KR20180076944A - 기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템 - Google Patents

Abstract

기체 내에 포함된 유분을 분리해낼 수 있는 기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템이 제공된다.
선박용 가스처리 시스템은, 액화가스 및 상기 액화가스에서 발생된 증발가스를 함께 저장하기 위한 저장탱크(10)와, 상기 저장탱크에 저장되어 있던 상기 액화가스 및 상기 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진(20)과, 상기 엔진에서 연소된 후 배출되는 배기가스에 포함된 오일 성분을 분리하기 위한 기유분리기(30)와, 상기 기유분리기의 하류측에 설치되는 가스 검출기(28)를 포함할 수 있다.

Description

기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템 {GAS PROCESSING SYSTEM FOR VESSEL WITH GAS-OIL SEPARATOR}

본 발명은 기체 내에 포함된 유분을 분리해낼 수 있는 기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 연료가스를 연소시킨 후 배출할 때 배기가스에 포함된 유분을 분리하기 위한 기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에서 배출되는 폐기가스, 예를 들어 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 이산화탄소(CO₂) 등은 환경오염을 방지하기 위해서 그 배출량, 배출가능지역 등을 제한하고 있다.

따라서, 이러한 규제를 회피하기 위하여 각종 폐기가스의 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. MEGI 엔진은, 오일과 천연가스를 연료로서 사용할 수 있는 엔진으로서, 오일의 사용 비율을 줄이는 대신에 천연가스를 사용 비율을 증가시켜 운전될 수 있으므로, 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 등과 같은 전통적인 의미의 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 플랜트까지도 모두 포함하는 개념이다.)에 설치될 수 있으며, 이 경우 천연가스를 엔진의 연료로 사용하게 되며, 그 부하에 따라 엔진에 대하여 대략 150 ∼ 400 bar(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.

그런데, MEGI 엔진은 다른 종류의 엔진에 비해 연료가스를 높은 압력(예를 들어 150 ∼ 400 bar)으로 압축시켜야 하기 때문에, 연료가스를 압축할 때 사용되는 압축기를 특수하게 제작해야 한다. 이와 같이 고압 압축을 실현하기 위해 특수하게 제작된 압축기의 특성상, 압축된 연료가스에 윤활유 성분이 혼입되는 문제가 있다.

연료가스에 혼입된 윤활유 성분은 연료가스와 함께 엔진에 공급되어 연소된 후 배출되는데, 이때 배기가스의 배출라인에 설치된 센서의 오작동을 야기시킬 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 윤활유 성분에 의한 센서의 오작동을 방지하기 위해서, 배기가스의 배출라인에 기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박용 가스처리 시스템으로서, 액화가스 및 상기 액화가스에서 발생된 증발가스를 함께 저장하기 위한 저장탱크와; 상기 저장탱크에 저장되어 있던 상기 액화가스 및 상기 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진과; 상기 엔진에서 연소된 후 배출되는 배기가스에 포함된 오일 성분을 분리하기 위한 기유분리기와; 상기 기유분리기의 하류측에 설치되는 가스 검출기; 를 포함하는, 선박용 가스처리 시스템이 제공될 수 있다.

상기 선박용 가스처리 시스템은, 상기 저장탱크에 저장되어 있던 상기 증발가스를 상기 엔진에서 요구하는 압력까지 압축하기 위한 압축수단을 더 포함할 수 있다.

상기 압축수단은 윤활유를 사용하는 다단압축기일 수 있다.

상기 엔진은 MEGI 엔진일 수 있으며, 상기 압축수단은 상기 증발가스를 100 내지 400 bar로 압축하여 상기 MEGI 엔진에 공급할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 선박용 가스처리 시스템은, 상기 기유분리기에 의해 배기가스로부터 분리된 오일 성분을 처리하는 폐유 처리수단을 더 포함할 수 있다.

상기 기유분리기는, 배기가스가 유동하는 통로의 면적을 증가시켜 유속을 떨어뜨림으로써 가스에 비해 무거운 오일 성분이 아래쪽으로 떨어지는 원리를 이용하여 오일 성분을 분리해 내도록 구성될 수 있다.

또는, 상기 기유분리기는 배기가스를 여과함으로써 오일 성분으로 분리할 수 있는 오일필터일 수 있다.

상기 배기가스에 포함된 오일 성분은, 윤활유 성분과, 윤활유가 연소된 후 생성되는 연소생성물을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기체 내에 포함된 유분을 분리해낼 수 있는 기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명에 의하면, 연료가스에 혼입된 윤활유 성분으로 인해 배기가스에 포함될 수 있는 유분을 배기가스로부터 분리해 낼 수 있어, 배기가스 배출라인에 설치된 센서의 오작동을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템의 개략적인 구성도이다.

