KR20150010316A

KR20150010316A - 정밀 농도 제어를 이용한 선박 평형수 처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150010316A
Application number: KR1020130085150A
Authority: KR
Inventors: 이장희; 박상호; 정수형
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-01-28
Also published as: KR101581386B1

Abstract

정밀 농도 제어를 이용한 선박 평형수 처리 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따르면, 선박으로 해수를 인입하여 메인 배관을 따라 밸러스트 탱크로 선박 평형수를 진행시키는 밸러스트 펌프와, 상기 메인 배관을 따라 진행하는 상기 선박 평형수 중 일부를 분기시켜 전기분해 방식으로 전해액을 생성하는 전해액 생성 모듈과, 상기 전해액을 전해액 저장부에 일시 저장하고 주입펌프의 펌핑 동작에 의해 상기 메인 배관으로 주입하는 전해액 주입 모듈과, 상기 주입펌프의 펌프 스피드와 TRO 농도의 상관관계에 따라 상기 전해액 저장부에 일시 저장된 전해액의 주입량을 조절하는 제어부를 포함하는 선박 평형수 처리 장치가 제공된다.

Description

정밀 농도 제어를 이용한 선박 평형수 처리 장치 및 방법{Ship ballast water treatment device and method using fine concentration control}

본 발명은 정밀 농도 제어를 이용한 선박 평형수 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

유조선, 컨테이너선 또는 LNG 화물선과 같은 대형선박의 경우 선박의 안정성 및 균형을 확보하기 수단으로서 선박의 내부에 밸러스트(Ballast) 탱크를 구비하고 있다. 통상적으로 펌프를 이용하여 주변의 해수를 필요에 따라 밸러스트 탱크로 유입하거나 밸러스트 탱크 내의 해수를 유출시키게 되는데, 이와 같이 선박의 밸런스(balance)를 맞추기 위한 해수(혹은 담수)를 평형수(ballast water, 밸러스트 수라고도 함)라 한다. 즉, 화물이 하역되는 경우에는 평형수가 밸러스트 탱크로 유입되도록 하고, 화물이 적재되는 경우에는 밸러스트 탱크에 저장되어 있던 평형수가 배출되도록 하여 선박의 밸런스를 맞출 수 있다.

한편, 평형수를 저장한 선박은 제1 국의 해수를 다른 해양 환경의 제2 국의 해양으로 배출하기도 한다. 평형수는 유입하는 지역의 해수이므로 평형수에는 해수에 포함되어 있는 각종 이물질이나 플랑크톤 등의 미생물, 세균 등이 포함된다. 제1 국에서 유입된 평형수가 전혀 다른 환경의 제2 국의 해양에 배출되는 경우, 제1 국의 각종 이물질 또는 미생물 및 세균, 그 밖의 유기물질 등이 제2 국의 해양 생태계에 변화를 초래시키는 위험이 발생할 수 있다.

이에 따라 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)에서는 유해생물종의 국가간 이동을 방지하기 위한 목적으로 2004년에 선박 평형수 관리 협약을 제정하고, 유해생물종의 배출을 통제하기 위해 선박 평형수 교환 기준(D-1)과 처리 기준(D-2)을 제정하여 이를 의무화하도록 하였다. 이 가운데 선박 평형수의 교환은 원양에서 이루어져야 하고, 선박의 안전문제를 야기하기 때문에 선박 평형수의 교환보다는 살균 처리하는 것이 추세가 되고 있다. 본 협약은 35% 이상의 선복량, 30개국 이상의 국가가 비준하는 시점으로부터 1년 뒤 발효되기 때문에 각국에서는 선박 평형수 처리 장치의 개발이 활발히 진행 중에 있다.

기존의 선박 평형수 처리 장치는 한국공개특허공보 제10-2010-0017994호에 개시된 것과 같이 밸러스트 수를 처리하고 선박으로부터 밸러스트 수를 방출시키기 전에 밸러스트 수를 탈할로겐화시키고 있다.

이에 따르면, 밸러스트 수 스트림을 선박 위로 이송시킨 후 여과시킨다. 여과된 밸러스트 수 스트림의 일부는 사이드 스트림 펌핑을 통해 이송되어 처리 스트림을 형성한다. 이러한 처리 스트림은 차아염소산염 전해 전지로 펌핑되고, 이 전해 전지에서 처리 스트림 내에서 차아염소산염을 생성시키기 위해 전지에 전류가 인가된다. 가연성인 수소가 처리 스트림으로부터 분리된 다음, 처리 스트림은 주 밸러스트 수 스트림 내로 재도입된다. 차아염소산염을 함유하는 밸러스트 수 스트림은 밸러스트 수 스트림의 염소 농도를 측정하기 위해 처리 스트림이 밸러스트 수 스트림 내로 재도입된 후에 샘플링된다. 여기서, 살균액에 해당하는 처리 스트림의 주입량은 유량계를 통해 제어하게 되지만, 정밀 자동 제어가 어려운 문제점이 있다.

