KR20170072618A - 선박의 연료가스 공급시스템 - Google Patents

선박의 연료가스 공급시스템 Download PDF

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KR20170072618A
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강호숙
김승혁
이원두
전준우
최병윤
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

선박의 연료가스 공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 수용하는 저장탱크, 증발가스를 가압하는 압축부를 구비하고 압축부에 의해 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1증발가스 공급라인 및 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하고, 재액화라인은 가압된 증발가스의 일부를 냉각시키는 냉각부와, 냉각부에 의해 냉각된 증발가스를 감압시키는 팽창밸브와, 팽창밸브를 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기 및 기체성분에 함유된 질소성분의 함량을 측정하고 이에 근거하여 기체성분을 제1증발가스 공급라인으로 순환시키거나 GCU(Gas Combustion Unit)로 공급하여 소모시키는 질소 처리부를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

선박의 연료가스 공급시스템{FUEL GAS SUPPLYING SYSTEM IN SHIPS}
본 발명은 선박의 연료가스 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 증발가스의 재액화 효율을 향상시키고 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모할 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
천연가스(Natural Gas)는 통상적으로 저장 및 수송의 용이성을 위해, 천연가스를 약 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상 변화하여 관리 및 운용을 수행하고 있다.
이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화천연가스를 완전히 단열시켜 수용하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다.
이러한 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으며, 액화천연가스를 수송하는 과정에서 선박의 진동에 의해 저장탱크 및 선박의 구조적인 문제를 야기할 수 있으므로, 증발가스의 발생을 억제하거나 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.
이에 종래에는 저장탱크의 상측에 마련되는 벤트마스트(Vent mast)로 증발가스를 흘려 보내거나, GCU(Gas Combustion Unit)을 이용하여 증발가스를 태워버리는 방안 등이 이용되었다. 그러나 이는 에너지 효율 면에서 바람직하지 못하므로 증발가스를 액화천연가스와 함께 또는 각각 선박의 엔진에 연료가스로 공급하거나, 냉동 사이클 등으로 이루어지는 재액화장치를 이용해 증발가스를 재액화시켜 활용하는 방안이 이용되고 있다.
한편 천연가스는 메탄(Methane) 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 질소(Nitrogen) 등을 포함하는 혼합물이다. 이 중에서 질소의 끓는 점은 섭씨 약 -195.8도로서, 그 외의 성분인 메탄(끓는 점 섭씨 -161.5도), 에탄(끓는 점 섭씨 -89도) 등에 비해 매우 낮다.
이러한 성질로 인해 증발가스에 함유되는 질소성분의 함량에 따라 증발가스의 재액화 효율이 달라지게 될 뿐만 아니라, 재액화를 위한 최적의 압력 및 온도도 달라지게 된다. 나아가 증발가스의 이용 또는 재액화를 위해 증발가스의 가압, 냉각 및 감압 등의 처리 과정에서 증발가스에 함유되는 질소성분의 함량은 수시로 변동하게 돈다. 이에 증발가스의 질소성분 함량 변화에 용이하고 능동적으로 대처하여 증발가스의 재액화 효율을 향상시키고, 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 수행할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)
본 발명의 실시 예는 증발가스의 재액화 효율을 향상시킬 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 증발가스에 함유된 질소성분의 함량 변화에 대응하여 증발가스의 재액화 공정을 효과적으로 수행할 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 수용하는 저장탱크, 상기 증발가스를 가압하는 압축부를 구비하고 상기 압축부에 의해 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1증발가스 공급라인 및 상기 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하고, 상기 재액화라인은 상기 가압된 증발가스의 일부를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부에 의해 냉각된 증발가스를 감압시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기 및 상기 기체성분에 함유된 질소성분의 함량을 측정하고 이에 근거하여 상기 기체성분을 상기 제1증발가스 공급라인으로 순환시키거나 GCU(Gas Combustion Unit)로 공급하여 소모시키는 질소 처리부를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 질소 처리부는 상기 기체성분의 질소성분 함량을 측정 또는 감지하는 질소 측정기 및 상기 기체성분을 상기 제1증발가스 공급라인의 압축부 전단 또는 상기 GCU 중 어느 하나로 선택적으로 공급하는 기체성분 처리라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 기체성분 처리라인은 상기 기체성분을 상기 제1증발가스 공급라인의 압축부 전단으로 공급하도록 마련되되 제1개폐밸브를 구비하는 제1처리라인 및 상기 기체성분을 상기 GCU로 공급하도록 마련되되 제2개폐밸브를 구비하는 제2처리라인을 포함하고, 상기 제1개폐밸브 및 상기 제2개폐밸브는 상기 질소 측정기에 의해 측정된 상기 기체성분의 질소성분의 함량정보에 근거하여 개폐 작동이 제어되도록 마련될 수 있다.
