KR20160076822A - 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크의 압력을 일정하게 유지될 수 있도록 제어함으로써, 엔진의 연료 유동성을 확보할 수 있으며, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 효율적으로 사용할 수 있어 선박 운항에 소비되는 운항비를 최소화할 수 있는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진과, 연료를 쓰고 남은 증발가스를 처리하는 부분 재액화장치를 갖춘 선박의 증발가스 처리 시스템에 의해 상기 증발가스를 처리하는 방법으로서, 상기 저장탱크의 압력을 측정하는 압력센서로부터 측정된 저장탱크의 압력을 수신하는 단계; 및 상기 수신된 저장탱크의 압력과 미리 설정된 기준압력과의 비교를 통해 상기 기준압력을 유지하도록 상기 부분 재액화장치의 팽창밸브를 조절하여 액화되는 유량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다.

Description

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TREATING BOIL-OFF GAS FOR A SHIP}

본 발명은 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크의 압력을 일정하게 유지될 수 있도록 제어함으로써, 엔진의 연료 유동성을 확보할 수 있으며, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 효율적으로 사용할 수 있어 선박 운항에 소비되는 운항비를 최소화할 수 있는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 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.

천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.

발생된 증발가스는 저장탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에, 증발가스의 발생을 억제할 필요가 있다.

또한, 증발가스는 LNG의 손실이므로 LNG의 수송효율에 있어서 증발가스의 억제 혹은 재액화는 중요한 문제이다.

종래, 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서의 증발가스를 억제 및 처리하기 위해, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 소각해 버리는 방법, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시킨 후 다시 저장탱크로 복귀시키는 방법, 선박의 추진기관에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법, 저장탱크의 내부압력을 높게 유지함으로써 증발가스의 발생을 억제하는 방법 등이 단독으로 혹은 복합적으로 사용되고 있었다.

증발가스 재액화 장치가 탑재된 종래의 선박의 경우, 저장탱크의 적정 압력 유지를 위해 저장탱크 내부의 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시키게 된다. 이때, 배출된 증발가스는 냉동 사이클을 포함하는 재액화 장치에서 초저온으로 냉각된 냉매, 예를 들어 질소냉매, 혼합냉매 등과의 열교환을 통해 재액화된 후 저장탱크로 복귀된다.

종래 DFDE 추진시스템을 탑재한 LNG 운반선의 경우, 재액화 설비를 설치하지 않고 증발가스 압축기와 가열만을 통해 증발가스를 처리한 후 DFDE에 연료로서 공급하여 증발가스를 소비하였기 때문에 엔진의 연료 필요량이 증발가스의 발생량보다 적을 때는 증발가스를 가스연소기(GCU; Gas Combustion Unit)에서 연소시켜 버리거나 대기중으로 버릴(venting) 수밖에 없는 문제가 있었다.

그리고 종래 재액화 설비와 저속 디젤 엔진을 탑재한 LNG 운반선은 재액화 설비를 통해 증발가스를 처리할 수 있음에도 불구하고 질소가스를 이용한 재액화 장치 운전의 복잡성으로 인해 전체 시스템의 제어가 복잡하고 상당한 양의 동력이 소모되는 문제가 있었다.

결국, 저장탱크로부터 자연적으로 발생하는 증발가스를 효율적으로 처리하기 위한 시스템 및 방법에 대한 연구 개발이 지속적으로 이루어질 필요가 있다.

대한민국 공개특허공보 제2014-0052814호(2014.05.07) "선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법"

본 발명의 목적은, 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크의 압력을 일정하게 유지될 수 있도록 제어함으로써, 엔진의 연료 유동성을 확보할 수 있으며, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 효율적으로 사용할 수 있어 선박 운항에 소비되는 운항비를 최소화할 수 있는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진과, 연료를 쓰고 남은 증발가스를 처리하는 부분 재액화장치를 갖춘 선박의 증발가스 처리 시스템에 의해 상기 증발가스를 처리하는 방법으로서, 상기 저장탱크의 압력을 측정하는 압력센서로부터 측정된 저장탱크의 압력을 수신하는 단계; 및 상기 수신된 저장탱크의 압력과 미리 설정된 기준압력과의 비교를 통해 상기 기준압력을 유지하도록 상기 부분 재액화장치의 팽창밸브를 조절하여 액화되는 유량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다.

상기 조절하는 단계는 상기 수신된 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력을 기준으로 일정압력만큼 떨어진 경우 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 연료가스 사용량을 조절할 수 있다.

상기 조절하는 단계는 상기 수신된 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 상기 팽창밸브에 밸브개방제어신호를 제공하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하고, 상기 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 상기 팽창밸브에 밸브폐쇄제어신호를 제공하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 방법은 상기 저장탱크의 압력을 조절하는 단계 이후에, 상기 팽창밸브에 밸브개방제어신호를 출력한 이후 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 방법은 상기 연료가스비율을 조절하는 단계 이후에, 상기 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절한 이후 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 GCU로 증발가스를 내보내도록 상기 GCU에 연결된 밸브를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 방법은 상기 저장탱크의 압력을 조절하는 단계 이후에, 상기 팽창밸브에 밸브폐쇄제어신호를 출력한 이후 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 줄이도록 연료가스비율을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 방법은 상기 연료가스비율을 조절하는 단계 이후에, 상기 연료가스비율을 조절한 후 이후 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 DFDE 엔진을 오일엔진으로 하나씩 전환하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진과, 연료를 쓰고 남은 증발가스를 처리하는 부분 재액화장치를 갖춘 선박의 증발가스 처리 시스템에 의해 상기 증발가스를 처리하는 방법으로서, 상기 저장탱크의 압력을 수신하는 단계; 상기 선박의 동작모드를 설정하는 단계; 및 상기 선박의 동작모드가 일반모드로 설정된 경우 MEGI 엔진에서 요구하는 연료가스공급압력과 상기 압력센서로부터 측정된 저장탱크의 압력과의 비교를 통해 상기 부분 재액화장치의 팽창밸브를 조절하여 액화되는 유량을 조절하고, 상기 선박의 동작모드가 규정가스모드로 설정된 경우 상기 저장탱크의 압력에 따른 증발가스의 양을 이용하여 MEGI 엔진에서 사용하는 증발가스사용량을 계산하고 계산된 증발가스사용량을 기준으로 모자라는 연료를 오일로 보충하도록 제어하고, 상기 선박의 동작모드가 순항모드로 설정된 경우 상기 저장탱크의 압력에 따른 증발가스의 양에 따라 미리 설정된 기준속도내에서 정해진 일정범위만큼 속도를 증가 또는 감소시키도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진과, 연료를 쓰고 남은 증발가스를 처리하는 부분 재액화장치를 갖춘 선박의 증발가스 처리 시스템으로서, 상기 저장탱크의 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서로부터 측정된 압력을 수신하고 수신된 저장탱크의 압력과 미리 설정된 기준압력과의 비교를 통해 상기 기준압력을 유지하도록 상기 부분 재액화장치의 팽창밸브를 조절하여 액화되는 유량을 조절하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.

