KR20170142167A - 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템 - Google Patents

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타카시 와타나베
히로노리 하야시
야스유키 츠지
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미쯔이 죠센 가부시키가이샤
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Abstract

카고 탱크(11) 내의 보일 오프 가스(BOG)를, 고압 가스 컴프레서(13)를 통해 주기관(12)으로 연료 가스로서 공급하는 제 1 연료 가스 공급 라인(14)을 제공한다. 카고 탱크(11) 내의 액화 가스를 펌프(22)로 빨아 올려, 고압 액 펌프(24), 가스 히터(22)를 사용하여 고압 가스를 생성하는 제 2 연료 가스 공급 라인(21)을 제공한다. 액화 가스 적재시의 운항에서, BOG만으로 연료 가스가 충분할 때에는 제 1 연료 가스 공급 라인(14)만을 사용하고, 부족할 때에는, 제 2 연료 가스 공급 라인(21)을 병용한다. 액화 가스 공하시의 운항에서, 스프레이 작업을 하지 않을 때에는, 제 2 연료 가스 공급 라인(21)만을 사용한다.

Description

액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템
본 발명은 가스 연소 가능한 저속 디젤 기관을 주 기관으로서 탑재한 액화 가스 운반선에 적용되는 연료 가스 공급 시스템에 관한 것이다.
환경 부하의 저감이나 에너지 소비 개선의 관점에서, 최근에는 LNG 운반선의 주기관에 가스 연소 저속 디젤 기관을 채용하여, LNG 카고 탱크 내에서 자연적으로 발생하는 보일 오프 가스(NATURAL BOG)를 주기관의 연료로 이용하는 구성이 알려져 있다. 그러나, 가스 연소 저속 디젤 기관으로는 30MPa 정도의 압력을 갖는 연료 가스를 공급할 필요가 있다. 따라서 보일 오프 가스를 연료에 사용할 경우, 이 보일 오프 가스를 고압 가스 컴프레서에 의해 30MPa 정도까지 압축할 필요가 있지만, 고압 가스 컴프레서를 사용한 방식은 소비 전력이 크다는 문제가 있다. 한편, 낮은 소비 전력으로 고압 연료 가스를 생성하는 방법으로서, 액화 천연 가스를 고압 액 펌프로 가압하고, 이것을 가열하여 30MPa 정도의 고압 가스로 하는 구성이 알려져 있다(특허문헌 1).
특허문헌 1 : 일본국 공개특허공보 특개2012-177333호
고압 액 펌프를 통해 카고 탱크 내의 액화 가스를 고압 가스로 할 경우, 보일 오프 가스가 연료로서 소비되지 않기 때문에, 보일 오프 가스의 발생에 의한 카고 탱크의 압력 상승을 방지하려면, 보일 오프 가스를 강제적으로 연소하는 가스 연소 장치나 보일 오프 가스를 액으로 되돌리기 위한 재액화 장치를 준비할 필요가 있다. 하지만, 보일 오프 가스를 연소시키면 환경 부하를 증대시켜, 액화 가스 운반선 전체의 에너지 효율도 저하시킨다. 또한 재액화 장치의 운전에는 일반적으로 고압 가스 컴프레서의 운전보다도 큰 에너지를 필요로 한다.
