KR20150142935A - 고압 펌프 및 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

고압 펌프 및 액화가스 처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 연료가 유출입되는 실린더; 연료를 가압하도록 상기 실린더 내부를 왕복운동하는 피스톤; 상기 피스톤과 상기 실린더를 씰하도록, 상기 피스톤의 둘레면에 마련되는 씰링부재; 및 상기 씰링부재로 열을 공급하는 열원부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고압 펌프 및 액화가스 처리 시스템은, 디젤모드에서 가스모드로 변경시 스탠바이 모드를 구동하여 쿨다운을 이루면서도 스탠바이 모드시 작동 대기 상태로 변환된 고압 펌프의 씰링부재가 파손되는 것을 방지하여 씰링부재의 파손으로 인한 연료의 누수를 차단하고 안정적인 구동을 수행할 수 있다.

Description

고압 펌프 및 액화가스 처리 시스템{Treatment system of liquefied natural gas and high pressure pump}
본 발명은 고압 펌프 및 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.
그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 LNG로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG LNG공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 LNG로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
일반적으로, LNG는 청정LNG이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.
그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스탠바이 모드를 통한 쿨다운을 이루어 엔진의 안정적인 구동을 유도하고, 스탠바이 모드시 동작 대기 중인 상태의 고압 펌프의 손상을 방지할 수 있는 고압 펌프 및 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 연료가 유출입되는 실린더; 연료를 가압하도록 상기 실린더 내부를 왕복운동하는 피스톤; 상기 피스톤과 상기 실린더를 씰하도록, 상기 피스톤의 둘레면에 마련되는 씰링부재; 및 상기 씰링부재로 열을 공급하는 열원부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 열원부재는, 상기 피스톤의 구동이 대기 중인 경우 열원 공급을 이루는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 열원부재는, 히팅코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 연료 공급 라인; 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 부스팅 펌프; 및 연료가 유출입되는 실린더와, 연료를 가압하도록 상기 실린더 내부를 왕복운동하는 피스톤과, 상기 피스톤과 상기 실린더를 씰하도록, 상기 피스톤의 둘레면에 마련되는 씰링부재와, 상기 씰링부재로 열을 공급하는 열원부재를 포함하는 고압 펌프를 포함하는 것을 한다.
구체적으로, 상기 열원부재는, 상기 피스톤의 구동이 대기 중인 경우 열원 공급을 이루는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 열원부재는, 히팅코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고압 펌프 및 액화가스 처리 시스템은, 디젤모드에서 가스모드로 변경시 스탠바이 모드를 구동하여 쿨다운을 이루면서도 스탠바이 모드시 작동 대기 상태로 변환된 고압 펌프의 씰링부재가 파손되는 것을 방지하여 씰링부재의 파손으로 인한 연료의 누수를 차단하고 안정적인 구동을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은, 스탠바이 모드시 쿨다운 시간에 따라 고압 펌프를 구동하거나 대기시켜, 전력소비가 큰 고압 펌프를 효율적으로 운영하여 전력소모를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 LNG 공급 모드를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 고압 펌프를 도시한 개념도이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 스탠바이 모드를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 구동하는 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 LNG 공급 모드를 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 고압 펌프를 도시한 개념도이며, 도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 스탠바이 모드를 도시한 개념도이다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 액화가스 처리 시스템(100)은 저장탱크(10), 엔진(20), 부스팅 펌프(131), 고압 펌프(132), 열교환기(50), 제어부(140)를 포함한다. 이하 본 명세서에서, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있다.
액화가스 처리 시스템(100)은, 부스팅 펌프(131)가 저장탱크(10)로부터 연료 공급 라인(21)을 통해 배출되는 LNG를 수 내지 수십 bar로 가압하도록 한 뒤, 고압 펌프(132)가 엔진(20)에서 요구하는 압력(일례로 200bar 내지400bar)으로 LNG를 가압하여 열교환기(50)에 공급하도록 한다. 이후 열교환기(50)는 펌프(30)로부터 공급받은 LNG의 온도를 높인 뒤 초임계 상태의 LNG가 엔진(20)에 공급되도록 할 수 있다. 이때 엔진(20)에 공급되는 LNG는 200bar 내지 400bar의 압력을 가지며 30도 내지 60도의 온도를 갖는 초임계 상태일 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 저장탱크(10)와 엔진(20) 사이에는 LNG를 전달하는 연료 공급 라인(21)이 설치될 수 있고, 연료 공급 라인(21)에는 부스팅 펌프(131), 고압 펌프(132) 및 열교환기(50) 등이 구비되어 LNG가 엔진(20)에 공급되도록 할 수 있다.
