KR20200027184A - 선박의 연료공급시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
선박의 연료공급시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 연료공급시스템은, 선박의 엔진에 연료로 공급될 액화가스가 저장되는 연료탱크; 선박의 카고탱크 또는 상기 연료탱크로부터 액화가스를 공급받아 상기 엔진의 연료공급조건으로 상기 엔진에 공급하는 연료공급부; 상기 선박의 카고탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 재액화하는 재액화부; 및 상기 재액화부에서 재액화된 액화가스를 상기 연료공급부 전단으로 공급하는 재액화가스 공급라인; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 선박의 연료공급시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 연료탱크 또는 카고탱크에 저장된 액화가스를 연료공급부로 공급하여 선박에 마련된 엔진의 연료공급조건으로 맞추어 엔진에 공급하되, 카고탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 재액화부로 공급하여 재액화된 재액화가스를 연료공급부를 거쳐 엔진에 연료로 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 연료공급시스템 및 방법에 관한 것이다.
LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭 감소하므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
석유가스의 액화 온도는 상압 약 -42℃의 저온이고, LPG는 상압 -42℃보다 높으면 증발되므로, 선박의 LPG 저장탱크에는 단열처리가 되어있다. 그러나 외부의 열이 지속적으로 LPG에 전달되므로, LPG 수송 과정에서 LPG 저장탱크 내에서 지속적으로 LPG가 기화되어 LPG 저장탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.
종래 LPG 운반선에서는 LPG 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 LPG 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하므로, LPG 저장탱크에 내압구조를 갖추는 한편 탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위해 증발가스 재액화 장치를 사용하였다.
그러나 흡입 펌프, 왕복 압축기, 냉각기, 응축기, 팽창 밸브 등으로 구성되어 증발가스를 응축시켜 재액화시키는 증발가스 재액화 장치를 사용하면, 많은 전력이 소모되어 운전 비용이 증가하며 초기 시설 투자비가 상승하고, 선박의 한정된 공간에 대형 장치를 설치해야 하므로 선내에 공간 확보가 어려운 문제점이 있다.
한편, 종래의 LPG 운반선 등에는 선박의 추진 연료로서 상대적으로 가격이 저렴한 벙커C유 등의 중유를 사용하는 연료 공급 시스템을 채용하고 있는데, 이러한 중유 연료 공급 시스템은 중유 연료 사용에 대한 국제적인 배기가스 배출규제 강화로 황 성분이 적은 중유 연료 탱크(LSHFO tank)를 별도로 설치해야 했고, 국제적인 환경규제 기준에 적합한 친환경적인 연료 공급 시스템의 요구가 커졌다.
최근에는 LPG 또는 LNG 운반선에서 LPG 또는 LNG 및 그로부터 발생하는 증발가스를 추진 연료로 사용하는 연료공급시스템의 적용이 늘어나고 있고, 국제적인 배기가스 배출규제 강화에 따라 LPG 또는 LNG 운반선 외에 일반 선박에서도 LNG나 LPG 등을 추진 연료로 사용하는 선박이 증가하고 있다.
LPG를 추진연료로 사용하는 선박의 종래 연료공급시스템의 일 예를 도 1이 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액화석유가스는 연료저장탱크(T)로부터 고압 펌프(10), 히터(20)를 거쳐 선내 엔진(E)으로 공급된다. 고압 펌프와 히터 사이에는 고압의 연료를 단속하기 위한 차단 밸브가 구성될 수 있다.
초대형 선박의 운항을 위해서는 엔진에서 많은 연료의 공급이 필요하므로, 그에 따라 연료저장탱크와 매니폴드의 사이즈를 크게 하거나, 연료저장탱크에 연료를 충전하여 엔진에 공급할 연료를 확보하여야 한다.
예를 들어 VLGC(Very Large Gas Carrier)의 경우, 기존의 표준크기 84K에서 85K를 초과하게 되면 OCIMF(Oil Companies International Marine Forum) 가이드라인에 따라 category B2에서 B3로 변경된다.
