KR20150032445A - 해양구조물의 연료가스 이송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 해양구조물 상에서 LNG와 같은 연료가스를 이송할 때, 압축기 또는 펌프를 작동시키기 위한 구동원으로서 사용되는 전기모터를 격벽을 통해 구획된 별개의 공간에 설치함으로써 연료가스를 폭발이나 화재의 위험 없이 안전하게 이송할 수 있는 연료가스 이송장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 해양구조물에서 연료가스를 엔진에 이송시키기 위해 사용되는 해양구조물의 연료가스 이송장치로서, 위험구역 내에 설치되어 연료가스를 가압함으로써 연료가스를 일방향으로 이송시키는 펌프와; 인접구역 내에 설치되어 상기 펌프를 구동시키는 전기모터; 를 포함하며, 상기 인접구역은 격벽에 의해 상기 위험구역과 구획되는, 해양구조물의 연료가스 이송장치가 제공된다.

Description

해양구조물의 연료가스 이송장치 {APPARATUS FOR FEEDING FUEL GAS ON A MARINE STRUCTURE}

본 발명은 해양구조물 상에서 연료가스를 안전하게 이송하기 위한 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해양구조물 상에서 LNG와 같은 연료가스를 이송할 때, 압축기 또는 펌프를 작동시키기 위한 구동원으로서 사용되는 전기모터를 격벽을 통해 구획된 별개의 공간에 설치함으로써 연료가스를 폭발이나 화재의 위험 없이 안전하게 이송할 수 있는 연료가스 이송장치에 관한 것이다.

근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 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 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG 운반선 등의 액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다.

이와 같이 극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 마련된 해양구조물의 예로서는 액화가스 운반선 이외에도 LNG RV (Regasification Vessel)와 같은 선박이나, LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading), BMPP (Barge Mounted Power Plant)와 같은 구조물 등을 들 수 있다.

LNG RV는 자력 항해 및 부유가 가능한 액화천연가스 운반선에 LNG 재기화 설비를 설치한 것이다. LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 액화천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 구조물이고, LNG FPSO는 채굴된 천연가스를 해상에서 정제한 후 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 구조물이다. 그리고 BMPP는 바지선에 발전설비를 탑재하여 해상에서 전기를 생산하기 위해 사용되는 구조물이다.

본 명세서에서 해양구조물이란, LNG 운반선과 같은 각종 액화가스 운반선, LNG RV 등을 비롯하여, LNG FPSO, Oil FPSO, LNG FSRU, BMPP 등의 플랜트까지도 모두 포함하는 개념이다.

그런데, LNG는 가연성 가스이므로, LNG를 운반하거나 사용하는 상기 해양구조물에 있어서는 가연성 가스가 유입될 가능성이 있는 구역을 위험구역으로 지정하여, 이 위험구역 내에서는 만약에 있을지도 모르는 가연성 가스의 유입시 폭발이나 화재가 발생하지 않도록 방폭형 장비를 사용하고 있다.

특히 최근에는, 종래에 선박에서 각종 엔진의 연료로서 사용하고 있는 중유, MDO(Marine Diesel Oil) 등을 연소시킬 경우 배기가스에 포함된 각종 유해물질로 인한 환경오염의 심각성이 대두되어, 중유 등의 오일을 연료로서 사용하는 선박의 각종 엔진에 대한 규제가 강화되고 있으며, 이러한 규제를 만족시키기 위한 비용이 점차 증가하고 있다.

그에 따라 연료유로서 중유 혹은 MDO 등의 오일을 사용하지 않거나 또는 최소한의 양만 사용하는 대신에, 가스연료인 LNG, LPG, CNG 혹은 DME 등의 청정연료를 사용할 수 있는 엔진이 개발되어, 각종 해양구조물에 탑재되고 있는 추세이다.

그런데, 청정연료인 LNG 등은 연료가스이며, 이러한 물질을 추진용이나 발전용 엔진에서 연료로서 사용할 경우에는, 해양구조물의 운용중 상시적으로 연료를 엔진에 공급할 필요가 있으므로 위험구역에 설치되는 연료가스의 이송장치에 대한 안전성을 확실하게 확보할 필요가 있다.