한국공개특허공보 제10-2010-0017994호

본 발명은 선박 평형수 유입 시에 전기분해 방식으로 처리되어 차아염소산을 포함하는 사이드 스트림을 일시 저장하는 전해수 저장공간이 마련되어 있어 메인 스트림으로의 주입 펌프 스피드와 TRO(Total Residual Oxidant) 농도와의 상관관계에 따라 주입량의 정밀 제어가 가능하여 비정상적 가동을 방지하는 선박 평형수 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 선박 평형수 배출 시에 중화제 주입 펌프의 펌프 스피드와 TRO 농도 간의 상관관계에 따라 중화제 주입량이 정밀 제어되는 선박 평형수 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박으로 해수를 인입하여 메인 배관을 따라 밸러스트 탱크로 선박 평형수를 진행시키는 밸러스트 펌프와; 상기 메인 배관을 따라 진행하는 상기 선박 평형수 중 일부를 분기시켜 전기분해 방식으로 전해액을 생성하는 전해액 생성 모듈과; 상기 전해액을 전해액 저장부에 일시 저장하고 주입펌프의 펌핑 동작에 의해 상기 메인 배관으로 주입하는 전해액 주입 모듈과; 상기 주입펌프의 펌프 스피드와 TRO(Total Residual Oxidant) 농도의 상관관계에 따라 상기 전해액 저장부에 일시 저장된 전해액의 주입량을 조절하는 제어부를 포함하는 선박 평형수 처리 장치가 제공된다.

상기 전해액 주입 모듈에 의해 상기 전해액이 주입되는 지점의 하류 측에 설치되어 상기 메인 배관의 TRO 농도를 측정하는 TRO 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 메인 배관의 TRO 농도가 허용 TRO 농도 범위를 이탈한 경우 상기 펌프 스피드를 상향 혹은 하향시킬 수 있다.

상기 주입펌프의 펌프 스피드와 상기 메인 배관의 TRO 농도의 상관관계는 상기 전해액 생성 모듈에서 이용하는 전류값에 따라 변화하는 상관함수 혹은 상관테이블 형태로 데이터베이스화되어 있을 수 있다.

상기 전해액 주입 모듈은 상기 전해액을 기체 성분과 분리하는 하이드로사이클론과, 상기 하이드로사이클론의 하부에 위치하면서 상기 기체 성분이 분리된 전해액을 일시 저장하는 상기 전해액 저장부를 포함하는 기액분리기를 포함할 수 있다.

상기 밸러스트 탱크에 저장되어 있는 선박 평형수를 상기 선박의 외부로 배출시키는 경우, 중화제 탱크에 저장되어 있는 중화제를 중화펌프를 이용하여 배출 배관에 주입하는 중화모듈을 더 포함하되, 상기 제어부는 가동 초기의 유예 시간 동안에는 상기 밸러스트 탱크 내의 선박 평형수의 TRO 농도가 그대로 유지된 것을 가정하여 상기 중화펌프의 펌프 스피드를 최대로 설정할 수 있다.

상기 밸러스트 탱크의 후단과 중화모듈에 의한 중화제 주입지점의 전단에 설치된 TRO 센서가 상기 밸러스트 탱크에서 배출되는 선박 평형수의 TRO 농도를 정상 감지하는 경우, 상기 제어부는 상기 중화펌프의 펌프 스피드와 상기 배출 배관의 TRO 농도의 상관관계에 따라 상기 중화제의 주입량을 조절할 수 있다.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박 평형수 처리 장치에서 선박 평형수를 처리하는 방법으로서, 메인 배관에서 분기된 사이드 배관으로 유입된 해수를 전기분해 방식으로 처리하여 고농도의 TRO를 함유한 전해액을 생성하는 단계; 상기 전해액을 기액 분리한 후 전해액 저장부에 일시 저장하는 단계; 주입펌프를 이용하여 메인 배관에 상기 전해액 저장부에 일시 저장된 전해액을 주입하는 단계; 상기 메인 배관의 TRO 농도를 측정하는 단계; 상기 측정된 TRO 농도가 허용 TRO 농도 범위를 만족하는지 판단하는 단계; 및 상기 허용 TRO 농도 범위를 만족하는 경우 상기 주입펌프의 펌프 스피드를 유지하고, 상기 허용 TRO 농도 범위를 이탈한 경우 상기 주입펌프의 펌프 스피드를 상향 혹은 하향하는 단계를 포함하는 선박 평형수 처리 방법이 제공된다.