상기 컨트롤러는 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력을 기준으로 일정압력만큼 떨어진 경우 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 연료가스 사용량을 조절할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 상기 팽창밸브에 밸브개방제어신호를 제공하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하고 상기 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 상기 팽창밸브에 밸브폐쇄제어신호를 제공하여 상기 저장탱크의 압력을 조절할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 팽창밸브에 밸브개방제어신호를 출력한 이후에 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절한 후에 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 GCU로 증발가스를 내보내도록 상기 GCU에 연결된 밸브를 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 팽창밸브에 밸브폐쇄제어신호를 출력한 이후에 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 줄이도록 연료가스비율을 조절할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 연료가스비율을 조절한 후 이후에 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 DFDE 엔진을 오일엔진으로 하나씩 전환하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는엔진과, 연료를 쓰고 남은 증발가스를 처리하는 부분 재액화장치를 갖춘 선박의 증발가스 처리 시스템으로서, 상기 저장탱크의 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 선박의 동작모드가 미리 정의되어 있는 일반모드, 규정가스모드 및 순항모드 중 선택된 어느 하나의 모드로 설정하고, 상기 선박의 동작모드가 일반모드인 경우 MEGI 엔진에서 요구하는 연료가스공급압력과 상기 압력센서로부터 측정된 저장탱크의 압력과의 비교를 통해 상기 부분 재액화장치의 팽창밸브를 조절하여 액화되는 유량을 조절하고, 상기 선박의 동작모드가 규정가스모드인 경우 상기 저장탱크의 압력에 따른 증발가스의 양을 이용하여 MEGI 엔진에서 사용하는 증발가스사용량을 계산하고 계산된 증발가스사용량을 기준으로 모자라는 연료를 오일로 보충하도록 제어하고, 상기 선박의 동작모드가 순항모드인 경우 상기 저장탱크의 압력에 따른 증발가스의 양에 따라 미리 설정된 기준속도내에서 정해진 일정범위만큼 속도를 증가 또는 감소시키도록 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.

상기 부분 재액화장치는 상기 엔진에 공급되지 않은 일부의 증발가스를 액화시키기 위한 열교환기를 포함하고, 상기 열교환기는 상기 엔진에 공급되지 않은 일부의 증발가스를 상기 저장탱크로부터 배출되어 상기 저장탱크내에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기로 이송되고 있는 증발가스와 열교환시켜 액화시킬 수 있다.

상기 저장탱크는 메탄을 주성분으로 하는 액화천연가스를 저장할 수 있다.

상기 저장탱크는 에탄을 주성분으로 하는 액화천연가스를 저장할 수 있다.

본 발명에 의하면, 액화천연가스를 저장하고 있는 저장탱크의 압력을 일정하게 유지될 수 있도록 제어함으로써, 엔진의 연료 유동성을 확보할 수 있으며, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 효율적으로 사용할 수 있어 선박 운항에 소비되는 운항비를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

특히 본 발명에 의하면, 저장탱크의 압력이 기준압력보다 높으면 부분 재액화장치의 팽창밸브를 열어 증발가스를 버리지 않고 연료로 재사용할 수 있고, 저장탱크의 압력이 기준압력보다 낮을 경우 MEGI 엔진에서 필요로 하는 연료 필요량에서 부족한 연료량만큼 오일로 보충할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면, LNG 운반선의 화물(즉, LNG) 운반시 발생되는 모든 증발가스를, 선박 엔진의 연료로서 사용하거나 재액화시켜 다시 저장탱크로 복귀시켜 저장할 수 있기 때문에, GCU 등에서 소모하여 버려지는 증발가스의 양을 감소시킬 수 있게 되고, 질소 등 별도의 냉매를 사용할 필요 없이 증발가스를 재액화하여 처리할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 도시한 개략 구성도, 그리고
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 이용한 증발가스 처리 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.

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 선박을 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 선박(본 명세서에서 선박이란, LNG 운반선, LNG RV 등을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 플랜트까지도 모두 포함하는 개념이다.)에 설치될 수 있으며, 이 경우 천연가스를 연료로 사용하게 되며, 그 부하에 따라 엔진에 대하여 대략 150 ∼ 400 bara(절대압력) 정도의 고압의 가스 공급 압력이 요구된다.

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

또한, 질소산화물 배출량을 저감하기 위해, 디젤유와 천연가스를 혼합하여 연료로서 사용하는 DF 엔진(예컨대 DFDG; Dual Fuel Diesel Generator)이 개발되어, 추진이나 발전용으로 사용되고 있다. DF 엔진은 오일과 천연가스를 혼합연소하거나 오일과 천연가스 중 선택된 하나만을 연료로 사용할 수 있는 엔진으로서, 오일만을 연료로 사용하는 경우보다 연료에 포함된 황화합물이 적어 배기가스 중 황산화물의 함량이 적다.

