.

천연가스는 황 함유량이 적어 연소시에 황화합물 및 검댕 물질을 생성하지 않아 비교적 친환경적이다. 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 이중연료 엔진(Dual Fuel Engine)으로는, 대표적으로, ME-GI(MAN Electronic Gas Injection) 엔진, X-DF(eXtra long stroke Dual Fuel) 엔진, DF 엔진(DFDE(Dual Fuel Diesel Electric), DFDG(Dual Fuel Diesel Generator)) 등이 있다.

ME-GI 엔진은, 2-행정(2-stroke) 사이클을 사용하는 추진용으로 주로 사용된다. 또한, ME-GI 엔진은 약 300 bar 정도의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(diesel cycle)을 기준으로 작동한다.

한편, X-DF 엔진은, 2-행정 사이클을 사용하는 추진용으로 주로 사용되며, ME-GI 엔진과 마찬가지로 선박의 추진을 위해 프로펠러를 직접 구동하는 방식이다. 또한, X-DF 엔진은, 약 16 bar 정도의 중압 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클(otto cycle)을 기준으로 작동한다.

DF 엔진은, 4-행정(4-stroke) 사이클을 사용하는 발전용으로 주로 사용된다. 또한, DF 엔진은 약 6.5 bar 정도의 저압 천연가스를 연소용 공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축시키는 오토 사이클을 기준으로 작동한다.

또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서 엔진은, 연료유와 천연가스를 선택적으로 또는 혼합하여 연료로 사용할 수 있는 이중연료 엔진일 수 있으며, 고압가스 분사엔진, 중압가스 분사엔진 및 저압가스 분사엔진 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

고압가스 분사엔진은 약 100 bar 내지 400 bar, 또는 약 150 bar 이상, 바람직하게는 약 300 bar의 가스 연료를 사용하는 엔진, 예를 들어 ME-GI 엔진인 것을 예로 들어 설명한다. 또한, 중압가스 분사엔진은 약 10 bar 내지 20 bar, 바람직하게는 약 16 bar의 가스 연료를 사용하는 엔진, 예를 들어 X-DF 엔진일 수 있으며, 저압가스 분사엔진은 약 5 bar 내지 10 bar, 바람직하게는 약 5.2 bar의 가스 연료를 사용하는 엔진, 예를 들어 DF 엔진이나 DFDG 엔진, 또는 DFGE 엔진 등일 수 있다.

후술하는 본 발명의 일 실시예에서 엔진은 추진엔진(고압엔진)으로서 ME-GI 엔진이 적용되고, 발전엔진(저압엔진)으로서 DFDG가 적용되는 것을 예로 들어 설명한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템을 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 연료 선박에는, 선박의 추진용 엔진인 고압엔진(410)과, 발전용 엔진인 저압엔진(420)과, 엔진(410, 420)의 연료로 사용될 LNG를 저장하는 연료탱크(100)와, 벙커링을 실시할 때 벙커링 선박 등 LNG 연료 공급처와 연결될 수 있으며, LNG 연료 공급처로부터 LNG 연료를 공급받아 연료탱크(100)로 이송하기 위한 벙커링부(200)와, 연료탱크(100)에 저장된 LNG를 엔진(410, 420)에서 필요로 하는 조건으로 공급해주는 연료 공급부(300)와, 연료탱크(100)로부터 배출되는 가스를 처리하는 벤트 마스트(500)가 구비된다.

본 실시예에서 연료탱크(100)는 Type B 탱크일 수 있다.

본 실시예의 연료탱크(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 LNG가 저장되는 탱크 내부 공간을 격벽(도면부호 미부여)을 이용하여 2개의 공간으로 분할하고, 격벽에는 개폐제어에 의해 LNG가 어느 한 공간에서 다른 공간으로 유동하여 두 공간을 평형상태로 만들어줄 수 있도록 밸브(도면부호 미부여)가 구비될 수 있다.

연료탱크(100)의 두 공간에는, 저장된 LNG 연료를 연료탱크(100)로부터 배출시켜주기 위한 공급펌프(110)가 각각 구비될 수 있다.

공급펌프(110)는 연료 공급라인(FL)에 의해 연료 공급부(300)와 연결되며, 공급펌프(110)에 의해 토출되는 액체 상태의 LNG 연료는 연료 공급라인(FL)을 따라 연료 공급부(300)로 이송될 수 있다.