결국, LNG 등의 연료가스를 하나의 장소에서 다른 장소로 옮길 때 사용하는 이송장치를 안전하게 사용할 수 있도록, 해양구조물의 연료가스 이송장치에 대한 연구 개발이 지속적으로 이루어질 필요가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 해양구조물 상에서 LNG와 같은 연료가스를 이송할 때, 압축기 또는 펌프를 작동시키기 위한 구동원으로서 사용되는 전기모터를 격벽을 통해 구획된 별개의 공간에 설치함으로써 연료가스를 폭발이나 화재의 위험 없이 안전하게 이송할 수 있는 연료가스 이송장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 해양구조물에서 연료가스를 엔진에 이송시키기 위해 사용되는 해양구조물의 연료가스 이송장치로서, 위험구역 내에 설치되어 연료가스를 가압함으로써 연료가스를 일방향으로 이송시키는 펌프와; 인접구역 내에 설치되어 상기 펌프를 구동시키는 전기모터; 를 포함하며, 상기 인접구역은 격벽에 의해 상기 위험구역과 구획되는, 해양구조물의 연료가스 이송장치가 제공된다.

상기 전기모터의 구동력은 상기 격벽을 관통하도록 설치되는 구동축을 통하여 상기 펌프에 전달될 수 있다.

상기 구동축이 상기 격벽을 관통하는 부분은 연료가스의 유입이 차단될 수 있도록 밀봉 베어링 수단에 의해 밀봉될 수 있다.

상기 엔진은 MEGI 엔진이고, 상기 펌프에 의해 상기 연료가스는 200 내지 400 bara로 압축된 후 상기 MEGI 엔진에 연료로서 공급될 수 있다.

상기 위험구역과 상기 인접구역은, 한 쌍의 연료탱크 사이에 배치되는 FGS 룸 내에 형성될 수 있다.

상기 연료탱크는 IMO type C 독립형 탱크일 수 있다.

상기 펌프 및 상기 전기모터는 상기 해양구조물의 갑판 상부에 배치되고, 상기 전기모터에 동력을 공급하는 발전기는 상기 갑판의 하부에 배치될 수 있다.

상기 위험구역에는, 누출된 연료가스를 배출시킬 수 있는 장치 또는 배관이 설치되거나, 누출된 연료가스를 수집할 수 있는 장치 또는 배관이 설치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 해양구조물 상에서 LNG와 같은 연료가스를 이송할 때, 압축기 또는 펌프를 작동시키기 위한 구동원으로서 사용되는 전기모터를 격벽을 통해 구획된 별개의 공간에 설치하는 연료가스 이송장치가 제공될 수 있다.

그에 따라 본 발명의 연료가스 이송장치에 의하면, 연료가스를 폭발이나 화재의 위험 없이 안전하게 이송할 수 있게 된다.

도 1은, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른, 해양구조물의 연료가스 이송장치를 설명하기 위한 평면도, 그리고
도 2는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른, 해양구조물의 연료가스 이송장치를 설명하기 위한 측면도이다.

일반적으로, 선박에서 배출되는 폐기가스 중 국제 해사 기구(International Maritime Organization)의 규제를 받고 있는 것은 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이며, 최근에는 이산화탄소(CO₂)의 배출도 규제하려 하고 있다. 특히, 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)의 경우, 1997년 해상오염 방지협약(MARPOL; The Prevention of Marine Pollution from Ships) 의정서를 통하여 제기되고, 8년이라는 긴 시간이 소요된 후 2005년 5월에 발효요건을 만족하여 현재 강제규정으로 이행되고 있다.

따라서, 이러한 규정을 충족시키기 위하여 질소산화물(NOx) 배출량을 저감하기 위한 다양한 방법들이 소개되고 있는데, 이러한 방법 중에서 LNG 운반선과 같은 선박 등의 해양구조물을 위한 고압 천연가스 분사 엔진, 예를 들어 MEGI 엔진이 개발되어 사용되고 있다. ME-GI 엔진은, 동급출력의 디젤엔진에 비해 오염물질 배출량을 이산화탄소는 23%, 질소화합물은 80%, 황화합물은 95% 이상 줄일 수 있는 친환경적인 차세대 엔진으로서 각광받고 있다.

이와 같은 MEGI 엔진은 LNG를 극저온에 견디는 저장탱크에 저장하여 운반하도록 하는 LNG 운반선 등과 같은 선박이나 각종 플랜트 등의 해양구조물에 설치될 수 있으며, 이 경우 천연가스를 엔진의 연료로 사용하게 되며, 그 부하에 따라 엔진에 대하여 대략 200 ∼ 400 bara(절대압력) 정도의 고압의 연료가스 공급 압력이 요구된다.