상기 냉각부는 상기 가압된 증발가스의 일부를 상기 제1증발가스 공급라인의 압축부 전단의 증발가스 및 상기 제2처리라인을 따라 이송되는 기체성분 중 적어도 어느 하나와 열교환하는 열교환기를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 냉각부의 전단에 마련되되 상기 가압된 증발가스의 일부를 추가적으로 가압하는 보조압축부를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 기액분리기에서 분리된 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액화가스 회수라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 압축부의 중단부로부터 분기되어 상기 압축부에 의해 일부 가압된 증발가스를 제2엔진 및 상기 GCU로 각각 공급하는 제2증발가스 공급라인 및 증발가스 보조공급라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 증발가스의 재액화 효율을 유지 및 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 증발가스를 효과적으로 이용 및 처리할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 증발가스에 함유된 질소성분의 함량 변화에 대응하여 증발가스의 재액화 공정을 효과적으로 수행할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템을 나타내는 개념도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 가압하는 압축부(121)를 구비하고 압축부(121)에 의해 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1증발가스 공급라인(120), 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(130), 압축부(121) 도중의 일부 가압된 증발가스를 제2엔진 및 GCU(Gas Combustion Unit)로 각각 공급하는 제2증발가스 공급라인(140) 및 증발가스 보조공급라인(141)을 포함하여 마련될 수 있다.
이하 실시 예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화탄화수소가스 등 다양한 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.
저장탱크(110)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 발명의 실시 예와 같이 제1증발가스 공급라인(120) 및 제2증발가스 공급라인(140)에 의해 엔진의 연료가스로 이용되거나 재액화라인(130)에 의해 재액화되어 저장탱크(110)로 재공급될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 저장탱크(110)의 상부에 마련되는 벤트 마스트(미도시)로 공급하여 증발가스를 처리 또는 소모시킬 수도 있다.
엔진은 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다. 엔진은 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제1엔진과, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2엔진으로 이루어질 수 있다. 일 예로 제1엔진은 상대적으로 고압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진으로 이루어지고, 제2엔진은 상대적으로 저압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진 등으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 엔진 및 다양한 종류의 엔진이 이용되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
제1증발가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)에 존재하는 증발가스를 가압하여 제1엔진, 제2엔진에 연료가스로서 공급하거나, 재액화라인(130)에 공급하여 재액화 공정을 거치도록 마련될 수 있다. 제1증발가스 공급라인(120)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 제1엔진에 연결되어 마련되되, 중단부에는 제2증발가스 공급라인(140) 및 재액화라인(130)이 분기되어 마련될 수 있다. 제1증발가스 공급라인(120)에는 증발가스를 엔진이 요구하는 조건 또는 증발가스의 재액화에 적합한 압력에 상응하는 수준으로 가압 또는 압축할 수 있도록 복수단의 컴프레서(121a)를 구비하는 압축부(121)가 마련된다.
압축부(121)는 증발가스를 압축하는 컴프레서(121a)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(121b)를 복수단 포함할 수 있다. 엔진이 서로 다른 압력조건을 갖는 복수개의 엔진으로 이루어지는 경우에는 압축부(121)의 중단부로부터 후술하는 제2증발가스 공급라인(140)이 분기되어 제2엔진으로 일부 가압된 증발가스를 공급하도록 마련될 수 있다.
도 1에서는 압축부(121)가 5단의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 엔진의 요구 압력조건 및 온도에 따라 압축부(121)는 다양한 수의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)로 이루어질 수 있다. 또한 제1증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 전단에는 재액화라인(130)의 냉각부(131)가 설치될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
재액화라인(130)은 제1증발가스 공급라인(120)의 압축부(121)에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키도록 마련된다.
