KR20160087327A - 선박 및 연료가스 공급방법 - Google Patents

선박 및 연료가스 공급방법 Download PDF

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Abstract

선박 및 연료가스 공급방법을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박은 제1액화가스와 제1액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 제2액화가스와 제2액화가스의 증발가스를 저장하는 예비탱크; 저장탱크에 불활성 가스를 공급하여 이너팅(inerting)을 수행하는 불활성 가스장치; 및 예비탱크로부터 공급받은 제2액화가스를 저장탱크 내벽에 분사하여 쿨링시키는 쿨링장치;를 포함한다.

Description

선박 및 연료가스 공급방법{SHIP, AND METHOD FOR SUPPLY OF FUEL GAS}
본 발명은 선박 및 연료가스 공급방법에 관한 것이다.
셰일가스(Shale Gas) 및 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 ‘LNG’라 함) 등으로부터 추출된 에탄(Ethane)은 석유화학제품의 원료로 사용되며, 최근에는 그 경제성이 부각되고 있다. 1기압에서 에탄은 대략 ―88.6℃, LNG의 주요 구성 성분인 메탄은 대략 ―161.5℃의 끊는점을 갖는다. 이러한 에탄과 LNG는 액화된 상태로 선박에 의해 수송될 수 있다.
선박은 저장탱크로부터 공급받은 LNG 증발가스(BOG, Boil-Off Gas) 또는 LNG의 압력, 온도, 상태 등을 변환하여 엔진으로 공급하는 연료가스 공급시스템을 구비할 수 있다. 여기서, 선박은 둘 이상의 이종연료를 연료로서 사용하는 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진과 같은 저압가스 분사엔진과 ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압가스 분사엔진 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 한국공개특허 제10-2008-0103500호(2008. 11. 27. 공개)는 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진으로 연료를 공급할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제시한 바 있다. 이 시스템은 LNG 연료탱크로부터 LNG를 빼내어 고압으로 압축한 후 이를 기화시켜서 고압가스 분사엔진으로 공급한다.
한편, 종래에는 저장탱크에 액화가스를 선적하기 이전에 화재나 폭발 가능성을 없애기 위해 불활성 가스를 액화가스 저장탱크의 내부에 공급하여 산소를 제거한다. 그리고, 쿨링장치를 이용하여 저장탱크 내벽을 쿨링시키는 과정을 수행한다. 예컨대, 한국공개특허 제10-2010-0110500호(2010.10.13. 공개)는 질소를 이용하여 저장탱크를 불활성화한 후, 쿨링 작업을 수행하는 기술을 공개한 바 있다.
쿨링 작업이 이루어진 후에는, 저장탱크에 액화가스를 채우고, 저장탱크에 저장된 액화가스를 엔진 연료로 사용하게 된다. 저장탱크에 저장된 액화가스를 소진한 이후에는 다시 저장탱크에 동일한 종류의 액화가스를 다시 채우게 된다.
그러나, 복수의 저장탱크 중 일부 저장탱크에 엔진 연료로 소진한 액화가스와 다른 이종의 액화가스를 화물로 선적할 필요성이 있는 경우, 이종의 액화가스를 이용하여 해당 저장탱크에 대해 쿨링 작업을 수행하여야 한다. 이때, 저장탱크의 크기를 고려할 때 선박 정박 후 쿨링 작업에 상당한 시간이 소요되므로, 화물 선적 및 선박 운항에 지장을 줄 수 있다.
또, 종래의 연료가스 공급시스템은 복수의 저장탱크에 저장된 액화가스와 액화가스 증발가스가 엔진 연료로 사용되는 구조이다. 따라서, 일부 저장탱크가 이종 액화가스 저장을 위한 화물 선적용으로 전환된 상태에서, 나머지 저장탱크에 저장된 액화가스에 의해 엔진 연료 가스 공급이 지속적으로 이루어지도록 하는 데에 기술적으로 어려운 측면이 있다.
한국공개특허 제10-2008-0103500호(2008. 11. 27. 공개) 한국공개특허 제10-2010-0110500호(2010. 10. 13. 공개)
본 발명의 실시 예는 이종의 액화가스가 선적될 저장탱크의 액화가스를 엔진 연료로 우선적으로 소진시키고, 나머지 저장탱크는 액화가스 증발가스만 엔진 연료로 소진시킴으로써, 해당 저장탱크에 이종의 액화가스가 선적된 이후에도 나머지 저장탱크에 저장된 액화가스 및 액화가스 증발가스를 통해 엔진 연료 공급이 지속적으로 이루어지도록 하여, 화물 선적 및 선박 운항의 효율성을 높이는 선박 및 연료가스 공급방법을 제공하고자 한다.