본 발명은, 액화 가스 운반선에 있어서, 고압 가스 컴프레서 및 고압 액 펌프를 병용하여, 액화 가스 운반선의 운항 상태에 맞춰, 보일 오프 가스의 처리, 에너지 소비를 최적화하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템은, 주기관으로서 사용되는 가스 연소 가능한 저속 디젤 기관과, 액화 가스를 저장하는 탱크와, 탱크 내에서 발생하는 보일 오프 가스를 압축하는 고압 가스 컴프레서와, 탱크 내로부터의 액화 가스를 가압하는 고압 액 펌프와, 고압 가스 컴프레서를 통해 탱크로부터 저속 디젤 기관으로 연료 가스를 공급하는 제 1 연료 가스 공급 라인과, 고압 액 펌프를 통해 탱크로부터 저속 디젤 기관으로 연료 가스를 공급하는 제 2 연료 가스 공급 라인과, 제 1 연료 가스 공급 라인 및 제 2 연료 가스 공급 라인을 통해 연료 가스를 저속 디젤 기관에 공급하는 제 1 운전 모드를 구비하고, 제 1 운전 모드에서는, 제 1 연료 가스 공급 라인에 의한 연료 가스의 공급량을 탱크의 압력에 기초하여 제어하고, 제 2 연료　가스 공급 라인에 의한 연료 가스의 공급량을 저속 디젤 기관의 연료 가스 요구 압력에 기초하여 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
액화 가스 적재시의 운항에 있어서, 저속 디젤 기관의 연료 소비량이 보일 오프 가스 발생량보다도 많을 때에 제 1 운전 모드가 선택되고, 제 1 연료 가스 공급 라인을 통해 보일 오프 가스를 저속 디젤 기관으로 연료 가스로서 공급하고, 부족분의 연료 가스로서 제 2 연료 가스 공급 라인을 통해 탱크 내의 액화 가스를 저속 디젤 기관으로 공급한다. 또한, 액화 가스 적재시의 운항에 있어서, 저속 디젤 기관의 연료 소비량이 보일 오프 가스 발생량 이하일 때에는, 제 1 연료 가스 공급 라인만을 통해 연료 가스를 저속 디젤 기관으로 공급하는 제 2 운전 모드가 선택되고, 고압 가스 컴프레서로부터의 연료 가스 공급량은, 저속 디젤 기관의 연료 가스 요구 압력에 기초하여 제어된다.
액화 가스 공하(空荷)시의 운항에 있어서, 스프레이 작업(액화 가스를 카고 탱크에 받아 들일 때에, 급격한 온도차에 의한 카고 탱크의 파손을 방지하기 위해, 카고 탱크 내에 남긴 액화 가스를 카고 탱크 내에 분무하여 액화 가스의 기화열에 의해 카고 탱크를 예냉하는 작업)을 행하지 않을 때에는, 제 2 연료 가스 공급 라인만을 통해 카고 탱크 내의 액화 가스를 저속 디젤 기관으로 연료 가스로서 공급하는 제 3 운전 모드가 선택되고, 고압 액 펌프의 토출 압력은, 저속 디젤 기관의 연료 가스 요구 압력에 기초하여 제어된다. 또한, 액화 가스 공하 시의 운항에 있어서, 스프레이 작업을 할 때에는, 제 1 또는 제 2 운전 모드 중 어느 하나가, 저속 디젤 기관의 연료 소비량과 보일 오프 가스 발생량과의 관계로부터 선택된다.
또한, 고압 가스 컴프레서의 최종단에는, 토출측에서 흡입측으로 연료 가스를 순환시키는 제 1 순환 라인이 제공되는 것이 바람직하고, 제 1 운전 모드에 있어서, 카고 탱크의 압력을 일정하게 유지하도록 제 1 순환 라인에 제공한 제 1 밸브를 제어하여 순환되는 연료 가스의 양을 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 고압 액 펌프의 토출측에서 상류측으로 액화 가스를 순환시키는 제 2 순환 라인이 제공되는 것이 바람직하고, 제 3 운전 모드에 있어서, 저속 디젤 기관의 부하가 낮을 때에, 고압 액 펌프를 최소 용량으로 구동하면서 제 2 순환 라인에 제공한 제 2 밸브를 제어하여 액화 가스를 상류측으로 순환시키는 것이 가능한 것이 바람직하다.
또한, 제 2 연료 가스 공급 라인은, 고압 액 펌프의 상류측에 제공되는 석션 드럼과 하류측에 제공되는 가스 히터를 구비한다. 고압 가스 컴프레서는, 저압단과 최종단을 구비하는 다단 컴프레서이며, 저압단에서 잉여 가스를 보일 오프 가스 처리 장치로 송출하는 분기 라인을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 액화 가스 운반선은, 상기 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 액화 가스 운반선에 있어서, 고압 가스 컴프레서 및 고압 액 펌프를 병용하여, 액화 가스 운반선의 운항 상태에 맞춰, 보일 오프 가스의 처리, 에너지 소비를 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태인 연료 가스 공급 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에서의 (a) 액화 가스 적재시, (b) 액화 가스 공하시(스프레이 작업 있음), (c) 액화 가스 공하시(스프레이 작업 없음)의 운항 형태에서의 운항 속도와 사용 연료 소비량의 관계를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태인 연료 가스 공급 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 실시형태의 연료 가스 공급 시스템(10)은, 천연 가스 등의 액화 가스를 운반하는 선박에 적용되며, 액화 가스(본 실시형태에서는 LNG)는 선체 내에 제공된 카고 탱크(11)에 적재된다. 주기관(12)은, 가스 연소 가능한 저속 디젤 기관이며, 주기관(12)에는 고압 가스 컴프레서(13)를 포함하는 제 1 연료 가스 공급 라인(14)을 통해 카고 탱크(11) 내에서 자연 발생하는 보일 오프 가스를 공급하는 것이 가능하다.