그러나 연료저장탱크와 매니폴드의 사이즈를 크게 하는 것은 한정된 선내 공간을 고려할 때 선내 공간 확보 문제로 한계가 있다. 한편, 선내 카고탱크로부터 연료저장탱크로 연료를 공급하여 충전하기 위해 카고탱크에 설치된 펌프를 이용하는 경우 연료저장탱크에 비해 펌프의 용량이 과도하게 커서 카고탱크로 리턴되는 연료로 인해 증발가스 발생량이 크게 늘어날 수 있고, 연료저장탱크로 연료 공급을 위해 별도의 펌프를 설치하는 경우 설치비로 인해 CAPEX가 증가되는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 연료저장탱크의 사이즈를 늘리거나 카고탱크에 별도의 펌프를 설치하지 않고 연료저장탱크로 연료를 충전하여 선내 엔진에 필요한 연료를 확보할 수 있는 연료공급시스템을 제안하고자 한다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 엔진에 연료로 공급될 액화가스가 저장되는 연료탱크;
선박의 카고탱크 또는 상기 연료탱크로부터 액화가스를 공급받아 상기 엔진의 연료공급조건으로 상기 엔진에 공급하는 연료공급부;
상기 카고탱크에 저장된 액화석유가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 재액화하는 재액화부; 및
상기 재액화부에서 재액화된 액화석유가스를 상기 연료공급부 전단으로 공급하는 재액화가스 공급라인; 을 포함하는 선박의 연료공급시스템이 제공된다.
바람직하게는, 해수의 온도가 높아 상기 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 많은 경우 상기 재액화부에서 재액화된 재액화가스가 상기 연료공급부로 공급되어 상기 엔진에 연료로 공급될 수 있다.
바람직하게는 상기 연료탱크에 저장된 액화가스는 액화석유가스이고, 상기 엔진은 액화석유가스를 고압 액체 상태로 공급받는 엔진일 수 있다.
바람직하게는 상기 재액화부는, 상기 카고탱크로부터 공급되는 증발가스를 압축하는 압축기; 및 상기 압축기에서 압축된 상기 증발가스를 냉각시켜 응축시키는 응축기; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 카고탱크 또는 연료탱크에 저장된 액화가스를 연료공급부로 공급하여 상기 선박에 마련된 엔진의 연료공급조건으로 맞추어 상기 엔진에 공급하되,
상기 선박의 카고탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 재액화부로 공급하여 재액화된 재액화가스를 상기 연료공급부를 거쳐 상기 엔진에 연료로 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 연료공급방법이 제공된다.
바람직하게는, 해수의 온도가 높아 상기 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 많은 경우 상기 재액화부에서 재액화된 재액화가스가 상기 연료공급부로 공급되어 상기 엔진에 연료로 공급되고,
해수의 온도가 낮아 상기 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 적은 경우 상기 연료탱크 또는 카고탱크에 저장된 액화가스가 상기 연료공급부로 공급되어 상기 엔진에 연료로 공급될 수 있다.
본 발명은, 해수의 온도가 높아 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 많은 경우 재액화부에서 재액화된 재액화가스를 연료공급부로 공급하여 선내 엔진에 연료로 공급하고, 해수의 온도가 낮아 증발가스의 양이 적은 때에는 연료탱크 또는 카고탱크에 저장된 액화가스를 연료공급부로 공급하여 엔진에 연료로 공급할 수 있도록 한다.
그에 따라 카고탱크에 별도의 펌프 설치하는 경우 발생하는 CAPEX 증가를 방지하고, 기존의 증발가스 재액화를 위한 설비를 이용하여 선내 엔진에 필요한 연료를 확보할 수 있게 한다.
또한, 증발가스로부터 재액화시킨 재액화가스를 카고탱크로 복귀시키지 않으므로 재액화가스 복귀로 인해 카고탱크에 열이 유입되어 증발가스 발생이 증가하는 것을 방지할 수 있고, 카고탱크의 탱크압 관리에 유리하다.