DF 엔진은 MEGI 엔진과 같은 고압으로 연료가스를 공급할 필요가 없으며, 대략 수 내지 수십 bara 정도로 연료가스를 압축하여 공급하면 된다. DF 엔진은 엔진의 구동력에 의해 발전기를 구동시켜 전력을 얻고, 이 전력을 이용하여 추진용 모터를 구동시키거나 각종 장치나 설비를 운전한다. 이와 같은 DF 엔진을 이용하여 동력을 얻는 추진 또는 발전 시스템을 DFDE (Dual Fuel Diesel Electric) 혹은 DFDE 시스템이라고 한다.

천연가스를 연료로서 공급할 때 MEGI 엔진의 경우에는 메탄가를 맞출 필요가 없지만, DF 엔진의 경우에는 메탄가를 맞출 필요가 있다.

LNG가 가열되면 액화온도가 상대적으로 낮은 메탄 성분이 우선적으로 기화되기 때문에, 증발가스의 경우에는 메탄 함유량이 높아 그대로 DF 엔진에 연료로서 공급될 수 있다. 하지만, LNG의 경우에는, 메탄 함유량이 상대적으로 낮아 DF 엔진에서 요구하는 메탄가보다 낮고, 산지에 따라 LNG를 구성하는 탄화수소 성분(메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등)들의 비율이 다르기 때문에, 그대로 기화시켜 DF 엔진에 연료로서 공급하기에 적절하지 않다.

메탄가를 조절하기 위해서는 액화천연가스를 강제 기화시킨 후, 온도를 낮추어 메탄보다 액화점이 높은 중탄화수소(HHC; heavy hydrocarbon) 성분을 액화시켜 제거할 수 있다. 메탄가를 조절한 후 엔진에서 요구하는 온도 조건에 맞추어 메탄가가 조절된 천연가스를 추가로 가열할 수도 있다.

이와 같이 천연가스를 연료로 사용하는 선박엔진이 개발되어 선박에 장착됨에 따라, 연료로서의 액화천연가스를 저장하기 위한 저장탱크를 선박 내에 설치할 필요가 있다.

극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 마련된 해상 구조물의 예로서는 액화가스 운반선 이외에도 LNG RV (Regasification Vessel)와 같은 선박이나 LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FRU (Floating and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading), FSPP (Floating Storage Power Plant), 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 것이고, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 액화천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 구조물이고, LNG FRU는 저장기능이 생략된 채 별도의 저장탱크와 협력하여 사용되면서 해상에서 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 FSPP는 해상에 부유된 선체에 LNG 저장탱크와 발전설비를 탑재하여 해상에서 전기를 생산하기 위해 사용되는 구조물이고, BMPP는 바지선에 발전설비를 탑재하여 해상에서 전기를 생산하기 위해 사용되는 구조물이다.

본 명세서에서 선박이란, LNG 운반선과 같은 액화가스 운반선, LNG RV 등을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU, LNG FRU, FSPP, BMPP 등의 구조물까지도 모두 포함하는 개념이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템의 개략 구성도가 도시되어 있다.

도 1에는, 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 선박 엔진으로서, 고압 천연가스 분사 엔진, 예컨대 MEGI 엔진을 설치한 LNG 운반선에 본 발명의 선박의 증발가스 처리 시스템이 적용된 예가 도시되어 있지만, 본 발명의 선박의 증발가스 처리 시스템은 액화가스 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박, 즉 LNG 운반선, LNG RV 등을 비롯하여, FSPP, BMPP, LNG FRU, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 플랜트에 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른, 선박의 증발가스 처리 시스템에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장탱크(11)에서 발생되어 배출된 증발가스(NBOG)는, 증발가스 공급라인(L1)을 따라 이송되어 압축부(13)에서 압축된 후 고압 천연가스 분사 엔진, 예컨대 MEGI 엔진(1)에 공급된다. 증발가스는 압축부(13)에 의해 대략 150 내지 400 bara 정도의 고압으로 압축된 후 고압 천연가스 분사 엔진, 예컨대 MEGI 엔진(1)에 연료로서 공급된다.

저장탱크(11)는 LNG 등의 액화가스를 극저온 상태로 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열 방벽을 갖추고 있지만, 외부로부터 전달되는 열을 완벽하게 차단할 수는 없다. 그에 따라 저장탱크(11) 내에서는 액화가스의 증발이 지속적으로 이루어지며, 증발가스의 압력을 적정한 수준으로 유지하기 위해 증발가스 배출라인(L1)을 통하여 저장탱크(11) 내부의 증발가스를 배출시킨다. 여기서 액화가스는 LNG를 주성분으로 하는 액화천연가스, 메탄을 주성분으로 하는 액화천연가스, 또는 에탄을 주성분으로 하는 액화천연가스일 수 있다.

저장탱크(11)의 내부에는 필요시 LNG를 저장탱크(11)의 외부로 배출시키기 위해 배출 펌프(12)가 설치된다.

압축부(13)는, 하나 이상의 압축기(14)와, 압축되면서 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키기 위한 하나 이상의 중간 냉각기(15)를 포함할 수 있다. 압축부(13)는 예를 들어 증발가스를 약 301 bara까지 압축하도록 구성될 수 있다. 도 1에서는 5개의 압축기(14)와 5개의 중간 냉각기(15)를 포함하는 왕복동식 다단 압축의 압축부(13)가 예시되어 있지만, 압축기와 중간 냉각기의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 또한, 하나의 압축부 내에 복수개의 압축기가 배열된 구조 이외에, 복수개의 압축부를 직렬로 연결한 구조를 가지도록 변경될 수도 있다.