한편 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 중화제 탱크에 저장되어 있는 중화제를 중화펌프를 이용하여 배출 배관에 주입하는 중화모듈을 포함하는 선박 평형수 처리 장치에서 선박 평형수를 배출하는 방법으로서, 밸러스트 탱크에 저장되어 있는 선박 평형수를 배출 배관을 통해 배출하는 단계; 가동 초기의 유예 시간 동안에는 상기 밸러스트 탱크 내의 선박 평형수의 TRO 농도가 그대로 유지된 것을 가정하여 상기 중화펌프의 펌프 스피드를 최대로 설정하는 단계; 상기 밸러스트 탱크의 후단과 중화모듈에 의한 중화제 주입지점의 전단에 설치된 TRO 센서가 상기 밸러스트 탱크에서 배출되는 선박 평형수의 TRO 농도를 정상 감지하는 경우, 상기 중화펌프의 펌프 스피드와 상기 배출 배관의 TRO 농도의 상관관계에 따라 상기 중화제의 주입량을 조절하는 단계를 포함하는 선박 평형수 처리 방법이 제공된다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선박 평형수 유입 시에 전기분해 방식으로 처리되어 차아염소산을 포함하는 사이드 스트림을 일시 저장하는 전해수 저장공간이 마련되어 있어 메인 스트림으로의 주입 펌프 스피드와 TRO 농도와의 상관관계에 따라 주입량의 정밀 제어가 가능하여 비정상적 가동을 방지하는 효과가 있다.

또한, 선박 평형수 배출 시에 중화제 주입 펌프의 펌프 스피드와 TRO 농도 간의 상관관계에 따라 중화제 주입량이 정밀 제어되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 농도 제어를 이용한 선박 평형수 처리 장치의 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기의 상세 구조도,
도 3은 각 케이스 별 목표 TRO 농도와 허용 TRO 농도 범위를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에서 수행되는 선박 평형수 처리 방법의 순서도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 스피드, 전류값 및 TRO 농도의 상관함수,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 스피드, 전류값 및 TRO 농도의 상관테이블,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에서 수행되는 선박 평형수 처리 방법의 순서도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 농도 제어를 이용한 선박 평형수 처리 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기의 상세 구조도이다.

도 1을 참조하면, 선박 평형수 처리 장치(100), 메인 배관(10), 밸러스트 펌프(110), 유량계(112), 전처리 필터(114), 사이드 배관(20), 전해액 생성 모듈(120), 유입펌프(122), 전기분해조(124), 정류기(126), 전해액 주입 모듈(130), 기액분리기(132), 전해액 저장부(220), 송풍기(134), 주입펌프(136), 제어부(140), 밸러스트 탱크(150), 배출 배관(30), 중화 모듈(160), 중화제 탱크(162), 중화펌프(164), TRO 센서(172, 174, 176)가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 농도 제어를 이용한 선박 평형수 처리 장치는 전기분해 방식으로 생성된 잔류 염소, 즉 차아염소산염을 이용하여 선박 평형수를 살균 처리하며, 선박 평형수 처리 과정 중에 TRO 농도를 측정하여 평형수 유입 시에는 주입펌프-TRO 농도 상관관계에 따라 메인 배관으로 전해액의 주입량을 정밀 제어한다. 또한, 평형수 배출 시에는 중화펌프-TRO 농도 상관관계에 따라 배출 배관으로 중화제의 주입량을 정밀 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예에 따른 정밀 농도 제어를 이용한 선박 평형수 처리 장치(100)는 밸러스트 펌프(110), 전해액 생성 모듈(120), 전해액 주입 모듈(130), 제어부(140), 밸러스트 탱크(150)를 포함한다.

선박 평형수 처리 장치(100)는 선박의 씨 체스트(sea chest) 등과 같은 해수 유입구와 밸러스트 탱크(150) 사이에 연결되어 있어 주변의 해수를 밸러스트 탱크(150)로 유입하는 주 경로인 메인 배관(10)을 구비하고 있다. 또한, 밸러스트 탱크(150)로 유입되는 해수 중 일부를 분기시켜 전기분해를 수행함으로써 소정 농도의 살균액(전해액)을 생성하도록 하는 부 경로인 사이드 배관(20)도 구비하고 있다.

이하에서는 메인 배관(10)을 따른 선박 평형수의 흐름을 메인 스트림이라 하고, 사이드 배관(20)을 따른 선박 평형수의 흐름을 사이드 스트림이라 한다. 또한, 본 명세서에서는 씨 체스트 쪽을 메인 스트림의 상류, 밸러스트 탱크(150) 쪽을 메인 스트림의 하류로 가정하여 설명하기로 한다.

밸러스트 펌프(110)는 펌핑 동작을 통해 선박 주변의 해수를 인입하여 메인 배관(10)을 따라 흐르는 메인 스트림을 생성한다. 유량계(112)는 밸러스트 펌프(110)를 통해 인입되는 해수의 양을 측정한다.