또, 선박 운항 중에 이종의 액화가스가 선적될 저장탱크에 대해 미리 불활성화 작업 및 쿨링 작업을 수행하여, 화물 선적 작업의 효율성을 높이는 선박 및 연료가스 공급방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1액화가스와 상기 제1액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 제2액화가스와 상기 제2액화가스의 증발가스를 저장하는 예비탱크; 상기 저장탱크에 불활성 가스를 공급하여 이너팅(inerting)을 수행하는 불활성 가스장치; 및 상기 예비탱크로부터 공급받은 제2액화가스를 상기 저장탱크 내벽에 분사하여 쿨링시키는 쿨링장치;를 포함하는 선박이 제공될 수 있다.
상기 예비탱크는 압력식 탱크이고, 상기 예비탱크는 데크 상에 설치될 수 있다.
상기 제1액화가스는 액화에탄이고, 상기 제2액화가스는 액화에틸렌, 액화석유가스, 액화프로판, 및 액화부탄 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1액화가스와 상기 제2액화가스는 종류가 상이할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1저장탱크의 제1액화가스와 상기 제1액화가스 증발가스 및 제2저장탱크의 제1액화가스 증발가스를 엔진으로 공급하는 단계; 상기 제1저장탱크의 제1액화가스가 소진되면, 상기 제1저장탱크에 불활성 가스를 공급하여 이너팅(inerting)하고, 상기 제2저장탱크의 제1액화가스를 상기 엔진으로 공급하는 단계; 및 상기 이너팅 단계 이후, 선박 데크 상에 설치된 예비탱크로부터 공급받은 제2액화가스를 상기 제1저장탱크 내벽에 분사하여 상기 제1저장탱크를 쿨링시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1저장탱크에 존재하는 불활성 가스 및 상기 분사된 제2액화가스의 증발가스를 소각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 예비탱크에 저장된 제2액화가스는 상기 제1저장탱크에 선적될 액화가스와 동일한 종류일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 선박 및 연료가스 공급방법은 이종의 액화가스가 선적될 저장탱크의 액화가스를 엔진 연료로 우선적으로 소진시키고, 나머지 저장탱크는 액화가스 증발가스만 엔진 연료로 소진시킴으로써, 해당 저장탱크에 이종의 액화가스가 선적된 이후에도 나머지 저장탱크에 저장된 액화가스 및 액화가스 증발가스를 통해 엔진 연료 공급이 지속적으로 이루어지도록 하여, 화물 선적 및 선박 운항의 효율성을 높일 수 있다.
또, 선박 운항 중에 이종의 액화가스가 선적될 저장탱크에 대해 미리 불활성화 작업 및 쿨링 작업을 수행하여, 화물 선적 작업의 효율성을 높일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료가스 공급시스템을 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 연료가스 공급시스템에서 제1저장탱크에 대해 불활성화 및 쿨링 작업을 수행하는 구성을 더 포함시킨 형태를 나타낸다.
도 3은 도 1과 도 2에 도시된 연료가스 공급시스템을 이용한 연료가스 공급방법의 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연료가스 공급시스템은 제1저장탱크(110), 제2저장탱크(120), 예비탱크(130), 불활성 가스장치(140), 쿨링장치(150) 및 제어부(160)를 포함한다. 여기서, 도 2는 이해를 돕기 위해 제1저장탱크(110)에 대해 불활성화 및 쿨링 작업을 수행하는 구성을 따로 도시한 것이다.
이러한 연료가스 공급시스템은 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다. 이하에서 설명될 제1액화가스는 액화에탄, 제2액화가스는 액화에틸렌, 액화석유가스, 액화프로판, 및 액화부탄 중 어느 하나일 수 있다. 그러나 이에 한정되지는 않으며 예컨대 제1액화가스는 액화천연가스, 제2액화가스는 액화에탄일 수 있다.