본 발명에 따른 기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템은, 선체의 내부에 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크와, 이 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 연료로서 사용할 수 있는 엔진을 포함하는 해상 구조물에 적용될 수 있다.

액화가스, 예컨대 액화천연가스를 연료로서 사용할 수 있는 고압가스 분사 엔진으로서는 예를 들어 MEGI 엔진을 들 수 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 플랜트 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, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템을, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1에는 본 발명에 따른 기유분리기를 갖춘 선박용 가스처리 시스템의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 선박용 가스처리 시스템은, 액화가스를 저장하기 위한 저장탱크(10)와, 이 저장탱크에 저장되어 있던 액화가스를 연료로서 사용하는 엔진(20)과, 이 엔진에서 연소된 후 배출되는 배기가스에 포함된 오일 성분을 분리하기 위한 기유분리기(30)를 포함한다.

저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 상온상압에서는 기체상태로 존재하는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등의 탄화수소 가스일 수 있다. 전술한 탄화수소 가스는 극저온으로 냉각되어 액화된 후 액화가스 상태(예를 들어 LNG)로 저장탱크(10)에 저장된다. 저장탱크는 LNG 등의 액화가스를 극저온 상태로 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열 방벽을 갖추고 있지만, 외부로부터 전달되는 열을 완벽하게 차단할 수는 없다. 그에 따라 저장탱크(10) 내에서는 액화가스의 증발이 지속적으로 이루어지며, 저장탱크(10)의 상부에는 액화가스로부터 발생한 증발가스가 존재하게 된다.

엔진(20)은, 저장탱크(10)에 저장되어 있는 액화가스와 증발가스를 모두 연료로서 공급받을 수 있다. 액화가스 및 증발가스의 압력 및 온도를 엔진(20)에서 요구하는 압력 및 온도조건에 맞춰 처리한 후 엔진(20)에 공급하기 위해서 연료가스 공급부(12)가 설치된다.

연료가스 공급부(12)는 저장탱크(10)로부터 엔진(20)까지 연장하는 연료가스 공급라인(L1)에 설치될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 연료가스 공급부(12)는, 액화가스의 압력을 조절하기 위한 펌핑수단(예를 들어, 펌프), 증발가스의 압력을 조절하기 위한 압축수단(예를 들어, 압축기), 액화가스 및 증발가스의 온도를 조절하기 위한 온도조절수단(예를 들어, 기화기, 히터, 쿨러 등) 등을 포함할 수 있다.

증발가스를 가압하여 압력을 조절하는 압축수단은 다수의 압축기와 다수의 중간냉각기를 포함하는 다단압축기일 수 있다. 100 내지 400 bar 정도의 고압, 혹은 100 내지 300 bar 정도의 고압, 혹은 150 내지 300 bar 정도의 고압, 혹은 150 내지 250 bar 정도의 고압으로 증발가스를 압축할 수 있도록 제작되는 압축수단에 포함된 다수의 압축기 중 일부의 압축기는 무급유 윤활(oil-free) 방식으로 동작하고, 나머지 압축기는 급유 윤활(oil-lubricated) 방식으로 동작할 수 있다.

전술한 바와 같은 압축수단의 특성으로 인해 압축된 증발가스에는 오일(윤활유) 성분이 혼입될 수 있다.

연료가스 공급라인(L1)에서 연료가스 공급부(12)의 하류측에는 가스밸브 트레인(14)이 설치될 수 있다. 가스밸브 트레인(14)은, 엔진(20)의 운전상태에 맞춰, 연료가스가 엔진(20)에 공급될 수 있도록 동작될 수 있다. 필요시, 가스밸브 트레인(14)은, 엔진(20)에서 요구하는 연료량 이상의 연료가스가 우회라인(L2)을 통해 엔진(20)을 우회하도록 동작될 수 있다.

본 실시예에서는 엔진(20)으로서 MEGI 엔진을 사용하는 것으로 예시하고 있지만, 본 발명은 반드시 MEGI 엔진만으로 한정되는 것은 아니며, 100 내지 400 bar 정도의 압력, 혹은 100 내지 300 bar 정도의 압력, 혹은 150 내지 300 bar 정도의 압력, 혹은 150 내지 250 bar 정도의 압력으로 압축된 연료가스를 연료로서 사용할 수 있는 엔진이라면 다른 종류의 엔진을 사용할 수 있다.