이때 연료 공급 라인(21)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 LNG의 공급량이 조절될 수 있으며, 연료 공급 라인(21)을 따라 상술한 바와 같이 엔진(20)에서 요구하는 온도, 압력 조건으로 맞추어진 LNG가 저장탱크(10)로부터 엔진(20)으로 공급되어 엔진(20)이 구동될 수 있다.
구체적으로, 저장탱크(10)는, 엔진(20)에 공급될 LNG를 저장한다. 저장탱크(10)는 LNG를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 이러한, 저장탱크(10)는 이중 탱크 구조의 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 이중 탱크 구조의 사이에는 단열부(진공 상태일 수 있음)가 마련되고, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다.
엔진(20)은, 저장탱크(10)로부터 공급되는 LNG를 통해 구동되어 추력을 발생시킨다. 이때 엔진(20)은 MEGI 엔진일 수 있고, 이중연료 엔진일 수도 있다.
엔진(20)이 이중연료 엔진일 경우, LNG와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 LNG 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 엔진(20)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
엔진(20)은 LNG의 연소에 의해 엔진실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 엔진(20) 구동 시 최종적으로 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진하게 된다.
본 실시예에서 엔진(20)은 프로펠러를 구동하기 위한 엔진(20)일 수 있으나, 발전을 위한 엔진(20) 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진(20)일 수 있는 등 종류를 특별히 한정하지 않는다.
부스팅 펌프(131)는 저장탱크(10)와 고압 펌프(132) 사이의 연료 공급 라인(21) 상에 마련될 수 있으며, 고압 펌프(132)에 충분한 양의 LNG가 공급되도록 하여 고압 펌프(132)의 공동현상(cavitation)을 방지한다. 또한 부스팅 펌프(131)는 저장탱크(10)로부터 LNG를 빼내어서 LNG를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(131)를 거친 LNG는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.
저장탱크(10)에 저장된 LNG는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(131)는 저장탱크(10)로부터 배출되는 LNG를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(131)에 의해 가압된 LNG는 여전히 액체 상태일 수 있다.
한편, 본 실시예의 액화가스 처리 시스템(100)은 도면에 도시하지는 않았으나 오일 일 예로, 디젤을 연료로 사용할 수 있어, 디젤과 LNG로, LNG에서 디젤로 연료전환을 하여 이용할 수 있다. 여기서, 디젤에서 LNG로 연료전환하거나, 정지 후 재구동시에는 스탠바이 모드로 작동될 수 있으며, 이는 구동 방법에서 설명하기로 한다.
고압 펌프(132)는, 부스팅 펌프(131)로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하여, 엔진(20)에 LNG가 공급되도록 한다. LNG는 저장탱크(10)로부터 약 1bar 내지 10bar 정도의 압력으로 배출된 후 부스팅 펌프(131)에 의해 1차로 가압되는데, 고압 펌프(132)는 부스팅 펌프(131)에 의해 가압된 액체상태의 LNG를 2차로 가압하여, 후술할 열교환기(50)에 공급하거나 제1 회수라인(135) 또는 제2 회수라인(235)으로 공급한다.
이때 고압 펌프(132)는 LNG를 엔진(20)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 엔진(20)에 공급함으로써, 엔진(20)이 LNG를 통해 추력을 생산하도록 할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이(고압 펌프의 측면도), 고압 펌프(132)는 실린더(1321)와 실린더(1321) 내부를 왕복운동하는 피스톤(1322) 및 피스톤(1322)을 구동시키는 모터(1323)로 이루어질 수 있다. 게다가, 고압 펌프(132)는 피스톤(1322)의 둘레면에 마련되는 씰링부재(1324)를 더 포함하여, 실린더(1321) 내부에 유출입되어 가압되는 LNG의 유출을 방지할 수 있다.