전처리 필터(114)는 메인 스트림의 상류에서 큰 규모의 입자 혹은 해양 미생물을 필터링한다. 일반적인 필터의 기능을 수행하면서 소정 크기 이상의 입자 혹은 해양 미생물을 제거하게 되며, 자동 역세 기능을 갖추고 있어 연속적인 선박 평형수 처리가 가능한 구조와 용량을 가질 수 있다.

전해액 생성 모듈(120)은 메인 스트림에서 분기된 사이드 스트림에 대하여 전기분해를 통해 차아염소산 나트륨을 생성하고, 전해액 주입 모듈(130)은 전해액 생성 모듈(120)에서 생성된 차아염소산 나트륨을 포함하는 전해액을 살균액으로 메인 스트림에 주입하여 선박 평형수를 살균 처리하게 된다. 즉, 전해액 생성 모듈(120)과 전해액 주입 모듈(130)은 살균 처리부로서 기능하게 된다.

전해액 생성 모듈(120)은 유입펌프(122), 전기분해조(124), 정류기(126)를 포함하며, 전해액 주입 모듈(130)은 기액분리기(132), 송풍기(134), 주입펌프(136)를 포함한다.

유입펌프(122)는 전처리 필터(114)를 통과한 선박 평형수 중 일부 유량을 전기분해조(124)로 인입한다. 유입펌프(122)는 메인 배관(10)의 상류 측에서 분기된 사이드 배관(20)에 배치되며, 예를 들어 전기분해조(124)에 안정적인 사이드 스트림의 공급이 가능하도록 일정 압력을 유지할 수 있는 부스터 펌프일 수 있다. 유입펌프(122)에 의한 유입 유량은 제어부(140)의 제어에 따라 조절될 수 있다.

전기분해조(124)는 정류기(126)에 의해 공급되는 직류전원에 의해 유입펌프(122)에 의해 유입된 원수, 즉 사이드 스트림을 전기분해하여, 해수 내에 포함되어 있는 염화 나트륨(NaCl)으로부터 TRO(Total Residual Oxidants, 총 잔류 산화물)의 일종인 살균력을 가진 차아염소산 나트륨(NaOCl)을 생성한다. 차아염소산 나트륨은 선박 평형수 내 살균 대상 생물을 사멸시키는 잔류 염소에 해당한다.

이 과정에서 전기분해조(124)는 정류기(126)에서 공급되는 전류값에 따라 차아염소산 나트륨의 생성량을 변화시킴으로써 전해액 농도를 변화시킬 수 있다.

전기분해조(124)는 양극부와 음극부를 포함하며, 정류기(126)에서 공급되는 전류를 이용한 전기분해 과정을 통해 음극부에서는 차아염소산 나트륨이 생성되며 양극부에서는 평형수 처리와는 무관한 부산물인 수소(H₂), 염소(Cl₂) 가스 등이 생성된다.

기액분리기(132)는 전기분해조(124)에서 생성된 물질 중 평형수 처리에 무관한 부산물을 수소 및 염소 가스를 제거하고 남은 전해액을 일시 저장한다.

도 2를 참조하면, 기액분리기(132)는 하이드로사이클론(Hydrocyclone)(210a, 210b) 및 전해액 저장부(220)를 포함한다. 전기분해된 해수는 하이드로사이클론(210a, 210b)을 통과하면서 밀도가 높은 액체인 진해액은 하방으로, 밀도가 낮은 기체인 수소와 염소 가스는 상방으로 분리된다. 수소와 염소 가스는 상방으로 분리되면서 송풍기(134)에서 불어오는 공기와 혼합되어 폭발 임계 농도 이하로 희석되어 대기 중으로 안전하게 배출될 수 있다.

기체와 분리된 전기분해된 해수, 즉 차아염소산 나트륨을 함유한 전해액은 하이드로사이클론(210a, 210b)의 하부에 위치하는 전해액 저장부(220)로 이송되어 메인 배관(10)으로 주입되기 이전에 일시적으로 체류한다. 전해액 저장부(220)에 일시 저장되어 있으면서 메인 스트림의 TRO 농도를 조절하는데 이용되는 전해액의 버퍼 탱크(buffer tank) 역할을 수행한다.

전해액 저장부(220)에 일시 저장된 전해액은 주입펌프(136)를 통해 메인 배관(10)으로 주입된다. 이 때 대다수의 전해되지 않은 메인 배관(10)의 해수와 소량의 전해액이 혼합되면서 고농도의 TRO는 저농도의 TRO로 희석된다. 희석된 저농도의 TRO는 주입펌프(136)에 의한 주입지점 후단에 위치한 제1 TRO 센서(172)에서 그 농도가 측정된다. 제어부(140)에서는 제1 TRO 센서(172)에서의 측정값에 따라 전해액의 주입량을 정밀 제어한다.