또한, 본 실시예의 연료탱크(100)의 상부에는, 연료탱크(100)의 상부에서 하방을 향해 액체 상태의 LNG 연료를 분사해줌으로써 연료탱크(100) 내부의 온도를 낮추기 위한 분사노즐(도면부호 미부여)이 마련된다.

분사노즐은 연료 공급라인(FL)으로부터 분기되는 제1 분사라인(도면부호 미부여)과 연결될 수 있으며, 필요에 따라서는 공급펌프(110)에 의해 토출되는 LNG 중 일부를 제1 분사라인으로 분기시켜 분사노즐을 통해 연료탱크(100) 내부로 분사시켜줄 수 있다.

또한, 분사노즐은 후술하는 벙커링 라인(LL)으로부터 분기되는 제2 분사라인(도면부호 미부여)과 연결될 수도 있고, 필요에 따라서 벙커링 라인(LL)에 의해 연료탱크(100)로 이송되는 LNG의 일부를 제2 분사라인으로 분기시켜 분사노즐을 통해 연료탱크(100) 내부로 분사시켜줄 수도 있다.

본 실시예의 벙커링부(200)는, LNG 연료 공급처로부터 액체를 이송하기 위한 액체부(L)와, LNG 연료 선박으로부터 LNG 연료 공급처로 기체를 회송하기 위한 증기부(V)를 포함한다.

액체부(L)는 벙커링 라인(LL)에 의해 연료탱크(100)와 연결되며, LNG 연료 공급처로부터 이송되는 LNG 연료는 벙커링 라인(LL)을 통해 연료탱크(100)로 이송된다. 벙커링 라인(LL)의 일단은 액체부(L)와 연결되고 타단은 연료탱크(100) 내부 하단까지 연장될 수 있다.

벙커링을 실시할 때와, 벙커링을 실시하기 전에 연료탱크(100)를 쿨다운 시키는 예비냉각을 실시할 때에, 연료탱크(100) 내부에서는 다량의 증발가스(또는 플래시 가스)가 발생하게 된다. 이때 발생하는 증발가스는 연료탱크(100)의 상부에서 증기부(V)로 연결되는 증기 회송라인(VL)을 통해 LNG 연료 공급처로 회송될 수 있다.

LNG 연료 선박이 벙커링 또는 예비냉각 중이 아닐 때에도, LNG 연료 선박의 운항 중에는 연료탱크(100)에 저장된 LNG가 외부 온도에 의해 자연기화하여 증발가스가 발생할 수 있다. 이렇게 생성된 증발가스가 연료탱크(100) 내부에 축적되면 연료탱크(100)의 압력이 높아지게 되므로 증발가스를 배출시켜주어야만 한다.

본 실시예에 따르면 연료탱크(100)에서 생성된 증발가스는, 엔진(410, 420)이 공급받을 수 있는 경우 우선적으로 연료탱크(100) 상부로부터 연료 공급부(300)로 연결되는 증발가스 공급라인(BL)을 통해 연료 공급부(300)로 공급하여 엔진(410, 420)의 연료로서 공급한다.

엔진(410, 420)이 증발가스를 연료로 공급받을 수 없는 상황이거나 증발가스의 양이 엔진(410, 420)에서 연료로 사용할 수 있는 양보다 많은 경우에는 연료탱크(100)의 상부로부터 벤트 마스트(500)로 연결되는 벤팅라인(TL)을 통해 벤트 마스트(500)로 이송되어 처리될 수도 있다.

본 실시예에서 연료탱크(100)로부터 배출되는 증발가스는 증기부(V), 벤트 마스트(500) 및 연료 공급부(300)에서 선택적으로 처리될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 증기 회송라인(VL), 벤팅라인(TL) 및 증발가스 공급라인(BL)은 연료탱크(100) 상부로부터 연결되는 하나의 라인으로부터 각각 분기되는 라인일 수 있다. 도 1에는 벤팅라인(TL) 및 증발가스 공급라인(BL)이 증기 회송라인(VL)으로부터 분기되는 것을 예로 들어 도시하였다.

본 실시예의 연료 공급부(300)는, 상술한 바와 같이 증발가스 공급라인(BL)을 통해 연료탱크(100)로부터 배출된 증발가스를 엔진(410, 420)의 연료로 공급하는 증발가스 연료부(310)와, 공급펌프(110)에 의해 연료탱크(100)로부터 배출된 액체상태의 LNG를 기화시켜 엔진(410, 420)의 연료로 공급하는 액화가스 연료부(320, 330, 340)를 포함할 수 있다.