제1저장탱크(110)와 제2저장탱크(120)는 제1액화가스 및 제1액화가스의 증발가스를 저장하며, 내부 펌프(P1,P2)에 의해 제1액화가스를 내보낼 수 있다. 제1저장탱크(110)와 제2저장탱크(120)는 예컨대 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크를 포함할 수 있다. 제1저장탱크(110)와 제2저장탱크(120)에 저장된 제1액화가스 및 제1액화가스 증발가스는 엔진(190)의 연료로 사용될 수 있다. 엔진(190)은 저압, 중압 또는 고압가스 분사엔진을 포함할 수 있다. 저압가스 분사엔진은 대략 5 내지 7bar 정도의 연료가스를 이용하는 것으로 DFDE 엔진과 같은 발전용 엔진을 포함한다. 저압가스 분사엔진은 천연가스뿐 아니라 중유(HFO, Heavy Fuel Oil) 등을 연료로 이용할 수 있는 이중연료엔진일 수 있다. 중압가스 분사엔진은 대략 16 내지 45bar 정도의 연료가스를 이용한다. 고압가스 분사엔진은 대략 150 내지 300bar 정도의 연료가스를 이용하는 것으로 ME-GI 엔진을 포함한다.
여기서 도 1에 도시한 바와 같이, 처리부(180)는 유체의 압력, 온도, 상태 중 하나 이상을 엔진(190)의 연료가스 공급조건에 맞게 조절하는 장치들을 포함할 수 있다. 유체는 액화가스 및 액화가스 증발가스 중 하나 이상을 포함한다. 예컨대, 엔진(190)이 DFDE 엔진과 같은 저압가스 분사엔진일 경우, 처리부(180) 유체를 기화시키는 기화기, 기화기를 거친 유체를 저압가스 분사엔진의 연료가스 공급압력으로 감압시키는 감압밸브, 감압밸브를 거친 유체를 저압가스 분사엔진의 요구 온도에 맞게 온도를 보정하는 히터 등의 장치들을 포함할 수 있다. 엔진(190)이 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진일 경우, 처리부(180)는 고압가스 분사엔진의 연료가스 공급압력에 따라 유체를 가압 송출하는 고압펌프와, 가압된 유체를 기화시키는 고압기화기 등과 같은 장치들을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 예비탱크(130)는 제1액화가스와 다른 종류의 제2액화가스 및 제2액화가스의 증발가스를 저장한다. 예비탱크(130)에 저장된 제2액화가스는 제1저장탱크(110)에 선적될 액화가스 화물과 동일한 종류이다. 이와 같이 제1저장탱크(110)에 선적될 액화가스(즉 제2액화가스)를 예비탱크(130)에 미리 저장시켜 두어, 선박 운항 중에 제1액화가스를 소진한 제1저장탱크(110)에 대해 제2액화가스를 사용하여 미리 쿨링 작업을 수행할 수 있다. 통상적으로 제1저장탱크(110)는 상당히 규모가 크기 때문에, 불활성화 작업 및 쿨링 작업을 수행하는 데에 많은 시간이 소요될 수 있다. 이러한 작업을 선박 정박 후 수행할 경우, 예컨대 선박 운항 및 공급처에 화물을 일정에 따라 공급하는 데에 차질을 줄 수 있다. 따라서, 예비탱크(130)를 마련하여 선박 운항 중에 제1저장탱크(110)에 선적될 제2액화가스로 쿨링 작업까지 모두 완료할 수 있어 효율적인 화물 선적 작업 등이 이루어질 수 있게 된다.
예비탱크(130)에 저장된 제2액화가스는 후술할 불활성 가스장치(140)에 의해 불활성 가스가 제1저장탱크(110)에 주입되어 이너팅(inerting)을 수행한 이후, 펌프(132)에 의해 공급라인(L6)을 통해 제1저장탱크(110)의 쿨링장치(150)로 보내질 수 있다.
예비탱크(130)는 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 압력식 C타입 탱크일 수 있으며, 이외에도 다양한 종류의 압력식 탱크로 구현될 수 있다. 예비탱크(130)가 압력식 탱크로 제작된 경우, 제2액화가스 증발가스 처리를 수행하지 않고도 상당 시간 동안 제2액화가스 증발가스를 홀딩할 수 있다.
제1 및 제2저장탱크(110, 120)는 화물을 선적하기 위하여 큰 사이즈의 단열된 멤브레인 형태로 제작되어 선박 내부에 배치될 수 있다. 반면, 쿨링 작업용 화물이 선적되는 예비탱크(130)는 제1 및 제2저장탱크(110, 120)에 비해 사이즈가 매우 작아 선박 데크 상에 배치될 수 있다. 예비탱크(130)가 제1 및 제2저장탱크(110, 120)가 배치되는 선박의 내부 공간을 차지하지 않으므로, 제1 및 제2저장탱크(110, 120)를 대용량의 액화가스를 수용하도록 설계하여 선박 내부에 용이하게 설치할 수 있다.
