KR20180017819A - 질소 퍼징 방법 및 시스템 - Google Patents

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조은엽
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Abstract

압축기(3)에 의해 압축된 연료가스를 연료로서 공급받아 연소시키는 다수의 연소장치(11, 13, 15)를 갖춘 선박에서, 하나 이상의 상기 연소장치를 질소에 의해 퍼징하는 질소 퍼징 방법 및 시스템이 개시된다.
질소 퍼징 방법은, 연료가스 저장탱크(1)로부터 상기 연소장치에 연료가스가 공급되는 것을 차단하는 연료가스 차단 단계와; 질소 버퍼 탱크(5)에 저장되어 있던 질소를 상기 압축기에 공급하는 질소 공급 단계와; 상기 압축기에 의해 압축된 질소를 상기 연소장치에 공급하여 퍼징을 실시하는 퍼징 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 연소장치에 연료가스를 공급할 때는 상기 압축기가 연료가스를 압축하고 상기 연소장치에 질소가스를 공급할 때는 상기 압축기가 질소가스를 압축할 수 있다.

Description

질소 퍼징 방법 및 시스템 {NITROGEN PURGING METHOD AND SYSTEM}
본 발명은, 압축된 질소를 사용하여 연료가스를 연소장치에 공급하는 경로와 연소장치 자체를 퍼징하기 위한 질소 퍼징 방법 및 시스템에 관한 것이다.
전통적으로 각종 선박에 설치되는 엔진 등의 연소장치들은 MDO(Marine Diesel Oil), HFO(Heavy Fuel Oil, 즉 Bunker C) 등의 오일을 연료로서 사용하였다. 그러나, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquified Petroleum Gas) 등의 연료가스를 연료로서 사용하면 연료비를 절감할 수 있고 환경오염물질의 배출량을 감소시킬 수 있어, 점차 연료오일의 사용량을 줄이고 그 대신 연료가스를 사용할 수 있는 방법이 개발되고 있는 추세이다.
이를 위해, 선박 내에 설치되는 연소장치로서, 연료오일과 연료가스를 함께 혹은 번갈아 연료로서 사용할 수 있는 사양의 것을 탑재하고 있다.
선박 내에 설치된 연소장치가 연료오일과 연료가스를 함께 혹은 번갈아 연료로서 사용할 수 있는 사양의 것이라면, 연료오일 저장탱크에 저장된 연료오일을 연소장치에 연료로서 공급하기 위한 연료오일 공급 시스템과 연료가스 저장탱크에 저장된 연료가스를 연소장치에 연료로서 공급하기 위해서는 연료가스 공급 시스템이 설치되어야 한다.
또한, 연소장치에 연료가스를 연료로서 사용하다가 연료오일을 연료로서 사용할 경우나, 연소장치에 이상이 발생하여 연소장치의 작동을 중지시킬 경우, 연소장치 및 연료가스 공급 시스템의 내부에 남아있는 연료가스를 배출시키기 위한 퍼징 시스템이 설치되어야 한다.
위에서 살펴본 바와 같이 선박에 연료가스를 연료로서 사용할 수 있는 연소장치가 탑재될 경우에, 필요시 연료가스의 퍼징 작업을 위해 퍼징 시스템이 반드시 장착되어야 하며, 운전의 간소화 및 배치공간 활용도의 증가를 위해 퍼징 시스템을 발전시킬 필요가 계속적으로 요구된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 요구를 감안하여 이루어진 것으로서, 버퍼탱크에 저장되어 있던 질소가스를 연료가스 압축기에 의해 압축하여 연소장치에 공급함으로써 퍼징 작업을 수행할 수 있는 질소 퍼징 방법 및 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 압축기에 의해 압축된 연료가스를 연료로서 공급받아 연소시키는 다수의 연소장치를 갖춘 선박에서, 하나 이상의 상기 연소장치를 질소에 의해 퍼징하는 질소 퍼징 방법으로서, 연료가스 저장탱크로부터 상기 연소장치에 연료가스가 공급되는 것을 차단하는 연료가스 차단 단계와; 질소 버퍼 탱크에 저장되어 있던 질소를 상기 압축기에 공급하는 질소 공급 단계와; 상기 압축기에 의해 압축된 질소를 상기 연소장치에 공급하여 퍼징을 실시하는 퍼징 단계; 를 포함하며, 상기 연소장치에 연료가스를 공급할 때는 상기 압축기가 연료가스를 압축하고 상기 연소장치에 질소가스를 공급할 때는 상기 압축기가 질소가스를 압축하는, 질소 퍼징 방법이 제공된다.