증발가스 연료부(310)는, 연료탱크(100)로부터 배출된 극저온의 증발가스를 압축기(312)의 입구 온도까지 가열하는 예열기(311)와, 예열기(311)에서 가열된 증발가스를 엔진(410, 420)에서 요구하는 압력까지 압축하는 압축기(312)와, 압축기(312)에서 압축된 증발가스를 엔진(410, 420)에서 요구하는 온도로 조절하는 애프터 쿨러(313)를 포함한다.

본 실시예에서 압축기(312)는 저압엔진(420)에서 요구하는 압력, 즉 약 5.2 bar로 압축할 수 있다.

본 실시예에서는 증발가스가 저압엔진(420)의 연료로 사용될 수 있다. LNG 연료 선박이 LNG 추진 컨테이너 선박인 경우, 연료 가스 소모(FGC; Fuel Gas Consumption) 수준이 높아, 연료탱크(100)에서 발생하는 증발가스만으로는 추진 에너지가 부족하므로, 본 실시예의 추진엔진인 고압엔진(410)으로는 액화가스 연료부를 이용하여 고압의 LNG를 기화시켜 가스 연료를 공급할 수 있다.

즉, 본 실시예에서 증발가스는 주로 저압엔진(420)의 연료로 사용되며, 증발가스를 연소시켜 스팀 등 열원을 생산하는 보일러(미도시)의 연료로 사용될 수도 있다.

본 실시예의 예열기(311)는 대기식 가열기일 수 있다.

본 실시예의 애프터 쿨러(313)는 청수 또는 열유체와 압축 증발가스를 열교환시키는 열교환기일 수 있다.

액화가스 연료부(320, 330, 340)는, 공급펌프(110)에 의해 이송된 LNG를 기화시키는 저압 기화기(340)와, 공급펌프(110)에 의해 이송된 LNG를 고압엔진(410)에서 요구하는 압력으로 압축하는 고압펌프(320)와, 고압펌프(320)에 의해 압축된 LNG를 기화시키는 고압 기화기(330)를 포함한다.

본 실시예에서 공급펌프(110)의 토출압력은 저압엔진(420)에서 요구하는 압력, 즉 약 5.2 barg일 수 있다.

연료탱크(100)에서 발생한 증발가스량이 저압엔진(420)에서 요구하는 가스 연료량보다 부족한 경우에는, 공급펌프(110)를 이용하여 배출된 LNG 중 필요량만큼을, 연료 공급라인(FL)으로부터 분기되어 저압 기화기(340)로 연결되는 저압 연료라인(FL2)을 통해 저압 기화기(340)로 공급하여 기화시키고, 저압 기화가스를 저압엔진(420)의 연료로 공급할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 고압펌프(320)는 공급펌프(110)에 의해 이송된 LNG를 고압엔진(410)에서 요구하는 압력, 즉 약 300 barg로 압축할 수 있다.

고압엔진(410)으로 공급할 LNG는, 연료 공급라인(FL)으로부터 분기되어 고압펌프(320)로 연결되는 고압 연료라인(FL1)을 통해 고압펌프(320)로 이송되고, 고압펌프(320)에 의해 압축된 후 고압 기화기(330)로 이송되며, 고압 기화기(330)에서 기화되어 고압엔진(410)의 연료로 공급될 수 있다.

한편, 고압 기화기(330)에서 기화된 고압 천연가스 중에서 고압엔진(410)으로 공급할 수 없게된 고압 천연가스는, 도 1에 도시된 바와 같이 증기 회송라인(VL) 또는 증발가스 공급라인(BL)으로 회수할 수도 있다.

본 실시예에 따르면, 상술한 LNG 연료 선박, 특히 LNG 연료 선박의 연료 공급부(300)를 시운전하기 위하여, 시운전용 연료 공급부(600)와 탈착 가능한 제1 연결부(710) 및 제2 연결부(720)가 더 구비될 수 있다.

본 실시예의 제1 연결부(710)는, 증발가스 공급라인(BL) 상에 구비될 수 있으며, 예를 들어 연료탱크(100)와 증발가스 연료부(310) 사이에 위치할 수 있다.

또한, 본 실시예의 제2 연결부(720)는, 연료 공급라인(FL) 상에 구비될 수 있으며, 예를 들어 공급펌프(110)와 액화가스 연료부 사이에, 연료 공급라인(FL)으로부터 고압 연료라인(FL1)과 저압 연료라인(FL2)이 분기되는 지점의 상류에 위치할 수 있다.