또한, 밸러스트 탱크(150)에 저장된 선박 평형수는 필요에 따라 배출 배관(30)을 통해 선외로 배출되어야 하는 경우도 있다. 이 경우 선박 평형수에 잔류하는 차아염소산 나트륨을 중화시키기 위한 중화 모듈(160)이 배출 배관(30) 중에 배치되어 있을 수 있다.

중화 모듈(160)은 중화제가 저장되어 있는 중화제 탱크(162)와 중화제 탱크(162)의 중화제를 배출 배관(30)으로 주입시키는 중화펌프(164)를 포함한다.

중화제 탱크(162)는 선박 평형수에 대한 중화 처리가 가능한 약품이 액체 형태로 저장되어 있는 공간이다. 중화제 탱크(162)에 저장되어 있는 중화제로는 예를 들어 티오황산나트륨(Sodium thiosulfate), 아황산나트륨(Sodium sulfite), 중아황산나트륨(Sodium bisulfate), 메타중아황산나트륨(Sodium metabisulfite), 아스코르빈산(Ascorbic acid) 중 하나 이상이 적용될 수 있다.

살균 물질, 즉 잔류 염소가 처리수 내에 잔존하는 경우에 선박 외부로 배출되면 인근 해역 환경에 유해한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 살균 물질인 잔류 염소를 중화하여 배출할 필요가 있으며, 전술한 중화제를 이용하여 처리수 내에 잔존하는 살균 물질을 중화시키는 것이 가능하다.

중화제가 고체 형태인 경우에는 물에 녹여 용액 형태로 변형시킨 후 사용할 수 있으며, 이 경우 중화제 탱크(162)에는 별도의 교반기(미도시)가 설치될 수도 있다.

중화제가 주입되는 지점의 하류측과 상류측에 각각 제2 TRO 센서(174)와 제3 TRO 센서(176)가 배치될 수 있다. 제어부(140)에서는 제2 TRO 센서(174)에서의 측정값과 제3 TRO 센서(176)에서의 측정값을 이용하여 중화제 주입량을 정밀 제어하게 된다.

제어부(140)는 선박 평형수 처리 장치(100)에 포함되는 각 구성요소의 기능을 제어한다. 예를 들어, 제어부(140)는 유입펌프(122)의 펌핑 동작을 제어하여 전기분해조(124)로 유입되는 사이드 스트림의 양을 조절할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 정류기(126)에서 전기분해조(124)로 공급되는 전류값을 제어하여 전기분해조(124)에서 생성되는 차아염소산 나트륨의 양을 조절할 수도 있다.

또한, 제어부(140)는 제1 TRO 센서(172)에서의 측정값에 따라 주입펌프(136)의 펌핑 동작을 제어하여 전해액 저장부(220)에 저장된 전해액이 메인 배관(10)으로 주입되는 양을 조절할 수도 있으며, 제2 TRO 센서(174) 및 제3 TRO 센서(176)에서의 측정값에 따라 중화펌프(164)의 펌핑 동작을 제어하여 중화제 탱크(162)에 저장된 중화제가 배출 배관(30)으로 주입되는 양을 조절할 수도 있다.

제어부(140)의 동작에 대하여 이하 관련 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3은 각 케이스 별 목표 TRO 농도와 허용 TRO 농도 범위를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 것과 같은 활성물질(살균물질)을 사용하는 선박 평형수 처리 장치(100)에서는 목표 TRO 농도(Target TRO Concentration)와 허용 TRO 농도 범위(Allowed TRO Concentration Range)가 설정되어 있다.

도 3의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 목표 TRO 농도를 각각 중앙값, 최대값, 최소값으로 두고 일정 구간을 허용 TRO 농도 범위로 설정하게 된다.

선박 평형수 처리 장치(100)의 가동은 목표 TRO 농도 부근에서 주로 이루어지게 되며, 허용 TRO 농도 범위 내에서는 자유롭게 운용이 가능하다. 하지만, 허용 TRO 농도 범위를 초과하거나 미달하여 가동될 경우에는 비정상적 가동으로 간주되어 특정 시간 이상 이러한 가동이 계속될 경우 알람을 작동시키고, 더 나아가 장치 가동을 중단(shut-down)하게 된다.

이러한 비정상적 가동이 발생하지 않게 하기 위해서 제어부(140)에서 TRO 농도를 정밀 제어할 필요가 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에서 수행되는 선박 평형수 처리 방법의 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 스피드, 전류값 및 TRO 농도의 상관함수이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 스피드, 전류값 및 TRO 농도의 상관테이블이다.