재액화라인(130)은 가압된 증발가스의 일부를 냉각시키는 냉각부(131), 냉각부(131)에 의해 냉각된 증발가스를 감압시키는 팽창밸브(132), 팽창밸브(132)를 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기(133), 기체성분에 함유된 질소성분의 함량을 측정하고 이에 근거하여 기체성분을 처리하는 질소 처리부, 기액분리기(133)에서 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 공급하는 액화가스 회수라인(137) 및 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 일부를 추가적으로 가압하는 보조압축부(138)를 포함하여 마련될 수 있다.
냉각부(131)는 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 일부를 냉각시키도록 마련된다. 냉각부(131)는 가압된 증발가스의 일부를 제1증발가스 공급라인(120)을 따라 이송되는 압축부(121) 전단의 증발가스 및 후술하는 기체성분 처리라인의 제2처리라인(136)을 따라 이송되는 기체성분 중 적어도 어느 하나와 열교환하는 열교환기로 이루어질 수 있다. 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스는 압축부(121)에 의해 가압되어 온도 및 압력이 상승한 상태이므로, 제1증발가스 공급라인(120)의 압축부(121)를 통과하기 전의 저온의 증발가스 및 제2처리라인(136)을 따라 이송되는 저온의 기체성분과 열교환하으로써, 재액화라인(130)으로 공급되는 고온의 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 이와 같이 냉각부(131)를 열교환기로 마련함으로써, 별도의 냉각장치 없이도 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있으므로, 불필요한 전원의 낭비를 방지하고 설비가 단순화되어, 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.
팽창밸브(132)는 냉각부(131)의 후단에 마련될 수 있다. 팽창밸브(132)는 냉각부(131)에 의해 냉각된 증발가스를 감압함으로써, 증발가스를 냉각 및 팽창하여 재액화를 도모할 수 있다. 팽창밸브(132)는 냉각된 증발가스를 저장탱크(110)의 내부압력에 상응하는 압력수준으로 감압 또는 팽창할 수 있으며, 일 예로 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기액분리기(133)는 팽창밸브(132)를 통과하여 냉각 및 팽창되어 기액 혼합상태의 증발가스를 기체성분과 액체성분으로 분리하도록 마련된다. 냉각된 증발가스가 팽창밸브(132)를 통과 시 추가 냉각 및 감압되어 재액화가 이루어지기는 하나, 감압하는 과정에서 플래쉬 가스(Flash Gas) 등이 기체성분이 발생할 수 있다. 이에 따라 팽창밸브(132)를 통과하여 기액 혼합상태가 된 증발가스를 기액분리기(133)가 수용함과 동시에, 기체성분 및 액체성분으로 분리하여 재액화 공정의 신뢰성을 도모하고, 각 성분을 별도로 취급할 수 있다.
한편, 천연가스는 주성분인 메탄(Methane) 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 질소(Nitrogen) 등을 포함하는 혼합물이다. 이 중 질소의 끓는 점은 섭씨 약 -195.8도로서, 그 외의 성분인 메탄(끓는 점 섭씨 -161.5도), 에탄(끓는 점 섭씨 -89도) 등에 비해 매우 낮다. 질소성분이 매우 낮은 끓는 점을 가짐에 따라, 저장탱크(110) 내부에 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스는 질소성분이 상대적으로 먼저 기화되어 질소성분을 많이 함유하게 되고, 나아가 증발가스의 질소성분의 농도가 증가할수록 증발가스의 재액화 효율은 감소하는 문제점이 존재한다.
특히 증발가스의 재액화를 위해 압축부(121)에 의한 증발가스 가압과 냉각부(131)에 의한 가압된 증발가스의 냉각 이후, 팽창밸브(132)에 의해 증발가스의 감압 시 기액분리기(133)에서 분리되는 플래쉬 가스 등의 기체성분에는 끓는 점이 낮은 질소성분이 고농도로 함유되는 경우가 많다. 고농도의 질소성분을 함유하는 기체성분을 다시 연료가스 시스템 내에서 순환시킬 경우, 증발가스의 재액화 효율이 떨어질 뿐만 아니라, 재순환되는 기체성분에 의해 압축부(121)의 컴프레서 등에 불필요한 부하를 일으키거나 고사양의 컴프레서 설치가 요구되어 설비 운용의 비효율을 초래하는 문제점이 있다.