본 실시예의 시운전용 연료 공급부(600)는, 컨테이너 박스의 데크 상(on deck)에 선적될 수 있는 모듈 타입으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 시운전용 연료 공급부(600)는 20ft 플랫 랙(flat rack) 또는 스키드 컨테이너로 제작될 수 있다.

본 실시예의 시운전용 연료 공급부(600)는, 액화가스 연료를 저장하는 ISO 탱크(700)와, ISO 탱크(700)와 연결 및 해제될 수 있는 하나 이상의 탱크 연결라인(610)과, ISO 탱크(700)로부터 배출되는 액화가스를 기화시키는 시운전 기화기(620)와, 사용모드에 따라 제1 연결부(710) 또는 제2 연결부(720)와 선택적으로 연결 및 해제될 수 있는 결합라인(650)을 포함할 수 있다.

ISO 탱크(700)는 컨테이너 선박에 바로 적재할 수 있는 국제표준규격의 컨테이너 탱크로서, 안전하고 수송이 용이한 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 따르면, ISO 탱크(700)를 이용하여 LNG 연료 선박의 연료 공급 시운전을 실시함으로써, 탱크 연결라인(610)과 연결된 ISO 탱크(700)에 저장되어 있는 LNG가 모두 소진되면 연결을 해제하고, LNG가 채워진 새로운 ISO 탱크(700)와 연결하면 되므로, 언제든지 LNG를 공급받을 수 있다.

또한, ISO 탱크(700)를 이용함으로써, 별도의 벙커링을 실시하지 않고도 LNG가 충전되어 있는 ISO 탱크(700)를 선적하는 것만으로 LNG 연료를 연료 공급부(300)로 공급할 수 있다.

또한, ISO 탱크(700)를 이용함으로써, 연료탱크(100)의 예비냉각을 실시하지 않아도 되므로 질소 등 예비냉각용 냉매 증기가 LNG의 증발가스에 혼합되는 문제를 방지할 수 있어 압축기(312), 저압엔진(420) 등 증발가스 수요처의 안정적인 운전이 가능하다.

본 실시예의 탱크 연결라인(610) 및 결합라인(650)은 플렉시블 호스(flexible hose)일 수 있다.

탱크 연결라인(610)의 일측은 후술하는 유체 이송라인(SL)과 접속되어 있고, 타측은 LNG가 충전되어 있는 ISO 탱크(700)와 체결된 상태에 있거나, ISO 탱크(700)와 체결을 준비하는 대기 상태에 있을 수 있다.

또한, 결합라인(650)의 일측은 후술하는 제1 이송라인(SL1) 및 제2 이송라인(SL2)과 선택적으로 접속되어 있고, 타측은 제1 연결부(710) 또는 제2 연결부(720)와 선택적으로 연결 및 해제될 수 있다. 본 실시예에 따르면 결합라인(650)이 제1 연결부(710) 및 제2 연결부(720) 중 어디에 연결되어 있는지에 따라 사용모드가 결정된다.

본 실시예에 따른 시운전 기화기(620)는, 대기식 기화기일 수 있다.

ISO 탱크(700)로부터 배출된 LNG는, 탱크 연결라인(610)과 연결되는 유체 이송라인(SL)을 통해, 시운전 기화기(620)로 이송되며, 시운전 기화기(620)에서 기화되고, 기화된 가스는 시운전 기화기(620)와 결합라인(650)을 연결하는 제1 이송라인(SL1)을 따라 연료 공급부(300)로 이송된다.

연료 공급부(300)의 시운전에 있어서, 앞서 설명한 바와 같이 LNG 연료 선박에 있어서 증발가스는 FGC가 높은 고압엔진(410)의 연료로는 적합하지 않으므로, 저압엔진(420)이나 보일러(미도시)의 연료로만 공급되는데, 저압엔진(420)과 보일러는 고압엔진(410)에 비해 상대적으로 낮은 압력과 적은 양의 증발가스를 요구하므로, ISO 탱크(700)와 대기식 기화기(620)를 적용하더라도 저압엔진(420)과 보일러로 가스 연료를 공급하기에 충분하다.

또한, 본 실시예에 따른 시운전용 연료 공급부(600)는 소형의 ISO 탱크(700)와 대기식 기화기(620)를 이용함으로써, 소형 LNG 추진 연안 선박에 적용하는 경우 시운전용으로 한정되지 않고 연료 공급시스템으로도 사용할 수 있다.

