KR20130133540A

KR20130133540A - 고압용 선박 엔진의 연료가스 공급장치

Info

Publication number: KR20130133540A
Application number: KR1020120056870A
Authority: KR
Inventors: 한주석
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2013-12-09

Abstract

본 발명은 고압용 주기 엔진과 보기 엔진에 연료인 천연가스를 공급할 때, 주기 엔진의 스탠바이 모드일 경우에는 보기 엔진으로 천연가스(NG)를 보낼 수 있으므로, 계속적으로 LNG가 순환하므로 스탠바이 모드시 연료가스 공급장치의 쿨-다운을 유지할 수 있어 가스 소모량을 줄일 수 있도록 한 고압용 선박 엔진의 연료가스 공급장치에 관한 것이다.
본 발명은 LNG를 저장하는 저장탱크(10)와; 상기 저장탱크(10)로부터 LNG를 흡입하는 흡입드럼(20)과; 상기 흡입드럼(20)안의 LNG를 부스터펌프(30)와 고압펌프(40)를 통해 이송하여 기화되도록 하는 기화기(50)를 포함하여 이루어지고,
상기 기화기(50)를 거치면서 기화된 NG가 이송 배관(51)과 바이패스 배관(52)을 통해 각각 주기 엔진(100)과 보기 엔진(200)으로 공급되도록 하며, 상기 바이패스 배관(52)에는, 감압을 위한 오리피스(53)와, 보기 엔진(200)으로 압력이 조정된 상태로 NG가 공급되도록 개도를 조절하는 조정밸브(60)와, 고압탱크(70) 및 고압탱크(70)를 거친 NG의 압력을 감지하여 개도를 조절하는 조정밸브(80)와, NG의 온도를 승온시키도록 하는 열교환기(90)가 순차적으로 구비되어 있는 구조이다.

Description

고압용 선박 엔진의 연료가스 공급장치{Fuel Gas Supplying Apparatus of Ship Engine for High Pressure}

본 발명은 고압용 선박 엔진의 연료가스 공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압용 주기 엔진과 보기 엔진에 연료인 천연가스(이하 "NG"라 함)를 연계하여 공급할 수 있으므로, 구조를 단순화하고, 주기 엔진의 스탠바이 모드일 경우에는 보기 엔진으로 NG를 보낼 수 있으므로, 스탠바이 모드일 때 가스 소모량을 줄일 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 선박 엔진은 추진기관인 주기 엔진과 발전용 기관인 보기 엔진으로 구분되어 있는데, 주기 엔진은 2행정 이종연료(가스와 디젤유) 엔진이고, 보기엔진은 4행정 이종연료 엔진 타입을 주로 사용한다.

종래에는 주기 엔진과 보기 엔진용 연료공급 라인을 각각 별도로 구축해서 사용하였다.

다시 말해서, LNG 저장탱크로부터 흡입 드럼을 통해 LNG를 흡입한 다음, 부스터 펌프 및 고압 펌프를 통해 기화기로 보내어서 기화시켜서 천연가스 상태로 만드는 일련의 공정라인을 주기 엔진과 보기 엔진용으로 별도로 마련하여 공급하도록 하였다.

LNG는 극저온 유체이기 때문에, 갑자기 공급 시스템을 흐르게 되면, 급격한 수축 등으로 인해 기기의 손상을 초래할 수 있다. 따라서, LMG를 주기엔진에 공급하지 않으면, 자연 기화하여 배관 내부에서 모두 빠져나가게 되고, 다시 LNG를 서서히 흘려서 냉각을 하고, 운전을 위한 펌핑을 해야 한다.

만일, 주기 엔진이 가스를 사용하지 않는 스탠바이 모드인 경우, 다시 말해서 저부하 운전시 또는 선박의 정박시 정지상태로 있게 되는 경우, 연료가스인 NG의 공급이 주기 엔진에 되지 않게 된다.

따라서, 주기 엔진에서 요구하는 스탠바이 모드를 유지하기 위해서는 계속적으로 LNG가 부스터 펌프 및 고압펌프를 순환(쿨-다운(cool-down) 유지)해야 하고,기화기를 거치면서 기화된 NG가 계속해서 생성되므로, 주기 엔진에서 요구하는 스탠바이 모드를 유지하는 경우, 많은 가스가 소모되는 문제점이 있다.

또한, 주기 엔진용과 보기 엔진용으로 각각 독립되게 연료가스 공급라인을 구축하기 때문에, 공급라인 설비가 복잡해지는 문제점도 있다.