이에 질소 처리부가 기액분리기(133)에서 분리된 기체성분에 함유된 질소성분의 함량을 측정 또는 감지하고, 이에 근거하여 기체성분을 처리하여 증발가스의 재액화 효율을 향상시키고 연료가스의 공급시스템(100) 내의 질소성분의 총 함량을 저감시키도록 마련된다.
질소 처리부는 기체성분의 질소성분 함량을 측정 또는 감지하는 질소 측정기(134) 및 기체성분을 제1증발가스 공급라인(120)의 압축부(121) 전단 또는 GCU 중 어느 하나로 선택적으로 공급하는 기체성분 처리라인을 포함하여 마련될 수 있다.
질소 측정기(134)는 기액분리기(133)의 내부와 연통되도록 마련되어, 기액분리기(133)에서 분리된 기체성분의 질소성분 함량을 측정 또는 감지하도록 마련된다. 질소 측정기(134)는 기체성분에 함유된 성분들을 분석하는 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography) 등의 분석원리를 이용하거나, 성분 분석장치 등을 포함하여 마련될 수 있으며, 다만 기체성분에 함유된 질소성분의 함량을 측정 또는 감지할 수 있다면 다양한 분석방식 및 구조를 갖는 장치로 이루어지는 경우를 포함한다.
기체성분 처리라인은 질소 측정기(134)에 의해 측정 또는 감지된 질소성분 함량정보에 근거하여, 기체성분을 제1증발가스 공급라인(120)의 압축부(121) 전단으로 공급하되 제1개폐밸브(135a)를 구비하는 제1처리라인(135) 및 기체성분을 GCU로 공급하도록 마련되되 제2개폐밸브(136a)를 구비하는 제2처리라인(136)을 포함하여 마련될 수 있다.
제1처리라인(135)은 입구 측 단부가 기액분리기(133)의 내부와 연통되어 마련되고, 출구 측 단부가 제1증발가스 공급라인(120)의 압축부(121) 전단으로 합류하도록 마련되어, 기체성분을 선박의 연료가스 공급시스템(100) 내에서 재순환시키도록 마련된다. 제1처리라인(135)에 마련되는 제1개폐밸브(135a)는 제1처리라인(135)을 따라 이송되는 기체성분의 공급여부 또는 공급량을 조절하도록 마련될 수 있으며, 질소 측정기(134)에 의해 측정 또는 감지된 기체성분의 질소성분 함량정보에 근거하여 개폐작동이 제어될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
제2처리라인(136)은 입구 측 단부가 기액분리기(133)의 내부와 연통되어 마련되고, 출구 측 단부가 GCU에 연결되어 마련되어, 기체성분을 GCU에 의해 소모시키도록 마련된다. 제2처리라인(136)의 출구 측 단부는 GCU에 직접 연결되어 마련되거나, 도 1에 도시된 바와 같이 후술하는 증발가스 보조공급라인(141)과 합류하여 GCU에 연결되어 마련될 수도 있다. 제2처리라인(136)에 마련되는 제2개폐밸브(136a)는 제2처리라인(136)을 따라 이송되는 기체성분의 공급여부 또는 공급량을 조절하도록 마련될 수 있으며, 제1개폐밸브(135a)와 마찬가지로 질소 측정기(134)에 의해 측정 또는 감지된 기체성분의 질소성분 함량정보에 근거하여 개폐작동이 제어될 수 있다.
구체적으로, 질소 측정기(134)가 측정 또는 감지한 기체성분의 질소성분의 함량이 기 설정된 함량정보보다 낮은 경우, 일 예로 기체성분이 재액화라인(130)의 증발가스의 재액화 효율을 일정 수준 이상으로 유지할 수 있는 정도의 질소성분 함량을 갖는 때에는, 기체성분을 소모하여 제거하는 것은 에너지 효율 측면에서 바람직하지 못하므로, 기체성분을 선박의 연료가스 공급시스템(100) 내에서 재순환시키는 것이 연료가스의 효율적인 이용 및 관리에 도움이 된다. 이에 질소 측정기(134)가 기체성분의 질소성분의 함량이 기 설정된 함량정보보다 낮은 것으로 측정 또는 감지한 때에는 제2처리라인(136)의 제2개폐밸브(136a)는 전부 폐쇄 또는 일부 폐쇄하고, 제1처리라인(135)의 제1개폐밸브(135a)는 개방하여 기체성분이 제1처리라인(135)을 통해 제1증발가스 공급라인(120)으로 재순환되도록 제어할 수 있다.