카고 탱크(11) 내에서 발생하는 보일 오프 가스는 제 1 연료 가스 공급 라인(14)의 상류측 라인을 통해 고압 가스 컴프레서(13)로 보내지고, 고압 가스 컴프레서(13)에서 압축된다. 그리고 압축된 보일 오프 가스는 「고압 가스」로서, 하류측의 제 1 연료 가스 공급 라인(14)을 통해 주기관(12)으로 송출된다. 고압 가스 컴프레서(13)는 예를 들어 다단 컴프레서이며, 상류측의 저압단(13A)과 하류측의 최종단(13B)을 구비한다. 예를 들어 저압단(13A)에서는, 분기 라인(15)을 통해 상대적으로 압력이 낮은 「저압 가스」로서 연료 가스를 송출 가능하며, 가스 연소 발전기 엔진에 연료 가스를 공급 가능하다. 또한, 주기관(12)이나 발전기 엔진에서 다 소비할 수 없는 잉여 BOG에 대해서도, 분기 라인(15)을 통해 BOG 처리 장치(보일러, 가스 연소 장치, 재액화 장치)에 연료 가스로서 공급한다. 또한, 잉여 가스를 BOG 처리 장치로 송출하는 라인은, 고압 가스 컴프레서(13)의 최종단(13B)의 토출측에서 BOG 처리 장치의 요구 압력까지 감압하여 공급하도록 구성해도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 저압단에서 고압단까지를 하나의 다단 고압 가스 컴프레서로서 기재하지만, 저압단을 다른 컴프레서로서 저압 가스 컴프레서와 고압 가스 컴프레서를 직렬로 설치하는 구성으로 해도 좋다.
고압 가스 컴프레서(13)에 있어서 최종단(13B)의 토출측에는, 최종단(13B)의 흡입측으로 연료 가스를 환류하기 위한 제 1 순환 라인(16)이 제공된다. 제 1 순환 라인(16)에는, 환류되는 가스 유량을 제어하기 위한 제 1 밸브(16V)가 설치되고, 제 1 밸브(16V)의 개도는, 제 1 제어기(17)에 의해 제어된다. 또한 최종단(13B)의 토출측에는 압력 센서(18)가 제공되고, 주기관(12)으로 공급되는 연료 가스의 토출측에서의 압력값(PV1)이 측정된다. 한편, 제 1 연료 가스 공급 라인 (14)의 상류측에는, 카고 탱크(11) 내의 보일 오프 가스의 압력(PV2)을 측정하기 위한 압력 센서(19)가 제공된다. 또한, 카고 탱크(11)는 선체 내에 복수 제공되어 있는데, 본 실시형태에서는 압력(PV2)을 복수의 카고 탱크(11)의 공통관에서의 1 점으로 계측하고 있다. 하지만 복수 개소에서 압력을 계측하여 그 평균을 압력(PV2)으로 해도 좋다.
제 1 제어기(17)에는, 이들 측정된 압력값 PV1, PV2가 입력되는 동시에 주기 컨트롤러(20)로부터 주기관(12)의 연료 가스 요구 압력(SP1), 및 오퍼레이터에 의해 설정되는 카고 탱크(11) 내의 압력 설정값(SP2) 등이 입력된다. 제 1 제어기(17)는 후술하는 바와 같이 이들 값에 기초하여 제 1 순환 라인(16)의 제 1 밸브(16V)의 개도 조정을 행하고, 제 1 연료 가스 공급 라인(14)으로부터 주기관(12)으로 공급되는 보일 오프 가스의 공급량을 제어한다.