한편, 엔진(20)이 오일(디젤)로 구동되는 경우, 고압 펌프(132)는 가동을 멈추게 되어 고압 펌프(132) 내의 LNG는 상온에 지속적으로 접촉하게 됨으로써 씰링부재(1324) 또한 온도가 상승될 수 있다.
예를 들어 스탠바이 모드가 동작하는 경우, 부스팅 펌프(131)의 구동과 달리 고압 펌프(132)의 구동이 멈출 때 쿨다운을 위해 고압 펌프(132) 내로 (극)저온의 LNG가 유입되면, 고압 펌프(132)의 씰링부재(1324)는 냉각될 수 있다. 이때 냉열에 의해 씰링부재(1324)가 손상될 우려가 있다.
이를 방지하기 위해, 고압 펌프(132)는 열원부재를 더 포함하고, 열원부재는 피스톤(1322)의 구동이 대기 중인 경우 열을 전달하여 씰링부재(1324)의 파손을 방지할 수 있다. 한편, 피스톤(1322)의 구동이 이루어지는 경우 실린더(1321)의 내벽에 의한 마찰열이 발생하여 별도로 열이 전달될 필요가 없어 열원부재는 구동을 멈출 수 있다.
이러한, 열원부재는 히팅코일(1325)로 이루어질 수 있으며, 히팅코일(1325)이 씰링부재(1324)의 일단면을 두르도록 배치되고, 히팅코일(1325)이 씰링부재(1324)에 접촉되어 열을 공급함으로써 냉열에 의한 파손을 방지할 수 있다.
이와 달리, 열원부재는 N2가스의 공급이나, 액화가스 처리 시스템(100) 내에서 발생하는 열원(예를 들어 엔진)에서 발생하는 열을 씰링부재(1324)로 열을 공급할 수 있다.
본 실시예에서 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)는 스탠바이 모드에서 후술되는 제어부(140)에 의해 제어될 수 있으며, 스탠바이 모드시 제1 회수라인(135)과 제2 회수라인(235)을 통해 LNG가 저장탱크(10)로 회수될 수 있다.
즉, 도 3에 도시한 바와 같이(실선은 LNG의 흐름으로 도시함), 제1 회수라인(135)은 저장탱크(10)와 고압 펌프(132) 사이에 연결되어 LNG를 상류인 저장탱크(10)로 회수한다. 제1 회수라인(135)은 고압 펌프(132)의 내부에 연결되어 고압 펌프(132)의 출구로 LNG가 배출되기 전에 스탠바이 모드시 LNG를 저장탱크(10)로 회수한다. 이로써, 제1 회수라인(135)은 고압 펌프(132)를 경유한 LNG에 의해 저장탱크(10)로 회수되는 과정에서 스탠바이 모드시 고압 펌프(132)가 LNG에 의해 쿨다운 되도록 할 수 있다.
제1 회수라인(135)을 통해 LNG를 회수하는 경우, 고압 펌프(132)는 작동대기 상태일 수 있으며, 이때 고압 펌프(132)의 입구가 쿨다운 되도록 부스팅 펌프(131)에서 배출되는 LNG가 고압 펌프(132)를 경유하여 고압 펌프(132)의 내부로부터 저장탱크(10)로 회수되도록 할 수 있다.
여기서, 제1 회수라인(135)상에 제1 밸브(136)가 설치되며, 제1 밸브(136)는 일반적인 밸브로 이루어질 수 있고, 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)가 쿨다운 동작되는 경우, 제1 회수라인(135)을 개방시켜 고압 펌프(132)의 내의 LNG가 저장탱크(10)로 유입되도록 한다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이(실선은 LNG의 흐름을 도시함), 제2 회수라인(235)은 연료 공급 라인(21) 상에서 고압 펌프(132)의 하류에서 분기되어 저장탱크(10)에 연결되며, 이에 따라 고압 펌프(132)로부터 배출된 LNG가 저장탱크(10)로 회수되도록 할 수 있다. 이러한, 제2 회수라인(235)은 고압 펌프(132)에 의해 가압되어 토출되는 LNG를 저장탱크(10)로 회수할 수 있다.