압축부(13)에서 압축된 증발가스는 증발가스 공급라인(L1)을 통하여 MEGI 엔진(1)에 공급되는데, MEGI 엔진(1)에서 필요로 하는 연료의 필요량에 따라 압축된 증발가스 전부를 MEGI 엔진(1)에 공급할 수도 있고, 압축된 증발가스 중 일부만을 MEGI 엔진(1)에 공급할 수도 있다. 본 실시예에서는 추진용 엔진으로 MEGI 엔진(1)을 사용하는 것으로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 바칠사의 XDF 엔진을 추진용 엔진으로 사용할 수 있다. 이때 XDF 엔진을 추진용 엔진으로 사용하는 경우 압축부(13)를 거쳐 감압된 증발가스의 압력은 임계이상의 압력일 수 있다. XDF 엔진을 사용하는 경우 재액화시키는 증발가스의 압력은 70~200 bara, 바람직하게는 80~150bara일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 저장탱크(11)로부터 배출되어 압축부(13)에서 압축되는 증발가스(즉, 저장탱크에서 배출된 증발가스 전체)를 제1 스트림이라 할 때, 증발가스의 제1 스트림을 압축 후에 제2 스트림과 제3 스트림으로 나누어, 제2 스트림은 고압 천연가스 분사 엔진에 연료로서 공급하고 제3 스트림은 액화시켜 저장탱크(11)로 복귀시키도록 구성할 수 있다.

이때, 제2 스트림은 증발가스 공급라인(L1)을 통해 MEGI 엔진(1)에 공급되고, 제3 스트림은 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 저장탱크(11)로 복귀된다. 압축된 증발가스의 제3 스트림을 액화시킬 수 있도록 증발가스 복귀라인(L3)에는 열교환기(21)가 설치된다. 열교환기(21)에서는 압축된 증발가스의 제3 스트림을 저장탱크(11)로부터 배출된 후 압축부(13)로 공급되는 증발가스의 제1 스트림과 열교환시킨다.

압축되기 전의 증발가스의 제1 스트림의 유량이 제3 스트림의 유량보다 많기 때문에, 압축된 증발가스의 제3 스트림은 압축되기 전의 증발가스의 제1 스트림으로부터 냉열을 공급받아 액화될 수 있다. 이와 같이 열교환기(21)에서는 저장탱크(11)로부터 배출된 직후의 극저온의 증발가스와 압축부(13)에서 압축된 고압 상태의 증발가스를 열교환시켜 이 고압 상태의 증발가스를 액화시킨다.

열교환기(21)에서 액화된 증발가스(LBOG)는 팽창밸브(22)를 통과하면서 감압되어 기액 혼합상태로 기액분리기(23)에 공급된다. 팽창밸브(22)를 통과하면서 LBOG는 대략 상압으로 감압될 수 있다. 액화된 증발가스는 기액분리기(23)에서 기체와 액체 성분이 분리되어, 액체성분, 즉 LNG는 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 저장탱크(11)로 이송되고, 기체성분, 즉 증발가스는 증발가스 재순환라인(L5)을 통해 저장탱크(11)로부터 배출되어 압축부(13)로 공급되는 증발가스에 합류된다. 더욱 상세하게는, 증발가스 재순환라인(L5)은 기액분리기(23)의 상단으로부터 연장되어 증발가스 공급라인(L1)에서 열교환기(21)보다 상류측에 연결된다.

액체 성분은, 저장탱크(11)에 복귀하도록 구성되는 이외에도, 별도의 탱크(도시생략)에 공급되어 저장되도록 구성될 수 있다. 또한, 기액분리기(23)에서 기체 성분과 액체 성분을 분리하지 않고, 팽창된 증발가스를 기액분리기(23)를 거치지 않고(즉, 기액분리기를 시스템에 포함시키지 않고) 곧바로 저장탱크(11)에 복귀시키도록 시스템이 구성될 수도 있다.

위에서는 설명의 편의상 열교환기(21)가 증발가스 복귀라인(L3)에 설치된 것으로 설명하였으나, 실제로 열교환기(21)에서는 증발가스 공급라인(L1)을 통해 이송되고 있는 증발가스의 제1 스트림과 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 이송되고 있는 증발가스의 제3 스트림 사이에 열교환이 이루어지고 있으므로, 열교환기(21)는 증발가스 공급라인(L1)에 설치된 것이기도 하다.

증발가스 재순환라인(L5)에는 또 다른 팽창밸브(24)가 더 설치될 수 있으며, 그에 따라 기액분리기(23)로부터 배출된 기체 성분은 팽창밸브(24)를 통과하면서 감압될 수 있다. 또한 열교환기(21)에서 액화된 후 기액분리기(23)로 공급되는 증발가스의 제3 스트림과 기액분리기(23)에서 분리되어 증발가스 재순환라인(L5)을 통해 이송되는 기체 성분을 열교환시켜 제3 스트림을 더욱 냉각시킬 수 있도록 증발가스 재순환라인(L5)에는 냉각기(25)가 설치된다. 즉, 냉각기(25)에서는 고압 액체 상태의 증발가스를 저압 극저온 기체 상태의 천연가스로 추가 냉각시킨다.

여기에서, 설명의 편의상 냉각기(25)가 증발가스 재순환라인(L5)에 설치된 것으로 설명하였으나, 실제로 냉각기(25)에서는 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 이송되고 있는 증발가스의 제3 스트림과 증발가스 재순환라인(L5)을 통해 이송되고 있는 기체 성분 사이에 열교환이 이루어지고 있으므로, 냉각기(25)는 증발가스 복귀라인(L3)에 설치된 것이기도 하다.

냉각기(25)는 생략될 수 있으며, 냉각기(25)가 생략될 경우 재액화 효율은 다소 낮아질 수 있지만, 냉각기를 설치하는데 소요되는 비용이 절감되고 시스템 운전과 배관이 단순화됨에 따라 운용 효율은 높아질 수 있다.