MEGI 엔진은 추진을 위해 프로펠러에 직결되어 사용될 수도 있으며, 이를 위해 MEGI 엔진은 저속으로 회전하는 2행정 엔진으로 이루어진다. 즉, MEGI 엔진은 저속 2행정 고압 천연가스 분사 엔진이다.

본 명세서에 기재된 이송장치는, MEGI 엔진에 연료를 공급하기 위한 연료가스 공급 시스템(Fuel Gas Supply system; FGS system)에 포함되어 사용될 수 있다.

본 명세서에서 해양구조물이란, LNG 운반선과 같은 각종 액화가스 운반선, LNG RV, 컨테이너선 등의 선박을 비롯하여, LNG FPSO, Oil FPSO, LNG FSRU, BMPP 등의 플랜트까지도 모두 포함하는 개념이다.

또한, 본 명세서에서 연료가스란, 추진, 발전 등을 위해 해양구조물에 탑재되는 각종 엔진에 연료로서 사용되는 가연성 물질뿐만 아니라, 전술한 해양구조물에서 화물로서 수송하기 위해 저장탱크에 저장되어 있는 액화가스 등의 가연성 물질을 모두 포함하는 개념이다.

도 1 및 도 2에는, 해양구조물 상에 설치되어, LNG 등과 같은 연료가스를 이송하기 위해 사용되는 이송장치의 일례가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 이송장치는 구동원으로서 전기모터를 사용하고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, LNG 혹은 천연가스와 같은 연료가스를 이송하는 이송장치는, 위험구역(zone 0)(1) 내에 설치되어 연료가스를 가압함으로써 연료가스를 일방향으로 이송시키는 펌프(10)와, 위험구역(1)과는 격벽(4)에 의해 구획된 인접구역(zone 1)(3) 내에 설치되어 펌프(10)를 구동시키는 구동수단으로서의 전기모터(12)를 포함한다.

펌프(10)는 LNG와 같은 액체상태의 연료가스를 이송하는 경우에 사용되는 것으로서, MEGI 엔진에서 요구하는 압력인 200 내지 400 bara 정도의 고압으로 연료가스를 압축시키는 고압펌프일 수 있다. 본 명세서에서는 연료가스를 엔진에 공급하기 위해 가압하는 수단으로서 펌프를 예시하고 있지만, 천연가스(BOG)와 같은 기체상태의 연료가스를 이송하는 경우에는 압축기가 사용될 수 있으며 본 명세서에서 펌프란 압축기까지도 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

펌프실(pump room)로서의 위험구역(1)은 폭발가능성이 있는 영역이므로, 안전을 위해 위험구역 내에는 스파크를 일으킬 수 있는 전기를 사용하는 장비가 설치될 수 없다.

한편, 펌프의 구동수단으로서의 전기모터(12)는 방폭형 전기모터일 수도 있지만, 방폭형 전기모터인 경우에도 안전을 위해 위험구역 내에 설치하지 않는 것이 요구될 수도 있다.

그에 따라, 전기에 의해 동작하는 전기모터(12)는 위험구역(1)과는 격벽(4)에 의해 구획된 모터실(motor room)로서의 인접구역(3) 내에 설치될 수 있으며, 이때 전기모터(12)의 구동력은 격벽(4)을 관통하는 구동축(13)을 통하여 펌프(10)에 전달된다. 전기모터(12)에 대한 전기 공급은 모터실의 외부(안전구역)에 설치된 발전기(15)에 의해 이루어질 수 있다.

구동축(13)이 격벽(4)을 관통하는 부분은 연료가스의 유입이 차단될 수 있도록 밀봉 베어링 수단(5)에 의해 밀봉되어야만 한다.

위험구역(1)과 인접구역(3)을 구획하는 격벽으로서는, 연료가스의 누출이 발생하더라도 누출된 연료가스가 격벽을 통과할 수 없도록 기밀식 격벽일 필요가 있다. 또한, 격벽으로서는 예컨대 A-60 격벽 등과 같이 화재 발생시 열과 가스를 차단할 수 있는 격벽을 채용할 수 있다. A-60 격벽이란 화재 발생시 단열 및 가스 차단을 60분까지 보장하는 격벽(formed by single gas tight bulkhead of all-welled construction)을 의미하는 것이지만, 본 발명의 격벽은 이것만으로 제한되지는 않는다.