본 실시형태의 연료 가스 공급 시스템(10)에는, 또한 제 2 연료 가스 공급 라인(21)을 구비한다. 제 2 연료 가스 공급 라인(21)은, 카고 탱크(11) 내의 바닥 부근에 배치되는 펌프(22)를 구비하고, 후술하는 운전 모드에 따라, 카고 탱크(11) 내의 액화 가스는 펌프(22)에 의해 빨아 올린다. 제 2 연료 가스 공급 라인(21)에서는, 빨아올려진 액화 가스는 석션 드럼(23)에 일시적으로 저류된다. 그리고 석션 드럼(23)의 하류측에는 고압 액 펌프(24)가 접속되어, 석션 드럼(23) 내의 액화 가스가 가압되어 가스 히터(25)로 송출된다. 가스 히터(25)에서는, 고압 액 펌프(24)에 의해 가압된 액화 가스가 가열·기화되어, 고압 가스로서 주기관(12)으로 공급된다. 또한, 제 1 연료 가스 공급 라인(14)이 사용되지 않는 경우에도, 액화 가스를 가스 연소 발전기 엔진의 연료에 사용하기 위해, 가스 히터(25)의 하류에 가스 연소 발전기 엔진으로 연료 가스를 공급하는 라인을 제공하거나, 석션 드럼(23) 전부터 가스 연소 발전기 엔진에 가스를 공급하기 위한 라인을 분기시켜도 좋다.
고압 액 펌프(24)는, 모터(26)에 의해 구동되고, 모터(26)는 인버터(27)를 통해 제 2 제어기(28)에 의해 구동 제어된다. 고압 액 펌프(24)의 하류측에는, 액화 가스를 석션 드럼(23)으로 환류하기 위한 제 2 순환 라인(29)이 제공되고, 제 2 순환 라인(29)에는 환류되는 액화 가스 유량을 제어하기 위한 제 2 밸브(29V)가 제공된다. 제 2 제어기(28)에는, 주기 컨트롤러(20)로부터 연료 가스 요구 압력(SP1)이 입력되는 동시에, 제 2 연료 가스 공급 라인(21)의 고압 액 펌프(24)와 가스 히터(25)의 사이에 제공되는 압력 센서(30)에서 측정된 압력값(PV3)이 입력된다. 제 2 제어기(28)는, 후술하는 바와 같이, 운전 모드나 운전 상태에 따라, 제 2 밸브(29V)의 개도 조정을 행하는 동시에, 모터(26)의 구동을 제어한다. 또한, 모터(26)는 유압 구동 모터로 해도 좋고, 그 경우, 인버터(27)가 아니라, 유압 구동원을 통해 유압 구동 모터의 구동을 제어한다. 또한, 본 실시형태에서는 제 2 순환 라인(29)은 석션 드럼(23)으로 유도되고 있지만, 카고 탱크(11)로 유도되어도 좋다.
또한, 석션 드럼(23)에는, 드럼 내의 보일 오프 가스를 제 1 연료 가스 공급 라인(14)의 상류측(카고 탱크(11)측)으로 환류하기 위한 제 3 순환 라인(31)이 제공되고, 제 3 순환 라인(31)에는 제 3 밸브(31V)가 제공된다. 또한, 제 2 연료 가스 공급 라인(21)의 카고 탱크(11)를 나온 바로 그 즈음에는, 펌프의 부하를 일정하게 유지하기 위한 제 4 밸브(21V)가 제공되는 동시에 그 바로 하류 측에는 고압 액 펌프(24)로 공급하는 액화 가스의 공급 압력을 조정하기 위한 분기 라인(32)이 제공되고, 분기 라인(32)은 제 5 밸브(32V)를 구비한다.