한편, 저장탱크(11)에서 발생하는 증발가스의 양이 고압 천연가스 분사 엔진에서 요구하는 연료량보다 많아 잉여의 증발가스가 발생할 것으로 예상되는 경우에는, 압축기(13)에서 압축된 혹은 단계적으로 압축되고 있는 도중의 증발가스를, 증발가스 분기라인(L7, L8)을 통하여 분기시켜 증발가스 소비수단에서 사용한다. 증발가스 소비수단으로서는 MEGI 엔진(1)에 비해 상대적으로 낮은 압력의 천연가스를 연료로서 사용할 수 있는 GCU(7), DFDG, 가스 터빈 등이 사용될 수 있다.

저장탱크(11)에서 배출되는 증발가스의 양이 DFDE에서 필요로 하는 연료의 양보다 적을 경우, LNG를 배출 펌프(12)에 의해 배출시킨 후 강제기화기(31)에서 기화시켜 압축기(13)에 공급할 수 있도록 강제기화 라인(L11)을 구비한다.

강제기화기(31)가 설치되어 있는 강제기화 라인(L11)을 구비하면, 밸러스트 조건에서 저장탱크에 저장되어 있는 LNG의 양이 적어 증발가스의 발생량이 적거나, 엔진에서 요구하는 연료로서의 증발가스의 양이 자연적으로 발생하는 증발가스의 양보다 많은 경우에도 안정적으로 연료를 공급할 수 있게 된다.

강제로 기화된 증발가스는 증발가스 공급라인(L1)을 통해 압축기(13)에 공급될 수 있다.

상술된 구성을 갖는 선박의 증발가스 처리 시스템은 저장탱크(11)의 압력을 측정하는 압력센서(2)와, 압력센서(2)로부터 측정된 저장탱크의 압력을 수신하여 미리 설정된 기준압력(예를 들면 연료가스공급압력)과 비교하여 기준압력을 유지할 수 있도록 부분 재액화장치의 팽창밸브(22)를 조절하여 액화되는 유량을 조절하는 컨트롤러(미도시)를 포함한다. 컨트롤러는 통합자동화시스템(IAS: Intergrated Automation System)에 구비될 수 있다.

선박의 증발가스 처리 시스템에 구비된 컨트롤러는 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰 경우 저장탱크의 압력과 기준압력간의 차이압력에 따른 개도정도에 해당하는 밸브개방제어신호를 생성하여 생성된 밸브개방제어신호를 팽창밸브(22)에 제공하여 액화시키는 유량을 조절하고, 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 저장탱크의 압력과 기준압력간의 차이압력에 따른 개도정도에 해당하는 밸브폐쇄제어신호를 생성하여 생성된 밸브폐쇄제어신호를 팽창밸브(22)에 제공하여 액화시키는 유량을 조절하여 저장탱크의 압력을 제어할 수 있다.

나아가, 컨트롤러는 저장탱크의 압력이 기준압력보다 커서 팽창밸브(22)에 밸브개방제어신호를 제공한 이후에 저장탱크의 압력이 기준압력으로 유지되고 있지 않고 기준압력보다 큰 경우 MEGI 엔진(1)에서 사용하는 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절하고, 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절했음에도 불구하고 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰 경우 증발가스를 가스연소기(GCU; Gas Combustion Unit)(7)에 공급되도록 증발가스 분기라인(L7)에 설치된 밸브에 개방제어신호를 제공한다. 이때 가스연소기(7)는 증발가스를 연소시켜 버린다.

컨트롤러는 이와 같이 가스연소기를 통해 증발가스를 연소시켜 버림에도 불구하고 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰 경우 대기중으로 증발가스를 방출시키도록 벤트와 연결된 밸브를 개방시키도록 제어한다.

한편, 컨트롤러는 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작아서 팽창밸브(22)를 닫아 액화시키는 유량을 조절하였음에도 불구하고 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 MEGI 엔진(1)에서 사용하는 연료가스량을 줄이도록 연료가스비율을 조절하고 연료가스량을 줄이도록 연료가스비율을 조절했음에도 불구하고 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 잉여의 증발가스를 사용하는 DFDE 엔진을 오일엔진으로 하나씩 전환시키도록 제어한다. 이때 컨트롤러는 DFDE 엔진과 오일 탱크(9)를 연결하는 연결라인에 설치된 밸브를 열어서 오일 탱크(9)의 오일이 공급되도록 한다.

이상에서는 선박의 동작모드가 일반모드인 경우 저장탱크의 압력과 기준압력과의 비교를 통하여 저장탱크의 압력이 기준압력으로 유지될 수 있도록 선박의 증발가스 처리 시스템에 구비된 장비들을 제어하는 컨트롤러를 설명하였지만, 이하에서는 선박의 동작모드가 규정가스모드인 경우를 설명하기로 한다.

선박의 동작모드가 규정가스모드로 선택된 경우 컨트롤러는 저장탱크의 압력에 따른 증발가스 양을 이용하여 계산된 MEGI 엔진에서 사용하는 연료가스사용량을 아래의 수학식 1을 통하여 계산된다.

여기서 BOG-A는 저장탱크(11)에서 배출되는 증발가스의 양이고, MEGI 엔진대수는 증발가스를 연료로 사용하는 MEGI 엔진의 대수이고, MCR은 엔진에서 최대사용되는 가스량이다.

컨트롤러는 상술된 수학식1에 의해 계산된 연료가스사용량에 따라 저장탱크(11)에서 배출되는 증발가스가 MEGI 엔진(1)에 공급되도록 하고 나머지 부족한 연료를 오일 탱크(9)에서 공급되도록 제어한다.