여기서, 제2 회수라인(235) 또는 제2 회수라인(235)이 분기되는 연료 공급 라인(21) 상에는 제2 밸브(236)가 구비될 수 있으며, 제2 밸브(236)는 일반적인 밸브 또는 삼방밸브로 이루어질 수 있다. 제2 밸브(236)는 스탠바이 모드가 동작되는 경우, 연료 공급 라인(21)의 하류를 폐쇄하고 제2 회수라인(235)은 개방하여 고압 펌프(132)의 출구로부터 배출되는 LNG가 저장탱크(10)로 유입되도록 한다.
본 실시예에서 제1 회수라인(135)과 제2 회수라인(235)이 개별로 저장탱크(10)에 연결되는 것으로 설명하였으나, 제2 회수라인(235)이 제1 회수라인(135)에 합류되는 바와 같이 그 실시예를 달리 이룰 수도 있다.
제어부(140)는 제1 회수라인(135)과 제2 회수라인(235)을 선택적으로 개방할 수 있다. 이는 스탠바이 모드 실행시 쿨다운 시간에 따라 조절하기 위한 것이다. 예를 들어, 제어부(140)는 쿨다운 시간이 일정시간(예를 들어 30분) 미만인 경우 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)를 모두 구동시키고, 쿨다운 시간이 일정시간(예를 들어 30분) 이상인 경우 부스팅 펌프(131)는 구동시키되 고압 펌프(132)를 작동대기시킬 수 있다. 이는 일정시간이 경과하는 경우 전력소비가 큰 고압 펌프(132)를 작동 대기 시킴으로써 전력 소모를 줄이기 위한 것이다.
이때, 제어부(140)는 쿨다운 시간이 일정시간(예를 들어 30분) 미만으로 실행되는 경우 고압 펌프(132)에서 LNG가 가압된 후 배출되도록 제2 회수라인(235)을 개방한다. 이와 달리, 쿨다운 시간이 30분 이상으로 실행되는 경우 고압 펌프(132)는 작동 대기 상태가 되므로 고압 펌프(132)의 출구에서 배출될 필요가 없으므로 제1 회수라인(135)을 개방시켜 LNG를 회수시킬 수 있다.
이러한, 제어부(140)는 스탠바이 모드가 일정시간(예를 들어 총 30분)미만인 경우 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)를 모두 구동시키고, 고압 펌프(132)의 하류는 폐쇄하되 제2 회수라인(235)을 개방시킴으로써 LNG를 순환시켜, 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132) 각각을 쿨다운 시킬 수 있다. 스탠바이 모드가 일정시간 미만인 경우 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)를 모두 구동시킴으로써 LNG는 고압 펌프(132)에 의해 엔진(20)에서 요구하는 압력조건을 만족하고 스탠바이 모드 종료 후 즉시 엔진(20)으로 공급될 수 있다.
열교환기(50)는 고압 펌프(132)와 엔진(20) 사이의 연료 공급 라인(21) 상에 마련되어 스탠바이 모드 종료 후에 엔진(20) 구동시 LNG를 엔진(20)으로 공급하며, 고압 펌프(132)로부터 배출된 LNG를 스팀 등의 방법으로 가열할 수 있다.
열교환기(50)로 고압 펌프(132)에 의해 LNG가 공급될 수 있으며, 열교환기(50)는 고압 펌프(132)에서 배출되는 압력인 200bar 내지 400bar를 유지하면서 LNG를 가열시켜서, 30도 내지 60도의 초임계 상태의 LNG로 변환한 후 엔진(20)에 공급할 수 있다.