상기 질소 퍼징 방법은, 연료가스 차단 단계 이전에, 선박 내에 설치된 다수의 연소장치 중 하나 이상의 연소장치에 대하여 질소 퍼징 작업을 수행할 필요가 있는지 판단하는 판단 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연료가스 차단 단계는 연료가스 공급라인에 설치된 밸브를 제어하여 상기 연료가스 저장탱크로부터 상기 연소장치에 연료가스가 공급되는 것을 차단할 수 있다.
상기 질소 공급 단계는 질소가스 공급라인에 설치된 밸브를 제어하여 상기 질소 버퍼 탱크에 저장되어 있던 질소를 상기 압축기에 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 압축기에 의해 압축된 연료가스를 연료로서 공급받아 연소시키는 다수의 연소장치를 갖춘 선박에서, 하나 이상의 상기 연소장치를 질소에 의해 퍼징하는 질소 퍼징 시스템으로서, 연료가스를 저장하고 있는 연료가스 저장탱크와; 상기 연료가스 저장탱크에 저장되어 있던 연료가스를 상기 연소장치에 공급하기 위한 배관과; 질소가스를 저장하고 있는 질소 버퍼 탱크; 를 포함하며, 상기 연소장치에 연료가스를 공급할 때는 상기 압축기가 연료가스를 압축하고 상기 연소장치에 질소가스를 공급할 때는 상기 압축기가 질소가스를 압축하는, 질소 퍼징 시스템이 제공될 수 있다.
상기 연소장치는, 선박에 탑재되는 엔진, 보일러, 및 GCU 중 하나 이상일 수 있다.
연료가스는 연료가스 공급라인을 통하여 상기 연료가스 저장탱크로부터 상기 압축기에 공급될 수 있다. 상기 질소 버퍼 탱크에 저장된 질소가스를 상기 압축기에 공급하기 위해, 상기 연료가스 공급라인에서 상기 압축기의 상류측에 질소 공급라인이 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 버퍼탱크에 저장되어 있던 질소가스를 연료가스 압축기에 의해 압축하여 연소장치에 공급함으로써 퍼징 작업을 수행할 수 있는 질소 퍼징 방법 및 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 질소 퍼징 방법 및 시스템에 의하면, 선박 내에 다수의 연소장치가 설치되어 있는 경우에도 각각의 연소장치마다 퍼징 시스템을 마련할 필요가 없어 퍼징 작업을 수행함에 있어 운전의 간소화를 성취할 수 있는 동시에, 퍼징 작업에 필요한 장비, 배관 등의 설치에 요구되는 배치공간을 감소시킬 수 있어 공간 활용도의 증가에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 질소 퍼징 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 질소 퍼징 방법을 단계별로 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소 퍼징 시스템을, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 질소 퍼징 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이 도시되어 있다.
본 실시예의 질소 퍼징 시스템은, 연료가스를 저장하고 있는 연료가스 저장탱크(1)와, 연료가스를 연소시키는 연소장치(11, 13, 15)와, 연료가스 저장탱크(1)에 저장되어 있던 연료가스를 연소장치(11, 13, 15)에 공급하기 위한 배관(L10, L11, L13, L15)을 포함한다.
또한, 질소 퍼징 시스템은, 퍼징 작업시 사용될 비활성가스로서의 질소가스를 저장하고 있는 질소 버퍼 탱크(5)와, 연소장치(11, 13, 15)에 연료가스를 공급할 때에는 연료가스를 압축하고 퍼징 작업시에는 질소가스를 압축하는 압축기(3)를 더 포함한다.
본 명세서에서 "선박"은, 일반적인 의미의 선박, 즉 자체적으로 항해가 가능한 유조선, LNG 운반선, 컨테이너선, 각종 상선, 여객선 등의 해상 부유체를 의미할 뿐만 아니라, 일정기간동안 해상에 계류되어 사용되는 Oil FPSO, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 플랜트까지도 모두 포함하는 개념이다.
연료가스 저장탱크(1)로서는 극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 것이라면 어떠한 구조 및 방식의 저장탱크라도 사용할 수 있다.
연소장치는, 예를 들어, 추진, 발전, 증발가스처리 등을 위해 선박에 탑재되는 엔진(11), 보일러(13), GCU(Gas Combustion Unit)(15) 등일 수 있다. 엔진(11)은 연료오일 및 연료가스를 함께 연소시키거나 각각 연소시킬 수 있도록 구성된 DF(Dual Fuel) 엔진일 수 있다. 또한, 보일러(13)는 연료오일 및 연료가스를 함께 연소시키거나 각각 연소시킬 수 있도록 구성된 DF 보일러일 수 있다. GCU(15)는 연료가스 저장탱크(1)에서 발생하는 증발가스나 배관 내에 잔존하는 연료가스를 연소시켜 배출하며, 단순히 가스연소 기능만 갖는 것일 수도 있고 비활성가스 생성기(Inert Gas Generator)로서의 기능이 통합될 것일 수도 있다.