또한 선박의 동작모드가 순항모드로 선택된 경우 컨트롤러는 저장탱크(11)에서 발생된 증발가스의 양에 따라 일정 범위내에서 속도가 증가 또는 감소하도록 선박의 속도를 제어한다. 선박마다 속도를 다르게 규정될 수도 있으나 기준속도에서 +-5%만 변화하도록 선박의 속도 또는 엔진의 속도를 제어할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 이용한 증발가스 처리 방법을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참조하면 증발가스 처리 시스템에 구비된 컨트롤러는 저장탱크(11)의 압력을 측정하기 위하여 설치된 압력센서(2)로부터 측정된 저장탱크의 압력을 수신한다(S11).

컨트롤러는 선박의 동작모드를 선택받는다(S13). 이때 선박의 동작모드는 일반모드, 규정가스모드, 또는 순항모드일 수 있다.

이후 컨트롤러는 상술된 S13 단계를 통해 선택받은 선박의 동작모드가 일반모드/규정가스모드/순항모드인지 여부를 판단한다(S15).

상기 S15 단계의 판단결과 선택받은 선박의 동작모드가 일반모드인 경우 컨트롤러는 상술된 S11 단계에서 수신된 저장탱크의 압력이 미리 설정된 기준압력보다 큰지 여부를 판단한다(S17). 상기 S17 단계는 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰지 여부를 판단하는 것으로 설명하고 있으나 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰지, 아니면 작은지 아니면 일치하는지를 판단할 수 있다. 여기에서는 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰 경우 또는 작은 경우를 설명하지만 일치하는 경우는 일치한 조건의 상태를 유지하도록 한다.

상기 S17 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰 경우 컨트롤러는 저장탱크의 압력과 기준압력간의 차이압력에 따라 결정된 개도정도에 해당하는 밸브개방제어신호를 부분 재액화장치(PRS : Partial reliquefaction system, 이하 'PRS'라 한다)에 구비된 팽창밸브(22)에 제공한다(S19). 이때 팽창밸브(22)를 통과하면서 감압되어 기액 혼합상태로 된 나머지 증발가스 중 액체성분은 저장탱크(11)에 복귀된다. 이와 같이 밸브개방제어신호에 따라 팽창밸브(22)를 열어 액화시키는 유량을 증가시킨다.

이후 컨트롤러는 팽창밸브(22)를 열어 액화시키는 유량을 증가시키도록 조절한 후에 저장탱크의 압력이 일정하게 유지되는지를 체크한다. 즉 컨트롤러는 저장탱크(11)의 압력을 측정하는 압력센서(2)로부터 측정된 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰지 여부를 판단한다(S21).

상기 S21 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 컨트롤러는 저장탱크의 압력과 기준압력간의 차이압력에 따라 결정된 개도정도에 해당하는 밸브폐쇄제어신호를 부분 재액화장치에 구비된 팽창밸브(22)에 제공한다(S18). 컨트롤러는 밸브폐쇄제어신호에 따라 팽창밸브(22)를 닫아 액화시키는 유량을 감소시키도록 조절할 수 있다.

상기 S21 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력과 일치하거나 미리 설정된 오차범위내에 있는 경우 컨트롤러는 상술된 S19 단계의 개도정도를 유지할 수 있도록 팽창밸브(22)를 제어한다.

상기 S21 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰 경우 컨트롤러는 MEGI 엔진(1)에서 사용하는 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절한다(S23).

컨트롤러는 상술된 S23 단계에서 연료가스비율을 조절한 후에 저장탱크(11)의 압력이 일정하게 유지되는지를 체크한다. 즉 컨트롤러는 저장탱크(11)의 압력을 측정하는 압력센서(2)로부터 측정된 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰지 여부를 판단한다(S25).

상기 S25 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 컨트롤러는 상술된 S18 단계로 프로세스를 이동하여 팽창밸브(22)를 닫아 액화시키는 유량을 감소시키도록 제어한다.

상기 S25 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰 경우 컨트롤러는 증발가스를 가스 연소기(7)로 보내지도록 압축부(13)와 가스 연소기(7)를 연결하는 증발가스 분기라인(L7)에 설치된 밸브를 개방시키기위한 개방제어신호를 제공한다. 이에 따라 가스 연소기(7)에서는 증발가스 분기라인(L7)으로 이송되는 증발가스를 연소시켜 태운다.

이와 같이 가스 연소기(7)를 통하여 증발가스를 태웠음에도 불구하고 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰 경우 컨트롤러는 증발가스를 대기중으로 방출시키도록 증발가스 공급라인에서 벤트로 연결된 연결라인에 설치된 밸브를 개방시키도록 개방제어신호를 제공한다.

이렇게 함으로써 저장탱크(11)의 압력이 기준압력보다 큰 경우, 즉 저장탱크(11)에서 발생된 증발가스의 양이 기준증발가스양보다 많은 경우 증발가스를 선박의 증발가스 처리 시스템에 구비된 장비들에 적절히 분산하여 공급되도록 하고 그럼에도 불구하고 저장탱크(11)의 압력이 기준압력보다 크면 가스 연소기로 보내어 태우거나 대기중으로 방출시킴에 따라 저장탱크(11)의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다.

이하에서는 저장탱크(11)의 압력이 기준압력보다 작은 경우, 즉 저장탱크(11)에서 발생된 증발가스의 양이 기준증발가스양보다 적은 경우를 설명하기로 한다.

상기 S17 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 컨트롤러는 저장탱크의 압력과 기준압력간의 차이압력에 따라 결정된 개도정도에 해당하는 밸브폐쇄제어신호를 부분 재액화장치(PRS : Partial reliquefaction system, 이하 'PRS'라 한다)에 구비된 팽창밸브(22)에 제공한다(S18). 이때 팽창밸브(22)를 통과하면서 감압되어 기액 혼합상태로 된 나머지 증발가스 중 액체성분은 저장탱크(11)에 복귀된다. 이와 같이 밸브폐쇄제어신호에 따라 팽창밸브(22)를 닫아 액화시키는 유량을 감소시킨다.