불활성 가스장치(140)는 공급라인(L7)을 통해 제1저장탱크(110)로 불활성 가스를 주입시켜 이너팅(inerting)을 수행한다. 예컨대, 불활성 가스로서 질소가 사용될 수 있으며, 제1저장탱크(110) 내의 제1액화가스가 소진된 이후, 불활성 가스장치(140)에 의해 제1저장탱크(110) 내에 불활성 가스가 주입되어 제1저장탱크(110) 내의 화재나 폭발 가능성이 제거될 수 있다.
쿨링장치(150)는 제1저장탱크(110) 내측에 마련되며, 예비탱크(130)로부터 공급받은 제2액화가스를 제1저장탱크(110) 내벽에 분사시킨다. 불활성 가스장치(140)에 의해 불활성 가스가 주입된 제1저장탱크(110) 내의 온도는 제2액화가스의 온도에 비해 높은 상태이므로, 제1저장탱크(110) 내부에 제2액화가스가 분사되면 제2액화가스의 기화가 일어날 수 있다.
따라서, 제1저장탱크(110) 내부에는 제2액화가스의 증발가스와 불활성 가스가 함께 존재할 수 있다. 제1저장탱크(110) 내부에 존재하는 이러한 가스는 외부로 방출되거나 방출라인(L5)을 통해 수요처(170)로 보낼 수 있다. 수요처(170)는 예컨대 보일러, 연소장치, 터빈 등을 포함할 수 있다. 이때, 수요처(170)에서 요구하는 압력 및 온도 범위로 조절하기 위해 제1저장탱크(110)로부터 공급된 가스를 가압 및 냉각하는 가압기(172) 및 쿨러(174)가 방출라인(L5)에 마련될 수 있다. 가압기(172) 및 쿨러(174)는 다른 예에서 다단으로 설치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제어부(160)는 제1저장탱크(110)의 제1액화가스와 제1액화가스 증발가스 및 제2저장탱크(120)의 제1액화가스 증발가스를 엔진(190) 연료로 공급하고, 제1저장탱크(110)의 제1액화가스가 소진된 이후에는 제2저장탱크(120)의 제1액화가스와 제1액화가스 증발가스를 엔진(190) 연료로 공급한다.
여기서, 상술한 연료가스 공급시스템은 제1저장탱크(110)의 제1액화가스 증발가스를 처리부(180)를 통해 엔진(190) 쪽으로 공급하는 제1공급라인(L1)과, 제1저장탱크(110)의 제1액화가스를 처리부(180)를 통해 엔진(190) 쪽으로 공급하는 제2공급라인(L2)과, 제2저장탱크(120)의 제1액화가스 증발가스를 제1공급라인(L1)으로 공급하는 제3공급라인(L3)과, 제2저장탱크(120)의 제1액화가스를 제2공급라인(L2)으로 공급하는 제4공급라인(L4)을 포함할 수 있다.
제어부(160)는 제1저장탱크(110)의 제1액화가스와 제1액화가스 증발가스 및 제2저장탱크(120)의 제1액화가스 증발가스가 엔진(190) 연료로 공급되도록, 밸브(V4)를 제어하여 제4공급라인(L4)이 폐쇄되도록 하고, 밸브(V1~V3)를 제어하여 제1공급라인(L1) 내지 제3공급라인(L3)이 개방되도록 한다.
또, 제어부(160)는 제1저장탱크(110) 내의 제1액화가스가 소진된 경우, 제2저장탱크(120)의 제1액화가스와 제1액화가스 증발가스가 엔진(190) 연료로 공급되도록, 밸브(V1,V2)를 제어하여 제1 및 제2공급라인(L2)이 폐쇄되도록 하고, 밸브(V3,V4)를 제어하여 제3 및 제4공급라인(L4)이 개방되도록 한다.
이하, 도 1과 도 2에서 상술한 연료가스 공급시스템을 이용한 연료가스 공급방법에 대해서 도 3을 기초로 설명한다.
도 3을 참조하면, 먼저 제1저장탱크(110)의 제1액화가스와 제1액화가스 증발가스 및 제2저장탱크(120)의 제1액화가스 증발가스를 엔진(190) 연료로 공급한다(S11).