도 4를 참조하면, 선박 평형수 처리 방법 중 특히 선박 평형수 유입 과정에서의 살균 처리 시 TRO 농도 제어를 위한 정밀 제어 방법이 도시되어 있다.

우선 제어부(140)는 정류기(126)에서 전기분해조(124)로 일정 전류가 공급되도록 한다(단계 S300).

전기분해조(124)에서는 전기분해를 통해 고농도의 TRO를 함유한 전해액을 생성한다(단계 S310).

기액분리기(132)에서 기액 분리 과정을 거친 액체 상태의 전해액은 하이드로사이클론 하단에 위치하는 전해액 저장부(220)에 이송되어 일시적으로 저장된다(단계 S320).

전해액 저장부(220)에 저장된 전해액 중 일부가 메인 배관(10)으로 주입되고(단계 S330), 메인 배관(10)의 해수와 혼합되면서 저농도의 TRO로 희석된다.

이 때 제1 TRO 센서(172)를 이용하여 메인 배관(10)의 TRO 농도를 측정하고(단계 S340), 제어부(140)로 전송한다.

제어부(140)에서는 제1 TRO 센서(172)에 의해 측정된 TRO 농도가 허용 TRO 범위 내에 있는지 여부를 판단한다(단계 S350).

제어부(140)는 소정 길이의 시간을 한 '구간'으로 설정하고, 그 구간동안 제1 TRO 센서(172)에서 측정된 TRO 농도가 허용 TRO 농도 범위를 이탈하였는지 여부를 판단한다. 예를 들어, 제1 TRO 센서(172)가 DPD 시약을 이용하는 방식일 경우, 제1 TRO 센서(172)의 측정 간격은 최소 1분이 되며, 3회 측정 동안 허용 TRO 농도 범위 준수 여부를 판단하게 될 경우, 3분의 시간이 판단의 기준이 되는 '구간'이 된다. 이러한 '구간'은 TRO 농도의 측정 간격에 따라 달라질 수 있다.

제어부(140)에서의 판단 결과 측정된 TRO 농도가 허용 TRO 농도 범위에 있는 경우 정상 가동 상태(Normal Operation Status)로 간주되어 별도의 조치가 필요없이 정류기의 전류값과 주입펌프(136)의 펌프 스피드가 현행대로 유지되고(단계 S360), 선박 평형수 처리 장치(100)의 가동이 지속적으로 이루어진다. 여기서, 펌프 스피드는 펌프에서의 유체 주입 속도를 의미한다.

제어부(140)에서의 판단 결과 측정된 TRO 농도가 허용 TRO 농도 범위를 초과하거나 미달하여 이탈한 경우(단계 S370 혹은 S380)에는 주입되는 전해액의 펌프 스피드를 상향 혹은 하향하도록 제어함(단계 S375 혹은 S385)으로써 메인 배관(10)에 희석되는 TRO 농도를 조절하게 된다.

단계 S375 혹은 S385에서 펌프 스피드는 TRO 농도와 펌프 스피드 간의 상관관계를 이용하여 제어될 수 있다.

정류기(126)에서 공급되는 전류값이 특정값으로 고정된 경우 임의의 펌프 스피드로 전해액을 주입한 경우 메인 배관(10)의 농도를 산출하여 도 5에 도시된 것과 같이 상관함수(410~440)를 산출하거나 도 6에 도시된 것과 같이 상관테이블을 산출하여 데이터베이스화하고, 실제 TRO 농도를 조절할 때 사용할 수 있다.

도 5 혹은 도 6에 도시된 상관함수 혹은 상관테이블에 기초하여 펌프 스피드를 제어하였을 때, 특정 '구간' 내에 목표 TRO 범위로 진입할 경우 제어된 펌프 스피드를 유지하게 된다.

이와 같이 펌프 스피드와 TRO 농도 간의 상관관계를 이용하여 목표하는 TRO 값을 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

여기서, 필요로 하는 전해액 저장부(220)의 저장공간을 다음과 같이 산출될 수 있다.

전기분해를 위해 분기시키는 유량은 메인 배관(10)을 따라 흐르는 메인 스트림 대비 최대 1% 이하이다. 따라서, 메인 스트림의 유량을 1000t/hr 이라고 가정할 경우, 분기되는 사이드 스트림의 유량은 10t/hr 이하이다. 주입지점 후단의 제1 TRO 센서(172)에 의해 측정된 TRO 값이 허용 TRO 농도 범위를 초과하였을 때 이를 허용 TRO 농도 범위 이내로 다시 제어하는데 소요되는 시간은 DPD 적정 방식의 TRO 센서가 농도 변화 요인을 90% 이상 반영하는 데 소요되는 시간이 최대 3분 이내임을 감안할 때, 3분간 주입되어야 하는 전해액이 전해액 저장부(220) 내에 저장되어야 한다. 즉, 전해액 저장부(220)의 크기는 선박 평형수 처리 장치(100)의 전해액 생성 모듈(120)에서 단위시간당 생성되는 전해액의 양(즉, 사이드 스트림의 유량)에 TRO 센서의 농도 변화 요인 반영 소요 시간을 곱한 값이 된다.