이와는 반대로, 질소 측정기(134)가 측정 또는 감지한 기체성분의 질소성분의 함량이 기 설정된 함량정보보다 높은 경우, 일 예로 기체성분이 재액화라인(130)의 증발가스의 재액화 효율을 일정 수준 이하로 저하시키는 정도의 질소성분 함량을 갖는 때에는, 기체성분을 선박의 연료가스 공급시스템(100) 내에서 재순환시키는 것은 압축부(121)에 불필요한 부하를 가하는 등 설비의 비효율적인 운용을 초래할 뿐만 아니라, 재액화라인(130)을 통한 증발가스의 재액화 효율이 저하되는 문제점이 있다. 이에 질소 측정기(134)가 기체성분의 질소성분의 함량이 기 설정된 함량정보보다 높은 것으로 측정 또는 감지한 때에는 제1처리라인(135)의 제1개폐밸브(135a)는 전부 폐쇄 또는 일부 폐쇄하고, 제2처리라인(136)의 제2개폐밸브(136a)는 개방하여 기체성분이 GCU로 공급되어 소모되도록 제어할 수 있다.
이와 같이 질소 측정기(134) 및 기체성분 처리라인을 포함하는 질소 처리부에 의해 증발가스의 재액화 공정에서 발생하는 기체성분에 함유되는 질소성분의 함량에 따라 기체성분을 선택적으로 처리 및 이용할 수 있으므로, 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모함과 동시에, 설비의 효율적인 운용을 수행할 수 있으며 증발가스의 재액화 효율을 유지 및 향상시킬 수 있게 된다.
액화가스 회수라인(137)은 기액분리기(133)에 의해 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 재공급하도록 기액분리기(133)와 저장탱크(110)를 연결하도록 마련될 수 있다. 액화가스 회수라인(137)은 그 입구 측 단부가 기액분리기(133)의 하측에 연통되어 마련되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연통되어 마련될 수 있다. 액화가스 회수라인(137)에는 저장탱크(110)로 회수되는 재액화된 증발가스의 공급량을 조절하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있다.
보조압축부(138)는 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 일부를 추가적으로 가압하도록 냉각부(131)의 전단에 마련될 수 있다. 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 압력이 일정 수준의 재액화 효율을 구현하기 어려운 정도인 경우, 보조압축부(138)가 재액화라인(130)으로 공급되는 증발가스를 재액화에 유리한 압력수준으로 추가 가압할 수 있다. 일 예로, 제1엔진이 X-DF 엔진으로 이루어지는 경우, 압축부(121)는 제1엔진이 요구하는 연료가스의 압력수준인 약 15 내지 17 bar로 증발가스를 가압하게 되는데, 당해 압력수준으로 가압된 증발가스는 가압정도가 낮아 재액화 효율이 낮아질 우려가 있다. 이에 보조압축부(138)가 증발가스의 재액화 효율을 향상시킬 수 있도록 재액화라인(130)으로 공급 또는 유입되는 증발가스를 추가적으로 가압할 수 있다.
보조압축부(138)는 증발가스를 추가적으로 압축하는 컴프레서(138a)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(138b)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 보조압축부(138)가 1단의 컴프레서(138a) 및 쿨러(138b)로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 증발가스의 재액화 효율에 따라 보조압축부(138)는 다양한 수의 컴프레서(138a) 및 쿨러(138b)로 이루어질 수 있다.
제2증발가스 공급라인(140)은 제1증발가스 공급라인(120)의 압축부(121)의 중단부로부터 분기되어 마련되어 일부 가압된 증발가스를 제2엔진으로 공급하도록 마련되며, 증발가스 보조공급라인(141)은 제2증발가스 공급라인(140)으로부터 분기되어 마련되어 일부 가압된 증발가스를 GCU로 공급하도록 마련된다. 제2증발가스 공급라인(140)은 입구 측 단부가 압축부(121)의 중단부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 제2엔진에 연결되어 마련되되, 중단부에는 증발가스 보조공급라인(141)이 분기되어 마련될 수 있다.