위험구역(1)에는, 연료가스의 누출시, 누출된 연료가스를 배출시킬 수 있는 장치 또는 배관이 설치되거나, 누출된 연료가스를 수집할 수 있는 장치 또는 배관이 설치될 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 연료가스 이송장치가 설치되는 위험구역(1)과 인접구역(3)은, 한 쌍의 연료탱크(110) 사이에 배치되는 FGS 룸(Fuel Gas Supply Room)(100) 내에 형성될 수 있다. FGS 룸(100) 내에는 펌프나 모터 이외에도 연료가스의 공급을 위한 각종 장치 및 그 제어유닛 등이 설치될 수 있다. 또한, 연료탱크(110)로서는 각각 900㎥ 정도의 용량을 갖는 IMO type C 독립형 탱크가 사용될 수 있다. 다만, 연료탱크(110)로서는 압력용기인 IMO type C 독립형 탱크 이외에, 다른 타입의 독립형 탱크나 멤브레인형 탱크가 사용될 수 있다.

전기모터(12)에 대한 동력 공급은, 해양구조물 내에 이미 설치되어 있는 발전기(15)와, 이 발전기(15)로부터 전기모터(12)까지 연장하는 전력공급라인(14)에 의해 수행된다. 필요시, 연료가스의 펌프(10)를 구동하는 전기모터(12)만을 위한 전용의 발전기를 설치할 수 있다.

도 2를 참조하면, 연료가스 이송장치가 설치되는 FGS 룸(100)은 해양구조물의 갑판(예컨대, 최상부 갑판)(101) 상에 설치될 수 있으며, 전기모터(12)에 대한 동력 공급을 위해 설치되는 발전기(15)는 갑판(101)의 아래에 마련되는 엔진룸(혹은 기계실)(103)에 배치될 수 있다.

이와 같이 연료가스의 이송장치를 구성하면, 위험구역 내에 설치되는 연료가스의 펌프로부터 격벽에 의해 구획된 별도의 공간에 전기모터를 설치할 수 있으므로, 펌프로부터 연료가스의 누출이 발생하더라도 전기모터에 의한 화재나 폭발의 우려를 없앨 수 있어, 연료가스를 안전하게 이송시킬 수 있는 해양구조물의 연료가스 이송장치가 제공될 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.

1: 위험구역
3: 인접구역
4: 격벽
5: 밀봉 베어링 수단
10: 펌프
12: 전기모터
13: 구동축
14: 전력공급라인
15: 발전기
100: FGS 룸
101: 갑판
103: 엔진룸
110: 연료탱크

Claims (8)

1. 해양구조물에서 연료가스를 엔진에 이송시키기 위해 사용되는 해양구조물의 연료가스 이송장치로서,
   위험구역 내에 설치되어 연료가스를 가압함으로써 연료가스를 일방향으로 이송시키는 펌프와;
   인접구역 내에 설치되어 상기 펌프를 구동시키는 전기모터;
   를 포함하며,
   상기 인접구역은 격벽에 의해 상기 위험구역과 구획되는, 해양구조물의 연료가스 이송장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전기모터의 구동력은 상기 격벽을 관통하도록 설치되는 구동축을 통하여 상기 펌프에 전달되는, 해양구조물의 연료가스 이송장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동축이 상기 격벽을 관통하는 부분은 연료가스의 유입이 차단될 수 있도록 밀봉 베어링 수단에 의해 밀봉되는, 해양구조물의 연료가스 이송장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 엔진은 MEGI 엔진이고, 상기 펌프에 의해 상기 연료가스는 200 내지 400 bara로 압축된 후 상기 MEGI 엔진에 연료로서 공급되는, 해양구조물의 연료가스 이송장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 위험구역과 상기 인접구역은, 한 쌍의 연료탱크 사이에 배치되는 FGS 룸 내에 형성되는, 해양구조물의 연료가스 이송장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 연료탱크는 IMO type C 독립형 탱크인, 해양구조물의 연료가스 이송장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 펌프 및 상기 전기모터는 상기 해양구조물의 갑판 상부에 배치되고, 상기 전기모터에 동력을 공급하는 발전기는 상기 갑판의 하부에 배치되는, 해양구조물의 연료가스 이송장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 위험구역에는, 누출된 연료가스를 배출시킬 수 있는 장치 또는 배관이 설치되거나, 누출된 연료가스를 수집할 수 있는 장치 또는 배관이 설치되는, 해양구조물의 연료가스 이송장치.

Images