다음으로, 제1저장탱크(110)의 제1액화가스가 소진되면, 제1저장탱크(110)에 불활성 가스를 주입시켜 이너팅(inerting)을 수행한다(S21). 이때, 제2저장탱크(120)에 저장된 제1액화가스가 엔진(190) 연료로 공급될 수 있다.
다음으로, 제1저장탱크(110)에 설치된 쿨링장치(150)에 의해 선박 데크 상에 설치된 예비탱크(130)로부터 공급받은 제2액화가스를 제1저장탱크(110) 내벽에 분사시켜 쿨링시킨다(S31). 예비탱크(130)로부터 공급받은 제2액화가스는 제1저장탱크(110)에 선적될 액화가스와 동일한 종류이다.
다음으로, 제1저장탱크(110)에 존재하는 불활성 가스 및 제1저장탱크(110) 내벽에 분사된 제2액화가스의 증발가스를 수요처(170)로 보내어 소각시킨다(S41). 여기서, 수요처(170)는 연소장치일 수 있다.
다음으로, 제1저장탱크(110)에 제1액화가스와 다른 종류의 제2액화가스를 화물로 선적한다(S51). 화물로 선적된 제2액화가스는 공급처 등에 공급될 수 있다.
다음으로, 제2저장탱크(120)에 저장된 제1액화가스 및 제1액화가스 증발가스를 엔진(190) 연료로 공급한다(S61).
위 과정 중 S21, S31, S41 과정은 선박 운항 중에 수행될 수 있다. 따라서, 선박 운항 중에 이종의 액화가스가 선적될 저장탱크에 대해 미리 불활성화 작업 및 쿨링 작업을 수행하여, 화물 선적 작업의 효율성을 높일 수 있다.
또, 이종의 액화가스가 선적될 저장탱크의 액화가스를 엔진 연료로 우선적으로 소진시키고, 나머지 저장탱크는 액화가스 증발가스만 엔진 연료로 소진시킴으로써, 해당 저장탱크에 이종의 액화가스가 선적된 이후에도 나머지 저장탱크에 저장된 액화가스 및 액화가스 증발가스를 통해 엔진 연료 공급이 지속적으로 이루어지도록 하여, 화물 선적 및 선박 운항의 효율성을 높일 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110, 120: 저장탱크 130: 예비탱크
140: 불활성 가스장치 150: 쿨링장치
170: 수요처 180: 처리부
190: 엔진

Claims (7)

  1. 제1액화가스와 상기 제1액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크;
    제2액화가스와 상기 제2액화가스의 증발가스를 저장하는 예비탱크;
    상기 저장탱크에 불활성 가스를 공급하여 이너팅(inerting)을 수행하는 불활성 가스장치; 및
    상기 예비탱크로부터 공급받은 제2액화가스를 상기 저장탱크 내벽에 분사하여 쿨링시키는 쿨링장치;를 포함하는 선박.
  2. 제2항에 있어서,
    상기 예비탱크는 압력식 탱크이고,
    상기 예비탱크는 데크 상에 설치되는 선박.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1액화가스는 액화에탄이고, 상기 제2액화가스는 액화에틸렌, 액화석유가스, 액화프로판, 및 액화부탄 중 어느 하나를 포함하는 선박.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1액화가스와 상기 제2액화가스는 종류가 상이한 선박.
  5. 제1저장탱크의 제1액화가스와 상기 제1액화가스 증발가스 및 제2저장탱크의 제1액화가스 증발가스를 엔진으로 공급하는 단계;
    상기 제1저장탱크의 제1액화가스가 소진되면, 상기 제1저장탱크에 불활성 가스를 공급하여 이너팅(inerting)하고, 상기 제2저장탱크의 제1액화가스를 상기 엔진으로 공급하는 단계; 및
    상기 이너팅 단계 이후, 선박 데크 상에 설치된 예비탱크로부터 공급받은 제2액화가스를 상기 제1저장탱크 내벽에 분사하여 상기 제1저장탱크를 쿨링시키는 단계;를 포함하는 연료가스 공급방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1저장탱크에 존재하는 불활성 가스 및 상기 분사된 제2액화가스의 증발가스를 소각하는 단계를 더 포함하는 연료가스 공급방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 예비탱크에 저장된 제2액화가스는 상기 제1저장탱크에 선적될 액화가스와 동일한 종류인 연료가스 공급방법.
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