또한, 석션 드럼(23)을 설치하지 않아도 고압 액 펌프(24)의 NPSH(유효 흡입 헤드)가 충분히 확보되어, 카고 탱크(11)와 고압 액 펌프(24) 사이에서 기화한 가스를 배기하는 석션 드럼(23)을 대신하는 수단이 제공되는 경우에는, 석션 드럼(23)을 반드시 제공하지 않아도 좋고, 그 경우, 제 3 순환 라인(31)도 제공하지 않고, 제 2 순환 라인(29)은 카고 탱크(11)에 유도된다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 분기 라인(15)을 통한 잉여 BOG의 BOG 처리 장치(보일러, 가스 연소 장치, 재액화 장치)로의 공급은, 분기 라인(15)에 제공된 제 6 밸브(15V)의 개도를 제 3 제어기(33)에 의해 조정함으로써 제어된다. 제 3 제어기(33)에는, 카고 탱크 압력값(PV2)과, 오퍼레이터에 의해 설정되는 압력 설정값(SP2)이 입력되고, 이들 값에 기초하여 제 6 밸브(15V)의 개도를 조정하여, 잉여 BOG를 BOG 처리 장치로 공급한다.
다음에 도 1, 도 2를 참조하여, 본 실시형태의 연료 가스 공급 시스템(10)의 제 1, 제 2 연료 가스 공급 라인(14, 21)을 사용한 제 1 내지 제 3 운전 모드에서의 주기관(12)으로의 연료 가스 공급 측면에 대해 설명한다.
도 2(a) 내지 도 2(c)는, 각각 (a) 액화 가스 적재시의 운항 속도와 사용 연료 소비량의 관계, (b) 액화 가스 공하시의 운항에 있어서 스프레이 작업을 행하고 있을 때의 운항 속도와 사용 연료 소비량의 관계, (c) 액화 가스 하늘 공하시의 운항에 있어서 스프레이 작업을 행하고 있지 않을 때의 운항 속도와 사용 연료 소비량의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한 도 2(a) 내지 도 2(c)에서 가로축은 배의 운항 속도, 세로축은 연료 소비량이다.
도 2(a) 내지 도 2 (c)에서, 곡선(S)은, 선속과 연료 소비량(연료 가스 공급량/단위시)의 관계를 나타내는 곡선이며, 연료 소비량은 대략 선속의 3승에 비례한다. 도 2(a)의 직선(L)(NATURAL BOG)은, 카고 탱크(11) 내의 액화 가스(천연 가스)가 자연 증발하여, 보일 오프 가스가 되는 단위 시간당의 양이다.
즉 도 2(a)에서, 보일 오프 가스만, 또한 그 전체를 주기관(12) 및 가스 연소 발전기 엔진의 연료로서 이용하면, 곡선(S)과 직선(L)의 교점(P)에 대응하는 선속이 얻어진다. 한편, 운전점(P)보다도 고속측에서는, 곡선(S)과 직선(L)의 차가, 추가할 필요가 있는 연료량이 되고, 운전점(P)보다도 저속측에서는, 직선(L)과 곡선(S)의 차가 잉여 보일 오프 가스가 된다.
본 실시형태에서는, 액화 가스가 적재된 상태에서 운전점(P)(NATURAL BOG 100% 속도)보다도 고속측(고속 운전 영역)에서 운항될 때에는, 제 1 운전 모드(하이브리드 모드)가 선택된다. 제 1 운전 모드에서는, 제 1 연료 가스 공급 라인 (14)을 통해 고압 가스 컴프레서(13)에서 압축한 보일 오프 가스를 주기관(12)으로 공급하는 동시에, 제 2 연료 가스 공급 라인(21)을 통해 부족분의 연료를 공급한다. 즉, 제 1 운전 모드에서는, 펌프(22), 고압 액 펌프(24), 및 가스 히터(25)가 구동되어 카고 탱크(11) 내의 액화 가스로부터 고압 가스를 생성하고, 고압 가스 컴프레서(13)에서 압축된 보일 오프 가스와 함께 주기관(12)으로 공급한다.
제 1 운전 모드에서는, 제 1 제어기(17)는, 카고 탱크(11)측의 측정 압력값(PV2)이 오퍼레이터에서 설정된 압력(SP2)이 되도록 고압 가스 컴프레서(13)의 제 1 밸브(16V)를 제어한다. 그리고 제 2 제어기(28)는, 제 2 연료 가스 공급 라인(21)의 토출압이, 주기관(12)의 연료 가스 요구 압력(SP1)이 되도록, 고압 액 펌프(24)의 토출측 압력값(PV3)을 모니터하여 고압 액 펌프(24)의 구동을 제어한다.