이와 같은 실시예는, 스탠바이 모드시 고압 펌프(132)가 대기 중인 경우, 씰링부재(1324)로 열을 전달함으로써 냉열에 의한 씰링부재(1324)의 손상을 방지할 수 있고, 쿨다운 시간에 따라 고압 펌프(132)를 구동하거나 대기시켜 전력소비가 큰 고압 펌프(132)를 효율적으로 운영하여 전력소모를 줄일 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 액화가스 처리 시스템(100)을 통해 액화가스 처리 시스템을 구동하는 방법에 대하여 설명하도록 한다. 앞서 설명한 실시예의 구성에 따른 동일한 기능 및 작용의 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 구동하는 방법의 순서도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 구동하는 방법은, 스탠바이 모드 시 고압 펌프로부터 LNG가 엔진으로 공급되는 것을 차단하는 단계(S110), 부스팅 펌프와 고압 펌프를 가동하는 단계(S120), 고압 펌프로 유입된 LNG를 저장탱크로 회수하는 단계(S130), 쿨다운 시간이 일정 시간 이상인 경우 고압 펌프의 가동을 대기하는 단계(S150), 스탠바이 모드가 완료되면 부스팅 펌프와 고압 펌프의 쿨다운 동작을 완료하는 단계(S160), 고압 펌프를 재가동하는 단계(S170) 및 쿨다운된 고압 펌프로부터 LNG를 엔진으로 공급하는 단계(S180)를 포함한다.
본 실시예는 스탠바이 모드가 일정시간 이상으로 진행되는 경우 전력소비가 많은 고압 펌프(132)로 인한 전력소모를 줄이기 위한 것으로서, 이해 및 설명의 편의상 스탠바이 모드가 2시간 이하로 이루어지는 것을 예를 들어 설명한다. 이때, 쿨다운 시간에 따라 제어부(140)에 의해 부스팅 펌프(131), 고압 펌프(132)의 구동여부 및 제1, 2 회수라인(135,235)의 개방여부가 달라짐은 앞서 설명한 일 실시예의 액화가스 처리 시스템(100)과 동이 또는 유사하다.
단계 S110에서는, 스탠바이 모드 시 고압 펌프(132)로부터 LNG가 엔진(20)으로 공급되는 것을 차단한다.
액화가스 처리 시스템(100)의 작동을 정지시킨 후 재가동하는 경우와 같이, LNG의 흐름이 멈춘 후 다시 흐르는 경우, 상온에 지속적으로 접촉하여 열침투된 LNG가 엔진(20)으로 유입되면 엔진(20)에서 요구하는 적합한 조건을 만족하지 않아 안정적인 가동을 할 수 없으므로, 운행의 효율이 저하될 우려가 있어 액화가스 처리 시스템(100)이 스탠바이 모드로 작동한다.
엔진(20)으로 공급되는 LNG의 차단은 고압 펌프(132)의 출구 또는 하류를 차단하여 이룰 수 있으며, 이는 쿨다운 시간에 의해 선택적으로 이루어질 수 있다.
스탠바이 모드는 예를 들어, 총 2시간 이하로 제한될 수 있고, 이때 스탠바이 모드는 초기(제1 스탠바이 모드, 바람직하게는 쿨다운 시작으로부터 30분 이하의 시간의 범위)와 후기(제2 스탠바이 모드, 바람직하게는 쿨다운 시간 30분 이후부터 2시간 이하의 시간의 범위)로 구분될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이(실선은 LNG의 순환을 도시함), 스탠바이 모드가 일정시간 미만(일례로 30분 미만)으로 이루어지면, 후술되는 단계를 통해 스탠바이 모드에서 부스팅 펌프(131) 및 고압 펌프(132)의 쿨다운이 이루어지는 것과 동시에, LNG는 엔진(20)으로 공급되기 이전에 엔진(20)에서 요구하는 온도와 압력조건을 가질 수 있다. 이때, 스탠바이 모드에서는 고압 펌프(132)의 하류를 차단하여 쿨다운을 이룰 수 있고, 이는 제2 밸브(236)를 통해 제2 회수라인(235)은 개방하고 고압 펌프(132)의 하류 연료 공급 라인(21)은 폐쇄하여 LNG의 흐름을 제어하여 이룰 수 있다. 여기서, 제2 회수라인(235)은 고압 펌프(132)에 의해 가압되는 LNG를 저장탱크(10)로 회수하기 위해 고압 펌프(132)의 하류에서 연결된다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이(실선은 LNG의 순환을 도시함), 스탠바이 모드가 일정시간 이상(일례로 30분 이상)이 되면, 스탠바이 모드가 후기로 넘어가게 되어 LNG의 흐름이 바뀔 수 있고, 이는 후술하기로 한다.