이후 컨트롤러는 팽창밸브(22)를 닫아 액화시키는 유량을 감소시키도록 조절한 후에 저장탱크의 압력이 일정하게 유지되는지를 체크한다. 즉 컨트롤러는 저장탱크(11)의 압력을 측정하는 압력센서(2)로부터 측정된 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은지 여부를 판단한다(S20).

상기 S20 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰 경우 컨트롤러는 상술된 S19 단계로 프로세스를 이동하여 팽창밸브(22)를 열어 액화시키는 유량을 증가시키도록 제어한다.

상기 S21 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력과 일치하거나 미리 설정된 오차범위내에 있는 경우 컨트롤러는 상술된 S18 단계의 개도정도를 유지할 수 있도록 팽창밸브(22)를 제어한다.

상기 S21 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 컨트롤러는 MEGI 엔진(1)에서 사용하는 연료가스량을 감소시키도록 연료가스비율을 조절한다(S22).

컨트롤러는 상술된 S22 단계에서 연료가스비율을 조절한 후에 저장탱크(11)의 압력이 일정하게 유지되는지를 체크한다. 즉 컨트롤러는 저장탱크(11)의 압력을 측정하는 압력센서(2)로부터 측정된 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은지 여부를 판단한다(S24).

상기 S24 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력보다 큰 경우 컨트롤러는 상술된 S19 단계로 프로세스를 이동하여 팽창밸브(22)를 닫아 액화시키는 유량을 감소시키도록 제어한다.

상기 S24 단계의 판단결과 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 컨트롤러는 DFDE 엔진(8)을 오일 엔진으로 하나씩 전환되도록 제어한다(S26). 즉, 컨트롤러는 저장탱크의 압력을 모니터링하여 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 증발가스의 부족으로 DFDE 엔진(8)에서 사용하는 연료를 오일탱크(9)에서 공급되는 오일을 공급받을 수 있도록 DFDE 엔진(8)과 오일 탱크(9) 사이를 연결하는 연결라인에 설치된 밸브를 개방시켜 DFDE 엔진(8)에서 요구하는 오일요구량이 공급되도록 한다. 그럼에도 불구하고 컨트롤러는 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작으면 모든 엔진을 연료 오일로 전환하도록 DFDE엔진(8)에 연료공급과 관련된 지시신호를 제공한다.

이렇게 함으로써 저장탱크(11)의 압력이 기준압력보다 작은 경우, 즉 저장탱크(11)에서 발생된 증발가스의 양이 기준증발가스양보다 작은 경우 우선적으로 MEGI 엔진에서 사용하는 연료가스량을 조절하고 그럼에도 불구하고 저장탱크의 압력이 기준압력보다 낮으면 DFDE 엔진(8)을 오일엔진으로 하나씩 전환하다가 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작으면 모든 엔진을 연료오일로 전환되도록 하여 저장탱크의 압력을 제어할 수 있다.

도 3을 참조하면 상기 S15 단계의 판단결과 선택받은 선박의 동작모드가 규정가스모드인 경우 컨트롤러는 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작아 저장탱크의 압력과 기준압력간의 차이압력에 따라 결정된 밸브폐쇄신호를 부분 재액화장치의 팽창밸브(22)에 제공하여 액화시키는 유량을 감소시킨다(S51).

이후 컨트롤러는 팽창밸브(22)가 잠겼는지 여부를 판단한다(S53). 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작아 액화시키는 유량이 최소화된 경우 팽창밸브(22)가 완전히 잠기게 된다.

상기 S53 단계의 판단결과 팽창밸브(22)가 잠기지 않은 경우 컨트롤러는 상술된 S51 단계로 프로세스를 이동하여 저장탱크의 압력이 유지될 수 있도록 액화시키는 유량을 조절한다.

상기 S53 단계의 판단결과 팽창밸브(22)가 잠긴 경우 컨트롤러는 저장탱크의 압력에 따른 증발가스 양을 이용하여 MEGI 엔진(1)에서 사용하는 증발가스사용량을 상술된 수학식1을 통해 계산한다(S55).

이후 컨트롤러는 계산된 증발가스사용량을 기준으로 MEGI 엔진(1)에서 모자라는 연료를 오일 탱크(9)에서 공급되는 오일로 보충받도록 제어한다(S53). 즉 컨트롤러는 MEGI 엔진(1)에서 필요로하는 연료필요량에서 증발가스를 연료로 사용하는 증발가스사용량을 차감한 나머지 연료부족량을 오일 탱크(9)에서 공급받아 보충받는다.

도 4를 참조하면 상기 S15 단계의 판단결과 선택받은 선박의 동작모드가 순항모드인 경우 컨트롤러는 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양을 미도시된 유량계 등에 의해 측정되고 측정된 증발가스의 양을 수신한다(S71).

컨트롤러는 수신된 증발가스의 양에 따라 선박의 속도를 조절한다(S73). 이따 선박의 속도는 선박마다 다르게 규정될 수 있으며 선박의 기준속도에서 증발가스의 양에 따라 +5% 또는 -5%만 변화되도록 선박의 속도 또는 엔진의 속도를 조절할 수 있다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

1 : MEGI 엔진 2 : 압력센서
7 : 가스 연소기 8: DFDE 엔진
9 : 오일 탱크 11: 저장탱크
12: 배출펌프 13: 압축부
21: 열교환기 22: 팽창밸브
23: 기액분리기 31: 강제기화기
L1: 증발가스 공급라인 L3: 증발가스 복귀라인
L5: 증발가스 재순환라인 L7, L8: 증발가스 분기라인
L11: 강제기화 라인

Claims (19)