도 1은 LPG를 추진연료로 사용하는 선박의 종래 연료공급시스템의 일 예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
후술하는 본 발명의 실시예들에서 선박은, 액화가스를 추진용 엔진의 연료 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스를 연료로 사용하는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LPG 운반선, LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 액화석유가스 운반선인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 본 실시예들은 저온으로 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 엔진의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스의 연료공급시스템에 적용될 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예들에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LPG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료공급시스템은, 선박의 엔진(E)에 연료로 공급될 액화가스가 저장되는 연료탱크(FT)와, 선박의 카고탱크(CT) 또는 연료탱크(FT)로부터 액화가스를 공급받아 엔진의 연료공급조건으로 엔진에 공급하는 연료공급부(100)와, 카고탱크(CT)에 저장된 액화석유가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 재액화하는 재액화부(200)와, 재액화부에서 재액화된 액화석유가스를 연료공급부 전단으로 공급하는 재액화가스 공급라인(RL)을 포함한다.
본 실시예에서는, 해수의 온도가 높아 카고탱크(CT)에서 발생하는 증발가스의 양이 많은 경우 재액화부(200)에서 재액화된 재액화가스가 재액화가스 공급라인(RL)을 통해 연료공급부(100)로 공급되어 엔진(E)에 연료로 공급되고, 해수의 온도가 낮아 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 적은 경우에는, 연료탱크(FT)에 저장된 액화가스가 연료공급라인(SL)을 통해 연료공급부(100)로 공급되어 엔진(E)에 연료로 공급된다.
이와 같이 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 많은 때에는 이를 재액화하여 엔진으로 공급하여 연료탱크에 저장된 연료사용을 줄임으로써, 연료탱크의 사이즈를 늘리거나 카고탱크에 별도의 펌프를 설치하여 연료탱크에 연료를 충전하지 않고도 선내 엔진에 필요한 연료를 확보할 수 있게 한다. 또한, 카고탱크에서 발생하는 증발가스를 효과적으로 처리하고, 재액화된 증발가스를 카고탱크로 복귀시키지 않아 재액화가스의 복귀로 카고탱크에 열이 유입되어 증발가스 발생이 증가하는 것을 방지할 수 있어, 카고탱크의 탱크압 관리에 유리하다.
한편, 본 실시예의 엔진(E)은 연료탱크에 저장된 액화석유가스를 연료로 공급받는 엔진으로, 압축성 유체, 인화점이 낮은 액체 연료를 고압의 액체 상태로 공급받는 선박의 추진용 엔진일 수 있으며 일 예로, MAN Diesel & Turbo사(社)의 ME-LGI 엔진일 수 있다. 메탄올과 LPG의 액체+액체 연료가 공급되거나, 에탄올, 프로판, 부탄 등의 액화가스 및 그 혼합물이 연료로 공급될 수 있다. 연료는 추진용 엔진에 고압 액체 상태로 분사되어 공급될 수 있다.
연료탱크(FT)는 설계 압력(design pressure)이 15 내지 20bar_g인 fuel service tank일 수 있고, 데크의 상부 또는 하부에 설치될 수 있다.
연료공급부(100)는 액화석유가스를 엔진의 연료공급조건에 맞추어 엔진으로 공급하기 위한 하나 이상의 펌프(미도시)와 히터 또는 열교환기(미도시)를 포함하여 구성되며, 액화석유가스는 펌프와 히터 또는 열교환기를 거쳐 40 내지 60 bar_a, 20 내지 60 ℃의 고압 액체 상태로 엔진에 공급될 수 있다.
한편, 재액화부(200)는, 카고탱크로부터 공급되는 증발가스를 압축하는 압축기(미도시)와, 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각시켜 응축시키는 응축기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 재액화부는 추가로 열교환기(미도시)와 팽창밸브(미도시)를 더 포함할 수 있고, 응축기에서 액화된 재액화가스는 열교환기에서 과냉각되고 팽창밸브를 거쳐 팽창되어 연료탱크로 공급된다.