본 실시예에 따른 시운전용 연료 공급부(600)는, 시운전 기화기(620)를 이용하여 연료 공급부(300)로 LNG 연료를 공급할 수 있을 뿐 아니라, 연료탱크(100)로부터 증발가스를 회수할 수도 있다.

결합라인(650)이 제1 연결부(710)와 연결될 때에는, 시운전용 연료 공급부(600)로부터 증발가스 연료부(310)로 가스가 공급되고, 결합라인(650)이 제2 연결부(720)와 연결될 때에는 연료탱크(100)로부터 ISO 탱크(700)로 증발가스 또는 LNG가 공급된다.

본 실시예의 시운전용 연료 공급부(600)는, 시운전용 연료 공급부(600)로부터 배출되는 방향으로 유체의 유로를 제공하는 제1 이송라인(SL1) 및 제1 이송라인(SL1)에 구비되어 반대 방향으로의 유체 흐름을 제한하기 위한 제1 체크밸브(630)와, 시운전용 연료 공급부(600)로 유입되는 방향으로 유체의 유로를 제공하는 제2 이송라인(SL2)과, 제2 이송라인(SL2)에 구비되어 반대 방향으로의 유체 흐름을 제한하기 위한 제2 체크밸브(640)를 포함한다.

본 실시예에 따르면, 시운전용 연료 공급부(600)는 제1 체크밸브(630) 및 제2 체크밸브(640)를 구비함으로써, 사용모드에 따라서 유체가 유동하는 유로를 제한할 수 있다.

제1 이송라인(SL1) 및 제2 이송라인(SL2)의 일단은 유체 이송라인(SL)과 연결되고, 타단은 결합라인(650)과 연결된다.

제2 이송라인(SL2)은 제1 이송라인(SL1)의 바이패스 라인으로서, 결합라인(650)이 제1 연결부(710)와 연결되어 있을 때, 제1 체크밸브(630)는 시운전 기화기(620)로부터 연료 공급부(300)로의 가스 흐름을 허용하고, 제2 체크밸브(640)가 ISO 탱크(700)로부터 연료 공급부(300)로의 유체 흐름을 제한하는 역할을 한다.

또한, 제1 이송라인(SL1)은 제2 이송라인(SL2)의 바이패스 라인으로서, 결합라인(650)이 제2 연결부(720)와 연결되어 있을 때, 제2 체크밸브(640)는 연료탱크(100)로부터 ISO 탱크(700)로의 유체 흐름을 허용하고, 제1 체크밸브(630)가 연료탱크(100)로부터 ISO 탱크(700)로의 유체 흐름을 제한하는 역할을 한다.

상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템은, 제1 이송라인(SL1) 및 제1 체크밸브(630)와, 제2 이송라인(SL2) 및 제2 체크밸브(640)를 구비하여, 제1 연결부(710) 및 제2 연결부(720)와 선택적으로 연결 및 해제가 가능하도록 함으로써, 제1 연결부(710)와 연결되었을 때에는 ISO 탱크(700)로부터 증발가스 연료부(310)로 가스를 공급하고, 제2 연결부(720)와 연결되었을 때에는 연료탱크(100)로부터 잔존 LNG 또는 증발가스를 ISO 탱크(700)로 회수할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 시운전 후 연료탱크(100)에 남아있는 잔여 LNG를 기화시켜 대기로 방출시켜 처리하지 않고 공급펌프(110), 제2 연결부(720), 제2 이송라인(SL2) 및 제2 체크밸브(640)를 이용하여, ISO 탱크(700)로 회수함으로써, ISO 탱크(700)를 재충전하여 재사용할 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 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 연료탱크 600 : 시운전용 연료 공급부
110 : 공급펌프 700 : ISO 탱크
200 : 벙커링부 610 : 탱크 연결라인
V : 증기부 620 : 시운전 기화기
L : 액체부 630 : 제1 체크밸브
300 : 연료 공급부 640 : 제2 체크밸브
310 : 증발가스 연료부 650 : 결합라인
311 : 예열기 710 : 제1 연결부
312 : 압축기 720 : 제2 연결부
313 : 애프터 쿨러 FL : 연료 공급라인
320 : 고압펌프 LL : 벙커링 라인
330 : 고압 기화기 BL : 증발가스 공급라인
340 : 저압 기화기 VL : 증기 회송라인
410 : 고압엔진 TL : 벤팅라인
420 : 저압엔진 SL1 : 제1 이송라인
500 : 벤트 마스트 SL2 : 제2 이송라인