단계 S120에서는, 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)를 가동한다. 단계 S110에서 LNG가 엔진(20)으로 공급되는 것을 차단한 이후, 스탠바이 모드 초기의 상태로 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)를 가동함으로써 LNG가 이동할 수 있다.
여기서, LNG는 부스팅 펌프(131)에 의해 이동되면서도 고압 펌프(132)의 가동에 의해 엔진(20)에서 요구하는 온도 및 압력조건에 점차 가까워져 스탠바이 모드 변경시 쿨다운이 이루어지면서도 운행효율의 저하 우려 없이 엔진(20)으로 즉시 공급할 수 있어 빠른 대응이 가능하다.
단계 S130에서는, 고압 펌프(132)로 유입된 LNG를 저장탱크(10)로 회수한다.
부스팅 펌프(131)의 가동에 의해 저장탱크(10)로부터 배출되는 LNG는 고압 펌프(132)로 유입되어 가압된다. 이때, LNG는 고압 펌프(132)의 출구 또는 하류에서 제1 회수라인(135)이나 제2 회수라인(235)을 통해 저장탱크(10)로 회수되어 순환하게 된다. LNG가 순환하는 경로는 쿨다운 시간에 따라 선택될 수 있다. 스탠바이 모드가 초기로 이루어지는 쿨다운 시간이 일정시간 이하인 경우에는 제1 회수라인(135)을 통해 LNG가 저장탱크(10)로 회수된다.
여기서, (극)저온의 LNG가 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)를 경로하면, LNG가 가지는 저온의 온도가 부스팅 펌프(131) 등의 내부와 접촉하여 부스팅 펌프(131) 등의 자체 온도를 낮춤으로써 쿨다운 동작이 이루어질 수 있다.
여기서, 쿨다운 시간이 일정시간 이상으로 경과하여 스탠바이 모드가 실행(S140)되는 경우 단계 S150을 수행하고, 쿨다운 시간이 일정시간 미만에서 스탠바이 모드가 완료되면 단계 S160을 수행한다.
단계 S150에서는, 쿨다운 시간이 일정 시간 이상인 경우 고압 펌프(132)의 가동을 대기한다. 일례로, 스탠바이 모드가 일정 시간 이상(예를 들어 30분 이상)진행되는 경우, 쿨다운 시간이 30분 이상으로 경과하므로, 이 경우 LNG가 순환되도록 부스팅 펌프(131)는 여전히 가동되는 상태에 놓이고, 고압 펌프(132)는 작동 대기인 상태가 된다.
앞서 서술한 바와 같이, 쿨다운 시간이 30분 미만인 경우 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)를 함께 가동하여 LNG를 순환시키면서 쿨다운을 이루고, 쿨다운 시간이 30분 이상이 되면 부스팅 펌프(131)에 대비하여 전력소비가 많은 고압 펌프(132)를 대기시켜 전력 소모를 줄인다.
도 3에 도시한 바와 같이(실선은 LNG의 순환을 도시함), 스탠바이 모드가 일정시간 이상(일례로 30분 이상)이 되어, 고압 펌프(132)가 작동 대기 상태로 전환되면, 고압 펌프(132)의 출구를 통해 배출될 필요가 없다. 이에 따라, 쿨다운이 일정시간 이상이 되는 경우에는 고압 펌프(132)의 출구를 차단하여 LNG가 엔진(20)으로 공급되는 것을 차단한다. 쿨다운 시간이 일정시간 이상인 경우의 스탠바이 모드에서는 부스팅 펌프(131)는 통해 흐르는 LNG가 고압 펌프(132)의 출구 전에 제1 회수라인(135)을 통해 순환될 수 있다. 이때, 제2 회수라인(235)과 연료 공급 라인(21)은 폐쇄될 수 있다.
단계 S160에서는, 스탠바이 모드가 완료되면 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)의 쿨다운 동작을 완료한다. 스탠바이 모드의 완료는 사용자의 시간 조건으로 입력되어 수행되거나, 고압 펌프(132)에 온도센서(도시하지 않음)가 마련되어 쿨다운 여부를 감지하여 제어부(140)에 의해 수행될 수 있다.