예를 들어, 전술한 예시에 의하면 1000t/hr 용량의 선박 평형수 처리 장치(100)에서 요구되는 전해액 저장부(220)의 최대값은 1000t/hr x 1% x (3/60min) = 500L 에 해당한다. 전해액 저장부를 원통형으로 구성할 경우 지름 70cm, 높이 65cm 정도의 비교적 컴팩트한 공간만으로도 구현이 가능한 수준이다.

본 발명의 다른 실시예에서 선박 평형수의 유입 시뿐만 아니라 배출 시에도 중화제를 주입하는 중화펌프(164)의 펌프 스피드와 TRO 농도 간의 상관관계를 데이터베이스화하여 선외로 배출되는 TRO 농도를 최대 허용 배출 농도 이하로 조절/유지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에서 수행되는 선박 평형수 처리 방법의 순서도이다.

도 7을 참조하면, 선박 평형수 처리 방법 중 특히 선박 평형수 배출 과정에서의 중화 처리 시 TRO 농도 제어를 위한 정밀 제어 방법이 도시되어 있다.

우선 밸러스트 탱크(150)로부터 선박 평형수, 즉 처리수를 배출 배관(30)을 통해 배출한다(단계 S500).

이 경우 DPD 시약을 적용한 TRO 센서(제2 TRO 센서(174) 및/또는 제3 TRO 센서(176))의 경우 최소 매 1분마다 TRO 농도를 측정하지만, 선박 평형수 처리 장치의 초기 가동 시에는 정상적인 TRO 농도를 감지하는데 수분이 소요되므로, 초기 일정 시간 동안(예를 들어, 약 5~10분 정도)은 밸러스팅(ballasting) 당시의 TRO 농도가 전혀 감소하지 않았다는 최악의 조건을 가정하고 중화펌프(164)의 펌프 스피드를 최대로 하여 중화제를 과량 주입한다(단계 S510). 중화제를 과량 주입하는 시간은 평형수 배출 가동 초기에 미리 정해져 있을 수 있으며, TRO 센서가 정확한 TRO 농도를 감지하기 위한 유예시간으로 간주하게 된다.

이후 밸러스트 탱크(150)의 후단과 중화제 주입지점의 전단에 설치된 제3 TRO 센서(176)가 밸러스트 탱크(150)로부터 배출되는 처리수의 TRO 농도를 정상적으로 감지하기 시작하면서 중화제의 적정 주입량을 결정하게 된다(단계 S520).

이 경우 중화펌프(164)의 펌프 스피드와 배출 TRO 농도 간의 상관관계를 이용하여 조정된 양만큼 중화제를 주입한다(단계 S530).

제2 TRO 센서(174)를 이용하여 중화제 주입지점 후단의 TRO 농도를 측정하고(단계 S540), 연속 n회 측정 동안 지속적으로 제2 TRO 센서(174)에서 측정된 TRO 농도를 최대 허용 배출 농도(예를 들어, 0.2ppm)와 비교한다(단계 S550).

측정된 TRO 농도가 최대 허용 배출 농도 이상이면 단계 S570으로 진행하고, 최대 허용 배출 농도 미만이면 단계 S560으로 진행하여 선외로 정상 배출한다.

최대 허용 배출 농도 이상인 경우 중화펌프 스피드 및 TRO 농도 간의 상관관계에 따라 펌프 스피드를 상향시키고(단계 S570), 다시 n회 측정 이내로 최대 허용 배출 농도 미만으로 진입되는지 여부를 확인한다(단계 S575). 진입하지 못하는 경우에는 단계 S570으로 되돌아간다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 선박 평형수 처리 장치 110: 밸러스트 펌프
112: 유량계 114: 전처리 필터
120: 전해액 생성 모듈 122: 유입펌프
124: 전기분해조 126: 정류기
130: 전해액 주입 모듈 132: 기액분리기
134: 송풍기 136: 주입펌프
140: 제어부 150: 밸러스트 탱크
160: 중화 모듈 162: 중화제 탱크
164: 중화펌프 10: 메인 배관
20: 사이드 배관 30: 배출 배관
210a, 210b: 하이드로사이클론 220: 전해액 저장부