제2엔진은 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키므로, 증발가스를 압축하는 압축부(121)의 중단부로부터 분기되어 마련됨으로써, 일부 가압된 증발가스를 연료가스로 공급받아 작동될 수 있다. GCU는 제2엔진이 요구하는 연료가스의 공급량보다 제2증발가스 공급라인(140)을 통해 공급되는 일부 가압된 증발가스의 공급량이 더 많은 경우 잉여의 증발가스를 소모시키거나, 또는 전술한 기체성분 처리라인의 제2처리라인(136)으로부터 공급되는 기체성분을 소모시키도록 마련된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(100)은 질소 측정기(134)가 증발가스의 재액화 과정에서 발생하는 기체성분에 함유된 질소성분의 함량을 측정 또는 감지하고, 이에 근거하여 기체성분에 질소성분이 고농도로 함유된 때에는 제2처리라인(136)을 통해 GCU로 공급하여 질소성분을 소모하여 선박의 연료가스 공급시스템(100) 내의 질소성분을 총 함량을 효과적으로 낮추어 증발가스의 재액화 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 질소 측정기(134)가 측정 또는 감지한 기체성분의 질소성분 함량이 일정 범위보다 낮은 경우에는 제1처리라인(135)을 통해 선박의 연료가스 공급시스템(100) 내에서 재순환시켜 연료가스의 효율적인 이용을 도모할 수 있다.
나아가 증발가스의 재액화 효율의 향상 및 유지가 가능해지며, 연료가스의 에너지 효율을 증대시킬 수 있게 되며, 이로써 효율적인 설비 운용이 가능해지는 효과를 가진다.
100: 선박의 연료가스 공급시스템 110: 저장탱크
120: 제1증발가스 공급라인 121: 압축부
130: 재액화라인 131: 냉각부
132: 팽창밸브 133: 기액분리기
134: 질소 측정기 135: 제1처리라인
135a: 제1개폐밸브 136: 제2처리라인
136a: 제2개폐밸브 137: 액화가스 회수라인
138: 보조압축부 140: 제2증발가스 공급라인
141: 증발가스 보조공급라인

Claims (7)

  1. 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 수용하는 저장탱크;
    상기 증발가스를 가압하는 압축부를 구비하고 상기 압축부에 의해 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1증발가스 공급라인; 및
    상기 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하고,
    상기 재액화라인은
    상기 가압된 증발가스의 일부를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부에 의해 냉각된 증발가스를 감압시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기 및 상기 기체성분에 함유된 질소성분의 함량을 측정하고 이에 근거하여 상기 기체성분을 상기 제1증발가스 공급라인으로 순환시키거나 GCU(Gas Combustion Unit)로 공급하여 소모시키는 질소 처리부를 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질소 처리부는
    상기 기체성분의 질소성분 함량을 측정 또는 감지하는 질소 측정기 및 상기 기체성분을 상기 제1증발가스 공급라인의 압축부 전단 또는 상기 GCU 중 어느 하나로 선택적으로 공급하는 기체성분 처리라인을 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기체성분 처리라인은
    상기 기체성분을 상기 제1증발가스 공급라인의 압축부 전단으로 공급하도록 마련되되 제1개폐밸브를 구비하는 제1처리라인 및 상기 기체성분을 상기 GCU로 공급하도록 마련되되 제2개폐밸브를 구비하는 제2처리라인을 포함하고,
    상기 제1개폐밸브 및 상기 제2개폐밸브는
    상기 질소 측정기에 의해 측정된 상기 기체성분의 질소성분의 함량정보에 근거하여 개폐 작동이 제어되는 선박의 연료가스 공급시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각부는
    상기 가압된 증발가스의 일부를 상기 제1증발가스 공급라인의 압축부 전단의 증발가스 및 상기 제2처리라인을 따라 이송되는 기체성분 중 적어도 어느 하나와 열교환하는 열교환기를 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 냉각부의 전단에 마련되되 상기 가압된 증발가스의 일부를 추가적으로 가압하는 보조압축부를 더 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 기액분리기에서 분리된 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액화가스 회수라인을 더 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압축부의 중단부로부터 분기되어 상기 압축부에 의해 일부 가압된 증발가스를 제2엔진 및 상기 GCU로 각각 공급하는 제2증발가스 공급라인 및 증발가스 보조공급라인을 더 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.

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