연료탱크에서 발생하는 증발가스 또한 재액화부로 공급하여 재액화시킨 후 연료공급부로 공급할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예의 시스템은 선박의 카고탱크 또는 연료탱크에 저장된 액화가스를 연료공급부로 공급하여 선박에 마련된 엔진의 연료공급조건으로 맞추어 엔진에 공급하되, 해수의 온도가 높아 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 많은 경우 재액화부에서 재액화된 재액화가스를 연료공급부로 공급하여 엔진에 연료로 공급하고, 해수의 온도가 낮아 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 적은 경우 연료탱크 또는 카고탱크에 저장된 액화가스를 연료공급부로 공급하여 엔진에 연료로 공급하도록 운용된다.
본 실시예의 시스템 운용을 통해, 연료탱크에 저장된 연료사용을 줄임으로써, 연료탱크의 사이즈를 늘리거나 카고탱크에 별도의 펌프를 설치하여 연료탱크에 연료를 충전하지 않아 CAPEX 증가를 방지하면서도, 선내 엔진에 필요한 연료를 충분히 확보할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
E: 엔진
FT: 연료탱크
CT: 카고탱크
100: 연료공급부
200: 재액화부
RL: 재액화가스 공급라인
SL: 연료공급라인
FT: 연료탱크
CT: 카고탱크
100: 연료공급부
200: 재액화부
RL: 재액화가스 공급라인
SL: 연료공급라인
Claims (6)
- 선박의 엔진에 연료로 공급될 액화가스가 저장되는 연료탱크;
선박의 카고탱크 또는 상기 연료탱크로부터 액화가스를 공급받아 상기 엔진의 연료공급조건으로 상기 엔진에 공급하는 연료공급부;
상기 카고탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 재액화하는 재액화부; 및
상기 재액화부에서 재액화된 액화가스를 상기 연료공급부 전단으로 공급하는 재액화가스 공급라인; 을 포함하는 선박의 연료공급시스템. - 제 1항에 있어서,
해수의 온도가 높아 상기 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 많은 경우 상기 재액화부에서 재액화된 재액화가스가 상기 연료공급부로 공급되어 상기 엔진에 연료로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 연료공급시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 연료탱크에 저장된 액화가스는 액화석유가스이고,
상기 엔진은 액화석유가스를 고압 액체 상태로 공급받는 엔진인 것을 특징으로 하는 선박의 연료공급시스템. - 제 1항에 있어서, 상기 재액화부는
상기 카고탱크로부터 공급되는 증발가스를 압축하는 압축기; 및
상기 압축기에서 압축된 상기 증발가스를 냉각시켜 응축시키는 응축기; 를 포함하는 선박의 연료공급시스템. - 선박의 카고탱크 또는 연료탱크에 저장된 액화가스를 연료공급부로 공급하여 상기 선박에 마련된 엔진의 연료공급조건으로 맞추어 상기 엔진에 공급하되,
상기 카고탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 재액화부로 공급하여 재액화된 재액화가스를 상기 연료공급부를 거쳐 상기 엔진에 연료로 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 연료공급방법. - 제 5항에 있어서,
해수의 온도가 높아 상기 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 많은 경우 상기 재액화부에서 재액화된 재액화가스가 상기 연료공급부로 공급되어 상기 엔진에 연료로 공급되고,
해수의 온도가 낮아 상기 카고탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 적은 경우 상기 연료탱크 또는 카고탱크에 저장된 액화가스가 상기 연료공급부로 공급되어 상기 엔진에 연료로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 연료공급방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102329602B1 (ko) * | 2020-08-03 | 2021-11-22 | 한국해양과학기술원 | 액체공기를 이용한 선박의 운용시스템 및 그 운용장치 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090131989A (ko) * | 2008-06-19 | 2009-12-30 | 대우조선해양 주식회사 | Ｌｐｇ 운반선의 연료 공급 시스템 및 방법 |
| KR20110046946A (ko) * | 2009-10-29 | 2011-05-06 | 대우조선해양 주식회사 | 고압가스 분사엔진과 저압가스 분사엔진을 갖는 액화연료가스 추진 선박에 연료가스를 공급하는 시스템 |
| KR20160070346A (ko) * | 2014-12-10 | 2016-06-20 | 대우조선해양 주식회사 | 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법 |
-
2018
- 2018-09-04 KR KR1020180105176A patent/KR102654823B1/ko active IP Right Grant
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