대한민국 공개특허 제 10-2010-136691호(공개일 : 2010.12.29)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 선박의 주기 엔진과 보기 엔진을 연계하여 하나의 공급라인화를 이루어서 NG를 공급할 수 있도록 함으로써, 연료가스 공급장치의 구조를 단순화하고, 주기 엔진의 스탠바이 상태에서도 공급되는 LNG는 종래와 달리 자연 기화되지 않고, 계속 작동중인 보기엔진으로만 공급되므로, 자연적인 쿨-다운을 유지할 수 있으므로, 가스소모량을 줄일 수 있고, 별도의 설비 없이 안정된 상태로 보기 엔진으로 공급가능하도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단은, LNG를 저장하는 저장탱크와; 상기 저장탱크로부터 LNG를 흡입하는 흡입드럼과; 상기 흡입드럼안의 LNG를 부스터펌프와 고압펌프를 통해 이송하여 기화되도록 하는 기화기를 포함하여 이루어지고,

상기 기화기를 거치면서 기화된 NG가 이송 배관과 바이패스 배관을 통해 각각 주기 엔진과 보기 엔진으로 공급되도록 하며,

상기 바이패스 배관에는, 감압을 위한 오리피스와, 보기 엔진으로 압력이 조정된 상태로 NG가 공급되도록 개도를 조절하는 조정밸브와, 고압탱크 및 고압탱크를 거친 NG의 압력을 감지하여 개도를 조절하는 조정밸브와, NG의 온도를 승온시키도록 하는 열교환기가 순차적으로 구비되어 있는 것이다.

상기 주기 엔진이 스탠바이 모드일 경우에, NG는 주기 엔진으로 공급되지 않고 보기 엔진으로 공급되도록 이송배관으로부터 바이패스되는 바이패스 배관이 연결되는 것이다.

또한, 상기 조정밸브와 고압 탱크의 사이에는 논리턴 밸브가 갖추어지는 구조이다.

또한, 상기 조정밸브는 각각 NG의 압력을 감지하는 압력센서가 마련되어 있는 구조이다.

이와 같이, 본 발명은 주기 엔진과 보기 엔진이 연계되는 복합적인 연료가스 공급장치를 마련하여 종래와 같이 주기 엔진용과 보기 엔진용 연료가스 공급장치를 각각 별도로 마련할 필요가 없어 단순한 설비를 구축할 수 있는 것이다.

더욱이, 주기 엔진에 NG를 공급하는 과정에서 주기 엔진이 스탠바이 모드인 경우에, 주기 엔진으로 NG를 보내지 않고 적절히 바이패스 시켜서 보기 엔진에 저압의 NG를 공급할 수 있도록 함으로써, 연료가스를 공급하기 위한 시스템은 LNG가 중단없이 흐르게 되는 상황이 되어 자연 쿨-다운을 유지할 수 있고, 그에 따라 가스 소모량을 줄일 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 나타낸 개략도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 나타낸 개략도로서, 도면에 도시된 바와 같이, LNG를 저장하는 저장탱크(10)와, 이 저장탱크(10)로부터 LNG를 흡입하는 흡입드럼(20)과, 흡입드럼(20)안의 LNG를 부스터펌프(30)와 고압펌프(40)를 통해 이송하여 기화되도록 하는 기화기(50)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 기화기(50)를 거치면서 기화된 NG는 주기 엔진(100)과 보기 엔진(200)으로 공급되는데, 주기 엔진(100)의 운전 조건에 따라 NG는 주기 엔진(100)으로 공급되지 않고, 이송배관(51)으로부터 바이패스 배관(52)으로 바이패스되어 보기 엔진(200)으로 공급된다.

또한, 상기 바이패스 배관(52)에는 조정밸브(regulating valve)(60)와, 고압탱크(70), 조정밸브(80) 및 열교환기(90)가 구비되어 보기 엔진(200)으로 압력이 조정된 상태(저압상태)로 NG가 공급된다.

또한, 조정밸브(60)의 앞쪽에는 감압을 위한 오리피스(53)가 갖추어지고, 조정밸브(60)와 고압 탱크(70)의 사이에는 논리턴 밸브(non-return valve)(54)가 갖추어진다.

상기 열교환기(90)는 바이패스 배관(52)을 통해 바이패스되는 천연가스가 오리피스(53)를 통해 감압되어 이송되는데, 감압시 온도가 저하되기 때문에(주울-톰슨 원리에 의해), 소정의 온도인 45도로 승온시키기 위한 것으로서, 워터자켓을 통한 냉각수 또는 보일러로부터 발생되는 스팀과 열교환되도록 할 수 있다.

또한, 상기 조정밸브(60)(80)는 NG의 압력을 감지하여 조정밸브(60)(80)의 개도가 제어되도록 하는 압력센서(61)(81)가 각각 연결되어 있다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 저장탱크(10)로부터 LNG를 흡입드럼(20)을 통해 흡입한 다음, 부스터펌프(30) 및 고압펌프(40)에 의해 LNG를 기화기(50)로 이송시킨다.

LNG는 기화기(50)를 통과하면서 기화되어 NG가 되고, 이 NG는 정상적인 운전상태일 경우에, 주기 엔진(100)과 보기 엔진(200)으로 보내지는데, 이때 주기엔진(100)으로 공급되는 NG의 온도는 일반적으로 45도이고, 압력은 300bar를 유지한 상태로 공급된다.

그런데, 만일 주기 엔진(100)이 스탠바이 상태로 있는 경우, 다시 말해서 저부하 운전시 또는 선박이 정박하는 경우, 주기 엔진(100)은 연료가스인 NG를 사용하지 않게 되는데, 이때 고압(300bar)의 NG는 다시 흡입 드럼(20)으로 재이송하여 저장하거나 별도 저장설비를 마련해야 하므로, 설비가 복잡해지고 관리가 용이하지 않게 된다.