또한, 액화 가스가 적재된 상태에서 운전점(P), 또는 운전점(P)보다도 저속측(감속 운전 영역)에서 운항될 때에는, 제 2 운전 모드(컴프레서 모드)가 선택되어, 고압 가스 컴프레서(13)를 사용하는 제 1 연료 가스 공급 라인(14)만을 사용한다. 즉, 보일 오프 가스만을 사용하여 주기관(12)의 운전이 행해지고, 잉여 가스가 있는 경우에는, 분기 라인(15)을 통해 BOG 처리 장치(보일러, 가스 연소 장치, 재액화 장치)로 가스를 공급한다.
제 2 운전 모드에서는, 제 1 제어기(17)는, 제 1 연료 가스 공급 라인(14)의 토출압이, 주기관(12)의 연료 가스 요구 압력(SP1)이 되도록, 토출측의 압력값(PV1)을 모니터하여 고압 가스 컴프레서(13)의 제 1 밸브(16V)를 제어한다.
도 2(b)에는, 액화 가스 공하시의 운항에 있어서 스프레이 작업이 행해질 때의 운항 형태가 나타난다. 도 2(b)에서, 직선(Ls)은 스프레이 작업에서 발생하는 단위 시간당의 보일 오프 가스의 양이고, 스프레이 작업에서 사용하는 액의 양에 따라 상하로 변화한다. 곡선(S)과 직선(Ls)의 교점(Ps)은, 스프레이 작업에 의한 보일 오프 가스 발생량과 선속의 밸런스가 잡힌 점이다. 도 2(a)일 때와 마찬가지로, 운전점(Ps)보다도 고속측에서는 제 1 운전 모드(하이브리드 모드)가 선택되고, 운전점(Ps), 또는 운전점(Ps)보다도 저속측에서는, 제 2 운전 모드(컴프레서 모드)가 선택된다. 즉, 제 1 또는 제 2 운전 모드 중 어느 하나가 저속 디젤 기관의 연료 소비량과 보일 오프 가스 발생량과의 관계로부터 선택된다.
또한, 스프레이 작업에 의해 발생하는 보일 오프 가스량이, 주기관(12) 및 발전기 엔진에 의한 소비량을 상회할 때에는, 도 2(a)일 때와 마찬가지로, 분기 라인(15)을 통해 잉여 보일 오프 가스를 BOG 처리 장치(보일러, 가스 연소 장치, 재액화 장치)로 공급한다. 또한, 액화 가스 공하시의 운항이라도, 액화 가스를 카고 탱크 냉각용 스프레이액으로서, 또한 주기관의 연료로서 사용하기 위해, 얼마간의 액화 가스가 저장되어 있고, 모든 카고 탱크(11)가 완전히 비어 있는 것은 아니다.
도 2(c)는, 액화 가스 공하시의 운항에 있어서 스프레이 작업이 행해지지 않을 때의 운항 형태에 대응하는 그래프이다. 이 운항 형태에서는, 제 3 운전 모드(펌프 모드)가 선택되고, 제 2 연료 가스 공급 라인만을 통해 연료 가스가 주기관(12)으로 공급된다. 즉, 펌프(22), 고압 액 펌프(24), 및 가스 히터(25)를 사용하여 카고 탱크(11) 내의 액화 가스로부터 고압 가스가 생성되어 주기관(12)으로 공급된다. 그리고 제 1 연료 가스 공급 라인(14)은 사용되지 않고, 고압 가스 컴프레서(13)는 오프된다.
제 3 운전 모드에 있어서, 제 2 제어기(28)는, 제 1 운전 모드일 때와 마찬가지로, 제 2 연료 가스 공급 라인(21)의 토출압이, 주기관(12)의 연료 가스 요구 압력(SP1)이 되도록, 고압 액 펌프(24)의 토출측 압력값(PV3)을 모니터하여 고압 액 펌프(24)의 구동을 제어한다. 또한, 제 3 운전 모드에 있어서, 고압 액 펌프(24)의 운전 가능한 최소 용량(모터(26)의 최소 회전수)에서의 연료 가스 공급량보다도 낮은 공급량으로 주기관(12)으로 연료 가스를 공급할 필요가 있는 경우, 제 2 제어기(28)는, 고압 액 펌프(24)를 운전 가능한 최소 용량으로 구동하는 동시에, 제 2 밸브(29V)를 열어 고압 액 펌프(24)로부터 토출되는 잉여의 연료를 석션 드럼(23)에 제 2 순환 라인(29)을 통해 환류한다.