압축기(3)는 연료가스 저장탱크(1)로부터 배출되는 연료가스를 압축할 수 있도록 연료가스 공급라인(L10)에 설치될 수 있다. 압축기(3)에서 압축된 연료가스는, 하나 이상의 연소장치, 예를 들어 엔진(11), 보일러(13) 및 GCU(15) 등의 연소장치에 공급될 수 있다. 연소장치가 다수인 경우 연료가스 공급라인(L10)은 각각의 연소장치에 연료가스가 공급될 수 있도록 다수의 라인으로 분기될 수 있다. 도 1에는 연소장치로서 엔진(11), 보일러(13) 및 GCU(15)가 예시되어 있으며, 연료가스 공급라인(L10)은 압축기(3)의 하류측에서 엔진 공급라인(L11), 보일러 공급라인(L13) 및 GCU 공급라인(L15)으로 분기되어 있다. 도 1에 도시된 것은 예시이며, 본 실시예의 질소 퍼징 시스템은, 필요에 따라, 3개 이상의 연소장치 및 분기라인을 포함할 수 있다.
퍼징 작업을 위한 질소를 공급할 수 있도록, 연료가스 공급라인(L10)에는 질소를 저장하고 있는 질소 버퍼 탱크(5)가 질소 공급라인(L20)을 통하여 연결될 수 있다. 질소 공급라인(L20)은 압축기(3)의 상류측에서 연료가스 공급라인(L10)에 연결된다. 질소 버퍼 탱크(5)에 저장되는 질소는 도시하지 않은 질소 발생기에서 생성될 수 있다. 질소 발생기에서 발생된 질소는 가압된 상태로 질소 버퍼 탱크(5)에 저장될 수 있다.
각각의 배관에는 각종 밸브가 설치되어 연료가스 혹은 질소의 유동을 제어할 수 있다. 연소장치, 즉 다수의 연소장치 중 하나 이상의 연소장치에 대하여 퍼징 작업이 필요한 경우, 압축기에 연료가스가 공급되는 것을 차단할 수 있도록 압축기(3)와 연료가스 저장탱크(1) 사이의 연료가스 공급라인(L10)에는 밸브가 설치된다. 퍼징 작업이 필요하지 않은 경우에 질소의 유입을 방지할 수 있도록 질소 공급라인(L20)에는 밸브가 설치된다. 또한, 다수의 연소장치 중 퍼징 작업이 수행되어야 하는 연소장치에만 질소가 공급될 수 있도록 엔진 공급라인(L11), 보일러 공급라인(L13) 및 GCU 공급라인(L15)에도 각각 밸브가 설치될 수 있다.
이하, 전술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 질소 퍼징 시스템에 의해 퍼징 작업을 수행하는 방법을 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 우선, 단계(S10)에서, 사용자는 선박 내에 설치된 다수의 연소장치 중 하나 이상의 연소장치에 대하여 질소 퍼징 작업을 수행할 필요가 있는지 판단한다. 연소장치에 연료가스가 연료로서 공급되어 동작하는 도중에 연소장치에 이상이 발생하여 동작을 정지시키는 경우나, 연소장치에 연료가스 대신 연료오일을 공급해야 하는 경우 등에 일반적으로 퍼징 작업을 수행할 필요가 있다고 판단한다. 이러한 판단은 사용자가 수동으로 수행할 수도 있고, 각각의 연소장치의 작동상태를 모니터링하는 제어부에서 자동으로 수행할 수도 있고, 이 제어부에서 모니터링된 상태를 사용자가 확인하는 과정을 거쳐 반자동으로 수행할 수도 있다.
질소에 의한 퍼징작업이 필요한 것으로 판단되면, 단계(S20)에서, 사용자(또는 제어부)는 연료가스 공급라인에 설치된 밸브를 제어하여 연료가스 저장탱크(1)로부터 연소장치(11, 13, 15)에 연료가스가 공급되는 것을 차단한다. 예를 들어, 연료가스 공급라인(L10) 상에서 압축기(3)의 상류측에 설치된 밸브를 폐쇄시킴으로써 연료가스가 압축기(3)에 공급되는 것을 차단할 수 있다. 연료가스의 공급을 차단하기 위한 밸브 제어는 사용자가 수동으로 실시할 수도 있고 제어부에 의해 자동으로 수행될 수도 있다.