Claims

액화가스 연료 선박을 시운전할 때 상기 액화가스 연료 선박과 연결되는 시운전용 연료 공급부;를 포함하고,
상기 시운전용 연료 공급부는,
상기 액화가스를 저장하는 표준규격의 ISO 탱크와 연결되어 있거나, 상기 액화가스가 채워진 ISO 탱크와 연결되기 전에 대기상태에 있는 하나 이상의 탱크 연결라인;
상기 탱크 연결라인에 연결되는 ISO 탱크로부터 배출되는 유체의 유로를 제공하는 제1 이송라인;
상기 탱크 연결라인에 연결되는 ISO 탱크로 유입되는 유체의 유로를 제공하는 제2 이송라인;
상기 액화가스 연료 선박으로 시운전용 가스를 공급하기 위하여, 상기 액화가스 연료 선박 내 수요처와 연결되어 있거나, 연결되기 전에 대기상태에 있는 제1 연결부 및 상기 액화가스 연료 선박으로부터 시운전용 액화가스를 회수하기 위하여, 상기 액화가스 연료 선박 내 공급처와 연결되어 있거나, 연결되기 전에 대기상태에 있는 제2 연결부와 선택적으로 연결 및 해제될 수 있는 결합라인;을 포함하는, 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 ISO 탱크에 저장된 액화가스는, 상기 제1 이송라인 및 제1 연결부를 통해 상기 액화가스 연료 선박의 엔진의 연료로 공급되는, 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 ISO 탱크로부터 배출된 액화가스를 기화시키는 시운전 기화기;를 더 포함하고,
상기 시운전 기화기에 의해 기화된 가스가 상기 제1 이송라인 및 제1 연결부를 통과하여 상기 엔진으로 공급되는, 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 이송라인을 통해 이송되는 유체는 상기 액화가스 연료 선박의 연료탱크로부터 이송되는 잔존 액화가스이며,
상기 ISO 탱크는 상기 잔존 액화가스로 충전되는, 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 이송라인에 구비되며, 상기 ISO 탱크로부터 상기 제1 연결부로의 유체 흐름은 허용하고 상기 제2 연결부로부터의 유체 흐름은 제한하는 제1 체크밸브; 및
상기 제2 이송라인에 구비되며, 상기 제2 연결부로부터 상기 ISO 탱크로의 유체 흐름은 허용하고 상기 제1 연결부로의 유체 흐름은 제한하는 제2 체크밸브;가 구비되는, 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템은 20ft 플랫 랙 또는 스키드 컨테이너로 제작되는, 액화가스 연료 선박의 시운전용 연료 공급 시스템.
가스를 연료로 사용하는 저압 엔진;
상기 저압 엔진으로 공급할 가스 연료를 액체 상태로 저장하는 연료탱크;
상기 연료탱크에서 액화가스가 자연기화하여 발생한 증발가스를 상기 저압 엔진에서 요구하는 압력으로 압축하고, 상기 저압 엔진에서 요구하는 온도로 조절하여 공급하는 증발가스 연료부;
상기 연료탱크로 증발가스 연료부를 연결하며 상기 연료탱크로부터 증발가스가 상기 증발가스 연료부로 이송되도록 유로를 제공하는 증발가스 공급라인; 및
상기 증발가스 연료부를 시운전하거나 상기 증발가스 연료부로 소량의 연료를 공급하기 위한 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 시운전용 연료 공급 시스템;을 포함하고,
상기 제1 연결부는 상기 증발가스 공급라인의 증발가스 연료부 상류에 구비되는, 액화가스 연료 선박.
청구항 7에 있어서,
상기 연료탱크로부터 저압 엔진으로 공급할 액화가스를 가압하여 배출시키는 공급펌프;
상기 저압 엔진으로 공급할 액화가스를 기화시켜 상기 저압 엔진으로 공급하는 저압 기화기; 및
상기 공급펌프와 저압 기화기를 연결하며 상기 공급펌프에 의해 이송되는 액화가스가 상기 저압 기화기로 이송되도록 유로를 제공하는 연료 공급라인;을 포함하고,
상기 제2 연결부는 상기 연료 공급라인의 공급펌프 하류에 구비되는, 액화가스 연료 선박.