따라서, 이런 경우에는 주기 엔진(100) 자체에 있는 가스 트레인(도시되지 않음)을 통해 고압의 NG 가스의 공급이 차단되게 한 다음, 고압의 NG를 기화기(50) 이후의 이송배관(51)으로부터 바이패스 배관(52)을 통해 바이패스시켜서 보기 엔진(200)으로만 공급하여 고압에 따른 안전문제를 해소하고, 별도 회수저장 설비를 설치하지 않아도 되는 것이다.

다시 말해서, 바이패스 배관(52)상에 구비된 오리피스(53)를 고압의 NG가 통과하면서 감압되고, 이어서 조정밸브(60)를 거쳐서 논리턴밸브(54) 및 고압탱크(70), 조정밸브(80), 열교환기(90)를 순차적으로 거쳐서 보기 엔진(200)에 공급된다.

상기 오리피스(53)를 통과하는 고압의 NG는 감압되면서 온도가 영하로 저하되는데, 열교환기(90)를 거치면서 열교환되어 승온된 상태(45도로 승온)로 보기 엔진(200)에 공급된다.

이때, 보기 엔진(200)에서 요구하는 NG의 압력은 통상 4 ~ 6 bar 정도인데, 기화기(50)를 통과하여 생성되는 NG의 압력은 300bar로서, 바이패스 배관(52)상의 오리피스(53)를 통과하면서 감압되어 보기 엔진(200)에서 요구하는 가스 압력을 맞추어준다.

만일, 오리피스(53)를 통과한 NG의 압력은 조정밸브(60)의 압력센서(61)에 의해 압력을 감지하여 적절히 조정밸브(60)의 개도를 조절한다.

또한, 고압탱크(70)는 버퍼링 역할을 담당하여 엔진 부하에 따른 가스 맥동 현상을 잡아주는 역할을 한다.

또한, 고압탱크(70) 이후의 조정밸브(80)에도 압력센서(81)가 구비되어 있어, 고압 탱크(70)를 거친 NG의 압력을 감지하여 조정밸브(80)의 개도를 적절히 조절한다.

상기 보기엔진(200)은 선박에 있어서 발전기 엔진으로서, 주기엔진(100)의 운전과 상관없이 운전해야 하므로, 보기엔진(200)의 가스 공급을 위해서는 도면에 구체적으로 도시하지는 않았지만, LNG가 계속적으로 부스터 펌프(20)와 고압펌프(40)를 순환하게 되므로, 쿨-다운을 유지할 수 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의거 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 저장탱크
20 : 흡입드럼
30 : 부스터 펌프
40 : 고압펌프
50 : 기화기
51 : 이송배관
52 : 바이패스 배관
53 : 오리피스
54 : 논리턴 밸브
60 : 조정밸브
61 : 압력센서
70 : 고압탱크
80 : 조정밸브
81 : 압력센서
90 : 열교환기
100 : 주기 엔진
200 : 보기 엔진

Claims

LNG를 저장하는 저장탱크(10)와;
상기 저장탱크(10)로부터 LNG를 흡입하는 흡입드럼(20)과;
상기 흡입드럼(20)안의 LNG를 부스터펌프(30)와 고압펌프(40)를 통해 이송하여 기화되도록 하는 기화기(50)를 포함하여 이루어지고,
상기 기화기(50)를 거치면서 기화된 NG가 이송 배관(51)과 바이패스 배관(52)을 통해 각각 주기 엔진(100)과 보기 엔진(200)으로 공급되도록 하며,
상기 바이패스 배관(52)에는, 감압을 위한 오리피스(53)와, 보기 엔진(200)으로 압력이 조정된 상태로 NG가 공급되도록 개도를 조절하는 조정밸브(60)와, 고압탱크(70) 및 고압탱크(70)를 거친 NG의 압력을 감지하여 개도를 조절하는 조정밸브(80)와, NG의 온도를 승온시키도록 하는 열교환기(90)가 순차적으로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고압용 선박 엔진의 연료가스 공급장치.
청구항 1에 있어서,
상기 주기 엔진(100)이 스탠바이 모드일 경우에, NG는 주기 엔진(100)으로 공급되지 않고 보기 엔진(200)으로만 공급되도록 이송배관(51)으로부터 바이패스되는 바이패스 배관(52)이 연결되는 것을 특징으로 하는 고압용 선박 엔진의 연료가스 공급장치.
청구항 2에 있어서,
상기 조정밸브(60)와 고압 탱크(70)의 사이에는 논리턴 밸브(54)가 갖추어지는 것을 특징으로 하는 고압용 선박 엔진의 연료가스 공급장치.
청구항 2 내지 3중 어느 한 항에 있어서,
상기 조정밸브(60)(80)는 각각 NG의 압력을 감지하는 압력센서(61)(81)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 고압용 선박 엔진의 연료가스 공급장치.