계속해서, 단계(S30)에서, 사용자(또는 제어부)는 질소가스 공급라인에 설치된 밸브를 제어하여 질소 버퍼 탱크(5)에 저장되어 있던 질소를 압축기(3) 쪽으로 공급한다. 예를 들어, 질소가스 공급라인(L20) 상에 설치된 밸브를 개방시킴으로써 질소 버퍼 탱크(5)에 저장된 질소가스가 압축기(3)에 공급될 수 있다. 질소가스의 공급을 개시하기 위한 밸브 제어는 사용자가 수동으로 실시할 수도 있고 제어부에 의해 자동으로 수행될 수도 있다.
단계(S40)에서, 기존에 연료가스를 압축하고 있던 압축기(3)에 의해 연료가스 대신 질소가스를 압축한 다음, 퍼징 작업이 수행될 필요가 있는 연소장치에 공급하여 연소장치 및 배관 내에 잔류되어 있는 연료가스를 제거한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기존에 연료가스를 연소장치에 공급하기 위해 선박에 탑재되어 있는 압축기(3)를 활용하여 질소 퍼징 작업을 수행할 수 있다. 이와 같이, 연료가스를 연소장치에 공급하는 압축기가 퍼징을 위해 질소가스를 연소장치에 공급할 때에도 사용되기 때문에, 퍼징 시스템의 구성이 간소화될 수 있어, 각종 장비 및 배관이 설치될 공간을 절약할 수 있는 동시에 퍼징을 위한 조작이 간단해 질 수 있다.
1: 연료가스 저장탱크
3: 압축기
5: 질소 버퍼 탱크
11: 연소장치로서의 엔진
13: 연소장치로서의 보일러
15: 연소장치로서의 GCU
L10: 연료가스 공급라인
L11: 엔진 공급라인
L13: 보일러 공급라인
L15: GCU 공급라인
L20: 질소 공급라인

Claims (7)

  1. 압축기에 의해 압축된 연료가스를 연료로서 공급받아 연소시키는 다수의 연소장치를 갖춘 선박에서, 하나 이상의 상기 연소장치를 질소에 의해 퍼징하는 질소 퍼징 방법으로서,
    연료가스 저장탱크로부터 상기 연소장치에 연료가스가 공급되는 것을 차단하는 연료가스 차단 단계와;
    질소 버퍼 탱크에 저장되어 있던 질소를 상기 압축기에 공급하는 질소 공급 단계와;
    상기 압축기에 의해 압축된 질소를 상기 연소장치에 공급하여 퍼징을 실시하는 퍼징 단계;
    를 포함하며,
    상기 연소장치에 연료가스를 공급할 때는 상기 압축기가 연료가스를 압축하고 상기 연소장치에 질소가스를 공급할 때는 상기 압축기가 질소가스를 압축하는, 질소 퍼징 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    연료가스 차단 단계 이전에, 선박 내에 설치된 다수의 연소장치 중 하나 이상의 연소장치에 대하여 질소 퍼징 작업을 수행할 필요가 있는지 판단하는 판단 단계를 더 포함하는, 질소 퍼징 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료가스 차단 단계는 연료가스 공급라인에 설치된 밸브를 제어하여 상기 연료가스 저장탱크로부터 상기 연소장치에 연료가스가 공급되는 것을 차단하는, 질소 퍼징 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 질소 공급 단계는 질소가스 공급라인에 설치된 밸브를 제어하여 상기 질소 버퍼 탱크에 저장되어 있던 질소를 상기 압축기에 공급하는, 질소 퍼징 방법.
  5. 압축기에 의해 압축된 연료가스를 연료로서 공급받아 연소시키는 다수의 연소장치를 갖춘 선박에서, 하나 이상의 상기 연소장치를 질소에 의해 퍼징하는 질소 퍼징 시스템으로서,
    연료가스를 저장하고 있는 연료가스 저장탱크와;
    상기 연료가스 저장탱크에 저장되어 있던 연료가스를 상기 연소장치에 공급하기 위한 배관과;
    질소가스를 저장하고 있는 질소 버퍼 탱크;
    를 포함하며,
    상기 연소장치에 연료가스를 공급할 때는 상기 압축기가 연료가스를 압축하고 상기 연소장치에 질소가스를 공급할 때는 상기 압축기가 질소가스를 압축하는, 질소 퍼징 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 연소장치는, 선박에 탑재되는 엔진, 보일러, 및 GCU 중 하나 이상인, 질소 퍼징 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    연료가스는 연료가스 공급라인을 통하여 상기 연료가스 저장탱크로부터 상기 압축기에 공급되고,
    상기 질소 버퍼 탱크에 저장된 질소가스를 상기 압축기에 공급하기 위해, 상기 연료가스 공급라인에서 상기 압축기의 상류측에 질소 공급라인이 연결되는, 질소 퍼징 시스템.
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