엔진(20)에서 연소된 후 배출된 배기가스는 배기가스 배출라인(L3)을 통해 대기중으로 배출될 수 있다. 연료가스의 압축시 연료가스에 혼입된 윤활유 성분으로 인해 배기가스 중에 잔존하는 오일 성분은 배기가스 배출라인(L3)에 설치된 기유분리기(30)를 통해 제거될 수 있다.

기유분리기(30)는, 예를 들어, 배기가스가 유동하는 통로의 면적을 증가시켜 유속을 떨어뜨림으로써 상대적으로 무거운 오일 성분이 아래쪽으로 떨어지는 원리를 이용하여 오일을 분리해 내도록 구성될 수 있다. 또는, 도시하지는 않았지만, 기유분리기는 배기가스를 오일필터에 의해 여과함으로써 오일을 분리해 내도록 구성될 수도 있다.

배기가스 배출라인(L3)에서 기유분리기(30)에 하류측에는 소음기(26)와 가스 검출기(28)가 설치될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 기유분리기(30)에서 배기가스에 함유된 오일 성분을 분리해 냄으로써, 가스 검출기(28)의 오염을 방지할 수 있고, 가스 검출기(28)에 의한 검출작업이 더욱 정확하게 수행될 수 있다.

위에서는 기유분리기(30)에서 배기가스 중에 포함된 오일 성분을 분리해 내는 것으로 설명하였지만, 본 명세서에서 오일 성분이란 가스 검출기(28)를 오염시킬 수 있는 물질을 의미하는 것으로 간주되어야 한다. 즉, 오일 성분은, 윤활유 성분을 비롯하여, 윤활유가 연소된 후 생성되는 그을음 등의 연소생성물을 포함할 수 있다.

기유분리기(30)에서 분리된 오일 성분은, 기유분리기(30)의 바닥에 모이게 되고, 필요시마다 간헐적으로 혹은 정기적으로 기유분리기(30)로부터 배출되도록 구성될 수 있다. 기유분리기(30)의 바닥에 고인 오일 성분은, 벤트라인(L4)에 설치된 개폐밸브(32)를 개방시켜 배출시킬 수 있다. 벤트라인(L4)을 통하여 기유분리기(30)의 바닥에 고인 오일 성분이 원활하게 배출될 수 있도록, 벤트라인(L4)에는 펌프(도시생략)가 설치될 수도 있다.

배출된 오일 성분은 벤트라인(L4)을 통해 폐유 처리수단(34)으로 공급되어 처리될 수 있다. 폐유 처리수단(34)은 폐유를 정화시키기 위한 설비일 수도 있고, 단순히 폐유를 저장하기 위한 설비일 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 저장탱크
12: 연료가스 공급부
14: 가스밸브 트레인
20: 엔진
26: 소음기
28: 가스 검출기
30: 기유분리기
32: 개폐밸브
34: 폐유 처리수단

Claims (8)

1. 선박용 가스처리 시스템으로서,
   액화가스 및 상기 액화가스에서 발생된 증발가스를 함께 저장하기 위한 저장탱크와;
   상기 저장탱크에 저장되어 있던 상기 액화가스 및 상기 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진과;
   상기 엔진에서 연소된 후 배출되는 배기가스에 포함된 오일 성분을 분리하기 위한 기유분리기와;
   상기 기유분리기의 하류측에 설치되는 가스 검출기;
   를 포함하는, 선박용 가스처리 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 저장탱크에 저장되어 있던 상기 증발가스를 상기 엔진에서 요구하는 압력까지 압축하기 위한 압축수단을 더 포함하는, 선박용 가스처리 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 압축수단은 윤활유를 사용하는 다단압축기인, 선박용 가스처리 시스템.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 엔진은 MEGI 엔진이고,
   상기 압축수단은 상기 증발가스를 100 내지 400 bar로 압축하여 상기 MEGI 엔진에 공급할 수 있도록 구성되는, 선박용 가스처리 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 기유분리기에 의해 배기가스로부터 분리된 오일 성분을 처리하는 폐유 처리수단을 더 포함하는, 선박용 가스처리 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 기유분리기는, 배기가스가 유동하는 통로의 면적을 증가시켜 유속을 떨어뜨림으로써 가스에 비해 무거운 오일 성분이 아래쪽으로 떨어지는 원리를 이용하여 오일 성분을 분리해 내도록 구성되는, 선박용 가스처리 시스템.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 기유분리기는 배기가스를 여과함으로써 오일 성분으로 분리할 수 있는 오일필터인, 선박용 가스처리 시스템.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 배기가스에 포함된 오일 성분은, 윤활유 성분과, 윤활유가 연소된 후 생성되는 연소생성물을 포함하는, 선박용 가스처리 시스템.

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