또한, 배의 순항 속도는, 운전점(P), 또는 그보다도 아주 약간 낮은 속도로 설정되며, 선박은, 대부분의 시간을 순항 속도로 항해하므로, 예를 들어 도 2(a)의 운전점(P) 부근에서 운전된다. 즉, 액화 가스 적재시에는, 대략 고압 가스 컴프레서(13)만이 구동되고, 보일 오프 가스의 대부분이, 주기관(12)의 연료로서 소비된다. 그리고 고속 운전 영역에서의 운전이 필요한 경우만, 고압 액 펌프(24)가 구동되어 액화 가스로부터 직접적으로 고압 가스가 생성된다. 또한, 액화 가스 공하시의 운항에 있어서 대부분의 시간은, 스프레이 작업이 행해지고 있는 것은 아니므로, 대부분 도 2(c)의 운항 형태가 취해지고, 고압 가스 컴프레서(13)를 운전하지 않고 고압 액 펌프(24)에 의해 연료 가스 공급이 이루어진다. 한편, 스프레이 작업이 행해져, 보일 오프 가스가 발생하는 경우에는, 고압 가스 컴프레서(13)가 구동되고, 보일 오프 가스는 대략 모두 주기관(12)의 연료로서 이용된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 고압 가스 컴프레서 및 고압 액 펌프를 병용하여, 액화 가스 운반선의 운항 상태에 맞춰, 보일 오프 가스의 처리, 에너지 소비를 최적화할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 1 연료 가스 공급 라인의 고압 가스 컴프레서와 제 2 연료 가스 공급 라인의 고압 액 펌프를 동시에 구동하는 제 1 운전 모드에 있어서, 고압 가스 컴프레서로부터의 토출량은, 카고 탱크 압력을 일정값으로 하도록 제어하고, 고압 액 펌프로부터의 토출량만 주기관의 요구 압력이 되도록 제어하고 있으므로, 제어 대상 파라미터가 고압 가스 컴프레서와 고압 액 펌프로 다르게 되어, 고압 가스 컴프레서 토출량이 우선적으로 공급되고(보일 오프 가스의 소비가 우선되고), 양자의 제어가 서로 간섭하는 것이 방지된다. 그리고, 부족분만 고압 액 펌프에서 공급된다.
또한, 주기관은 가스 전연(專燃)의 저속 디젤 기관이라도 좋지만, 오일 연료와의 2원 연료 연소 저속 디젤 기관이라도 좋고, 그 경우에는 예를 들어 고속 운전 영역에 있어서 오일을 추가 연료로서 이용해도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는 메탄을 주성분으로 하는 LNG를 운반하는 액화 가스 운반선을 대상으로 기재했지만, LNG 이외의 화물을 운반하는 액화 가스 운반선에 대해서도 적용 가능하다. 사용하는 연료 가스(예를 들어 에탄 등)의 성상에 따라, 저속 디젤 기관이 요구하는 기관 입구의 가스 압력은 다양하며, LNG를 연료로서 사용하는 경우보다도 높은 압력이 필요해지는 경우가 있지(예를 들어 40MPa 내지 60MPa)만, 메탄을 주성분으로 한 실시형태와 동일하게 적용할 수 있다.