1. 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진과, 연료를 쓰고 남은 증발가스를 처리하는 부분 재액화장치를 갖춘 선박의 증발가스 처리 시스템에 의해 상기 증발가스를 처리하는 방법으로서,
   상기 저장탱크의 압력을 측정하는 압력센서로부터 측정된 저장탱크의 압력을 수신하는 단계; 및
   상기 수신된 저장탱크의 압력과 미리 설정된 기준압력과의 비교를 통해 상기 기준압력을 유지하도록 상기 부분 재액화장치의 팽창밸브를 조절하여 액화되는 유량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 조절하는 단계는
   상기 수신된 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력을 기준으로 일정압력만큼 떨어진 경우 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 연료가스 사용량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 조절하는 단계는
   상기 수신된 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 상기 팽창밸브에 밸브개방제어신호를 제공하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하고, 상기 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 상기 팽창밸브에 밸브폐쇄제어신호를 제공하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 저장탱크의 압력을 조절하는 단계 이후에,
   상기 팽창밸브에 밸브개방제어신호를 출력한 이후 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 연료가스비율을 조절하는 단계 이후에,
   상기 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절한 이후 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 GCU로 증발가스를 내보내도록 상기 GCU에 연결된 밸브를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 저장탱크의 압력을 조절하는 단계 이후에,
   상기 팽창밸브에 밸브폐쇄제어신호를 출력한 이후 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 줄이도록 연료가스비율을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 연료가스비율을 조절하는 단계 이후에,
   상기 연료가스비율을 조절한 후 이후 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 DFDE 엔진을 오일엔진으로 하나씩 전환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
8. 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진과, 연료를 쓰고 남은 증발가스를 처리하는 부분 재액화장치를 갖춘 선박의 증발가스 처리 시스템에 의해 상기 증발가스를 처리하는 방법으로서,
   상기 저장탱크의 압력을 수신하는 단계;
   상기 선박의 동작모드를 설정하는 단계; 및
   상기 선박의 동작모드가 일반모드로 설정된 경우 MEGI 엔진에서 요구하는 연료가스공급압력과 상기 압력센서로부터 측정된 저장탱크의 압력과의 비교를 통해 상기 부분 재액화장치의 팽창밸브를 조절하여 액화되는 유량을 조절하고, 상기 선박의 동작모드가 규정가스모드로 설정된 경우 상기 저장탱크의 압력에 따른 증발가스의 양을 이용하여 MEGI 엔진에서 사용하는 증발가스사용량을 계산하고 계산된 증발가스사용량을 기준으로 모자라는 연료를 오일로 보충하도록 제어하고, 상기 선박의 동작모드가 순항모드로 설정된 경우 상기 저장탱크의 압력에 따른 증발가스의 양에 따라 미리 설정된 기준속도내에서 정해진 일정범위만큼 속도를 증가 또는 감소시키도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
9. 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진과, 연료를 쓰고 남은 증발가스를 처리하는 부분 재액화장치를 갖춘 선박의 증발가스 처리 시스템으로서,
   상기 저장탱크의 압력을 측정하는 압력센서; 및
   상기 압력센서로부터 측정된 압력을 수신하고 수신된 저장탱크의 압력과 미리 설정된 기준압력과의 비교를 통해 상기 기준압력을 유지하도록 상기 부분 재액화장치의 팽창밸브를 조절하여 액화되는 유량을 조절하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력을 기준으로 일정압력만큼 떨어진 경우 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 연료가스 사용량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 상기 팽창밸브에 밸브개방제어신호를 제공하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하고 상기 저장탱크의 압력이 기준압력보다 작은 경우 상기 팽창밸브에 밸브폐쇄제어신호를 제공하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 팽창밸브에 밸브개방제어신호를 출력한 이후에 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 증가시키도록 연료가스비율을 조절한 후에 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 큰 경우 GCU로 증발가스를 내보내도록 상기 GCU에 연결된 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
14. 청구항 11에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 팽창밸브에 밸브폐쇄제어신호를 출력한 이후에 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 MEGI 엔진에서 소모되는 연료가스량을 줄이도록 연료가스비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
15. 청구항 11에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 연료가스비율을 조절한 후 이후에 상기 압력센서를 통하여 측정된 상기 저장탱크의 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 DFDE 엔진을 오일엔진으로 하나씩 전환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
16. 액화가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진과, 연료를 쓰고 남은 증발가스를 처리하는 부분 재액화장치를 갖춘 선박의 증발가스 처리 시스템으로서,
    상기 저장탱크의 압력을 측정하는 압력센서; 및
    상기 선박의 동작모드가 미리 정의되어 있는 일반모드, 규정가스모드 및 순항모드 중 선택된 어느 하나의 모드로 설정하고, 상기 선박의 동작모드가 일반모드인 경우 MEGI 엔진에서 요구하는 연료가스공급압력과 상기 압력센서로부터 측정된 저장탱크의 압력과의 비교를 통해 상기 부분 재액화장치의 팽창밸브를 조절하여 액화되는 유량을 조절하고, 상기 선박의 동작모드가 규정가스모드인 경우 상기 저장탱크의 압력에 따른 증발가스의 양을 이용하여 MEGI 엔진에서 사용하는 증발가스사용량을 계산하고 계산된 증발가스사용량을 기준으로 모자라는 연료를 오일로 보충하도록 제어하고, 상기 선박의 동작모드가 순항모드인 경우 상기 저장탱크의 압력에 따른 증발가스의 양에 따라 미리 설정된 기준속도내에서 정해진 일정범위만큼 속도를 증가 또는 감소시키도록 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
17. 청구항 9 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 부분 재액화장치는
    상기 엔진에 공급되지 않은 일부의 증발가스를 액화시키기 위한 열교환기를 포함하고,
    상기 열교환기는 상기 엔진에 공급되지 않은 일부의 증발가스를 상기 저장탱크로부터 배출되어 상기 저장탱크내에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기로 이송되고 있는 증발가스와 열교환시켜 액화시키는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
18. 청구항 9 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 저장탱크는 메탄을 주성분으로 하는 액화천연가스를 저장하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
19. 청구항 9 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 저장탱크는 에탄을 주성분으로 하는 액화천연가스를 저장하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.

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