Claims

선박으로 해수를 인입하여 메인 배관을 따라 밸러스트 탱크로 선박 평형수를 진행시키는 밸러스트 펌프와;
상기 메인 배관을 따라 진행하는 상기 선박 평형수 중 일부를 분기시켜 전기분해 방식으로 전해액을 생성하는 전해액 생성 모듈과;
상기 전해액을 전해액 저장부에 일시 저장하고 주입펌프의 펌핑 동작에 의해 상기 메인 배관으로 주입하는 전해액 주입 모듈과;
상기 주입펌프의 펌프 스피드와 TRO(Total Residual Oxidant) 농도의 상관관계에 따라 상기 전해액 저장부에 일시 저장된 전해액의 주입량을 조절하는 제어부를 포함하는 선박 평형수 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 전해액 주입 모듈에 의해 상기 전해액이 주입되는 지점의 하류 측에 설치되어 상기 메인 배관의 TRO 농도를 측정하는 TRO 센서를 더 포함하는 선박 평형수 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 메인 배관의 TRO 농도가 허용 TRO 농도 범위를 이탈한 경우 상기 펌프 스피드를 상향 혹은 하향시키는 선박 평형수 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 주입펌프의 펌프 스피드와 상기 메인 배관의 TRO 농도의 상관관계는 상기 전해액 생성 모듈에서 이용하는 전류값에 따라 변화하는 상관함수 혹은 상관테이블 형태로 데이터베이스화되어 있는 선박 평형수 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 전해액 주입 모듈은 상기 전해액을 기체 성분과 분리하는 하이드로사이클론과, 상기 하이드로사이클론의 하부에 위치하면서 상기 기체 성분이 분리된 전해액을 일시 저장하는 상기 전해액 저장부를 포함하는 기액분리기를 포함하는 선박 평형수 처리 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸러스트 탱크에 저장되어 있는 선박 평형수를 상기 선박의 외부로 배출시키는 경우, 중화제 탱크에 저장되어 있는 중화제를 중화펌프를 이용하여 배출 배관에 주입하는 중화모듈을 더 포함하되,
상기 제어부는 가동 초기의 유예 시간 동안에는 상기 밸러스트 탱크 내의 선박 평형수의 TRO 농도가 그대로 유지된 것을 가정하여 상기 중화펌프의 펌프 스피드를 최대로 설정하는 선박 평형수 처리 장치.
제6항에 있어서,
상기 밸러스트 탱크의 후단과 중화모듈에 의한 중화제 주입지점의 전단에 설치된 TRO 센서가 상기 밸러스트 탱크에서 배출되는 선박 평형수의 TRO 농도를 정상 감지하는 경우,
상기 제어부는 상기 중화펌프의 펌프 스피드와 상기 배출 배관의 TRO 농도의 상관관계에 따라 상기 중화제의 주입량을 조절하는 선박 평형수 처리 장치.
선박 평형수 처리 장치에서 선박 평형수를 처리하는 방법으로서,
메인 배관에서 분기된 사이드 배관으로 유입된 해수를 전기분해 방식으로 처리하여 고농도의 TRO를 함유한 전해액을 생성하는 단계;
상기 전해액을 기액 분리한 후 전해액 저장부에 일시 저장하는 단계;
주입펌프를 이용하여 메인 배관에 상기 전해액 저장부에 일시 저장된 전해액을 주입하는 단계;
상기 메인 배관의 TRO 농도를 측정하는 단계;
상기 측정된 TRO 농도가 허용 TRO 농도 범위를 만족하는지 판단하는 단계; 및
상기 허용 TRO 농도 범위를 만족하는 경우 상기 주입펌프의 펌프 스피드를 유지하고, 상기 허용 TRO 농도 범위를 이탈한 경우 상기 주입펌프의 펌프 스피드를 상향 혹은 하향하는 단계를 포함하는 선박 평형수 처리 방법.
중화제 탱크에 저장되어 있는 중화제를 중화펌프를 이용하여 배출 배관에 주입하는 중화모듈을 포함하는 선박 평형수 처리 장치에서 선박 평형수를 배출하는 방법으로서,
밸러스트 탱크에 저장되어 있는 선박 평형수를 배출 배관을 통해 배출하는 단계;
가동 초기의 유예 시간 동안에는 상기 밸러스트 탱크 내의 선박 평형수의 TRO 농도가 그대로 유지된 것을 가정하여 상기 중화펌프의 펌프 스피드를 최대로 설정하는 단계;
상기 밸러스트 탱크의 후단과 중화모듈에 의한 중화제 주입지점의 전단에 설치된 TRO 센서가 상기 밸러스트 탱크에서 배출되는 선박 평형수의 TRO 농도를 정상 감지하는 경우, 상기 중화펌프의 펌프 스피드와 상기 배출 배관의 TRO 농도의 상관관계에 따라 상기 중화제의 주입량을 조절하는 단계를 포함하는 선박 평형수 처리 방법.