10 연료 가스 공급 시스템
11 카고 탱크
12 주기관
13 고압 가스 컴프레서
13A 저압단
13B 최종단
14 제 1 연료 가스 공급 라인
16 제 1 순환 라인
16V 제 1 밸브
17 제 1 제어기
18, 19, 30 압력 센서
20 주기 컨트롤러
21 제 2 연료 가스 공급 라인
22 펌프
23 석션 드럼
24 고압 액 펌프
25 가스 히터
28 제 2 제어기
29 제 2 순환 라인
29V 제 2 밸브

Claims (10)

  1. 주기관으로서 사용되는 가스 연소 가능한 저속 디젤 기관과,
    액화 가스를 저장하는 탱크와,
    상기 탱크 내에서 발생하는 보일 오프 가스를 압축하는 고압 가스 컴프레서와,
    상기 탱크 내로부터의 액화 가스를 가압하는 고압 액 펌프와,
    상기 고압 가스 컴프레서를 통해 상기 탱크로부터 상기 저속 디젤 기관으로 연료 가스를 공급하는 제 1 연료 가스 공급 라인과,
    상기 고압 액 펌프를 통해 상기 탱크로부터 상기 저속 디젤 기관으로 연료 가스를 공급하는 제 2 연료 가스 공급 라인과,
    상기 제 1 연료 가스 공급 라인 및 상기 제 2 연료 가스 공급 라인을 통해 연료 가스를 상기 저속 디젤 기관에 공급하는 제 1 운전 모드를 구비하고,
    상기 제 1 운전 모드에서는, 상기 제 1 연료 가스 공급 라인에 의한 연료 가스의 공급량을 상기 탱크의 압력에 기초하여 제어하고,　상기 제 2 연료 가스 공급 라인에 의한 연료 가스의 공급량을 상기 저속 디젤 기관의 연료 가스 요구 압력에 기초하여 제어하는 것을 특징으로 하는, 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    액화 가스 적재시의 운항에서, 상기 저속 디젤 기관의 연료 소비량이 보일 오프 가스 발생량보다도 많을 때에 상기 제 1 운전 모드가 선택되고, 상기 제 1 연료 가스 공급 라인을 통해 보일 오프 가스를 상기 저속 디젤 기관으로 연료 가스로서 공급하고, 부족분의 연료 가스로서 상기 제 2 연료 가스 공급 라인을 통해 상기 탱크 내의 액화 가스를 상기 저속 디젤 기관으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    액화 가스 적재시의 운항에서, 상기 저속 디젤 기관의 연료 소비량이 보일 오프 가스 발생량 이하일 때에는, 상기 제 1 연료 가스 공급 라인만을 통해 연료 가스를 상기 저속 디젤 기관으로 공급하는 제 2 운전 모드가 선택되고, 상기 고압 가스 컴프레서로부터의 연료 가스 공급량은, 상기 저속 디젤 기관의 연료 가스 요구 압력에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는, 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액화 가스 공하(空荷)시의 운항에서, 스프레이 작업을 행하지 않을 때에는, 상기 제 2 연료 가스 공급 라인만을 통해 상기 탱크 내의 액화 가스를 상기 저속 디젤 기관으로 연료 가스로서 공급하는 제 3 운전 모드가 선택되고, 상기 고압 액 펌프의 토출 압력은, 상기 저속 디젤 기관의 연료 가스 요구 압력에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는, 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    액화 가스 공하시의 운항에서, 스프레이 작업을 행할 때에는, 상기 제 1 또는 제 2 운전 모드 중 어느 하나가, 상기 저속 디젤 기관의 연료 소비량과 보일 오프 가스 발생량과의 관계로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 가스 컴프레서의 최종단에는 토출측에서 흡입측으로 연료 가스를 순환시키는 제 1 순환 라인이 제공되고, 상기 제 1 운전 모드에서, 상기 탱크의 압력을 일정하게 유지하도록 상기 제 1 순환 라인에 제공한 제 1 밸브를 제어하여 순환되는 연료 가스의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는, 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 고압 액 펌프의 토출측에서 상류측으로 액화 가스를 순환시키는 제 2 순환 라인이 제공되고, 상기 제 3 운전 모드에서, 상기 고압 액 펌프를 운전 가능한 최소 용량으로 구동하면서 상기 제 2 순환 라인에 제공한 제 2 밸브를 제어하여 액화 가스를 상기 상류측으로 순환시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는, 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 연료 가스 공급 라인이, 상기 고압 액 펌프의 상류측에 제공되는 석션 드럼과 하류측에 제공되는 가스 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는, 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 가스 컴프레서가, 저압단과 최종단을 구비하는 다단 컴프레서이고, 상기 저압단에서 잉여 가스를 보일 오프 가스 처리 장치로 송출하는 분기 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는, 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 액화 가스 운반선용 연료 가스 공급 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 액화 가스 운반선.
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