스탠바이 모드의 완료는 시간으로 제한하여 이룰 수 있으며, 예를 들어 스탠바이 모드의 총 시간은 2시간으로 제한할 수 있고, 스탠바이 모드가 시작한 이후 2시간이 경과하면, 엔진(20)으로 연료가 공급되도록 하여 엔진(20)의 가동을 시작할 수 있다.
이로써, 고압 펌프(132)의 하류 전까지의 연료 공급 라인(21), 부스팅 펌프(131) 및 고압 펌프(132)의 쿨다운을 이룰 수 있으면서, 쿨다운 초기에 고압 펌프(132)의 가동이 이루어져 엔진(20)으로 공급되는 연료의 상태가, 엔진(20)에서 요구하는 압력조건에 접근하여 스탠바이 모드에서 엔진(20)으로의 연료 공급이 신속히 이루어질 수 있다.
단계 S170에서는, 고압 펌프(132)를 재가동한다. 스탠바이 모드에 의해 쿨다운이 완료되면, 단계 S120에서 가동되는 부스팅 펌프(131) 뿐만 아니라, 단계 S150에서 대기 상태로 전환되었던 고압 펌프(132)를 재가동한다. 이로써, 엔진(20)으로 공급하는 LNG의 상태를 엔진(20)에서 요구하는 압력조건에 대응하도록 지속적으로 고압 펌프(132)가 LNG를 가압하게 된다.
단계 S180에서는, 쿨다운된 고압 펌프(132)로부터 LNG를 엔진(20)으로 공급한다. 이는, 단계 S110에서 스탠바이 모드시 차단한 엔진(20)으로의 LNG공급을 개방함으로써 이룰 수 있다.
이때 제1 회수라인(135)과 제2 회수라인(235)은 제1 밸브(136) 및 제2 밸브(236)에 의해 차단되어 LNG의 순환이 멈추게 되고, 열교환기(50)로 흐르는 LNG의 흐름이 개방되어 열교환(50)에서 열교환이 이루어진 LNG가 엔진(20)으로 공급된다.
이와 같이 본 실시예는, 오일에서 LNG로 연료를 전환하는 경우, 스탠바이 모드를 가동하여 부스팅 펌프(131)와 고압 펌프(132)를 쿨다운 하면서도, 쿨다운 시간에 따라 고압 펌프(132)의 구동과 대기를 제어하여 전력의 낭비를 줄일 수 있고, 안정적인 가동을 이루도록 하여 운행의 효율을 향상시킬 수 있다.
10: 저장탱크 20: 엔진
21: 연료 공급 라인 50: 열교환기
100: 액화가스 처리 시스템 131: 부스팅 펌프
132: 고압 펌프 135: 제1 회수라인
136; 제1 밸브 140: 제어부
235: 제2 회수라인 236: 제2 밸브
1321: 실린더 1322: 피스톤
1324: 씰링부재 1325: 히팅코일

Claims (6)

  1. 연료가 유출입되는 실린더;
    연료를 가압하도록 상기 실린더 내부를 왕복운동하는 피스톤;
    상기 피스톤과 상기 실린더를 씰하도록, 상기 피스톤의 둘레면에 마련되는 씰링부재; 및
    상기 씰링부재로 열을 공급하는 열원부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템용 고압 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열원부재는,
    상기 피스톤의 구동이 대기 중인 경우 열원 공급을 이루는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템용 고압 펌프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열원부재는,
    히팅코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템용 고압 펌프.
  4. 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 연료 공급 라인;
    상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 부스팅 펌프; 및
    연료가 유출입되는 실린더와, 연료를 가압하도록 상기 실린더 내부를 왕복운동하는 피스톤과, 상기 피스톤과 상기 실린더를 씰하도록, 상기 피스톤의 둘레면에 마련되는 씰링부재와, 상기 씰링부재로 열을 공급하는 열원부재를 포함하는 고압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열원부재는,
    상기 피스톤의 구동이 대기 중인 경우 열원 공급을 이루는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 열원부재는,
    히팅코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
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