KR20220078749A - Ｌｐｇ 연료 선박의 연료 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LPG를 연료로 사용하는 선박의 LPG 연료 엔진으로 LPG 연료를 효과적으로 공급할 수 있는 LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템은, LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 저장하는 LPG 저장탱크; LPG를 연료로 사용하는 LPG 연료 엔진; 상기 LPG 저장탱크로부터 배출된 LPG를 상기 LPG 연료 엔진으로 공급하는 저인화점 연료 공급부; 상기 저인화점 연료 공급부 또는 상기 LPG 연료 엔진으로부터 회수되는 잔여의 LPG를 수용하는 녹아웃 드럼; 상기 녹아웃 드럼 내 액상 LPG의 수위가 상기 녹아웃 드럼의 적정 체류량 미만이 되도록 상기 녹아웃 드럼 내 액상 LPG의 기화를 촉진하는 강제 기화부; 및 상기 녹아웃 드럼 내 액상의 LPG 수위를 감지하여, 수위가 적정 체류량을 초과하면 작동되어 녹아웃 드럼 내 액상의 LPG를 배출시키는 수위 조절기;를 포함할 수 있다.

Description

ＬＰＧ 연료 선박의 연료 공급 시스템 {Liquefied Petroleum Gas Fueled Ship and Fuel Supply System of LPG Fueled Ship}
본 발명은 LPG를 연료로 사용하는 선박의 LPG 연료 엔진으로 LPG 연료를 효과적으로 공급할 수 있는 LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
대기환경오염을 방지하기 위한 국제적인 규제가 강화되면서, 선박용 연료의 변화를 불러오고 있으며, 황을 포함하지 않는 청정연료에 대한 수요가 늘어나고 있다. 이 중 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스가 대표적인 선박의 미래 연료로서 적용되고 있는 가운데, 프로판(propane)과 부탄(butane)을 주성분으로 하는 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas) 역시 효과적인 선박용 추진 연료로 부상하고 있다.
또한, LPG는 석유 정제 및 천연가스의 액화과정에서 가장 먼저, 그리고 가장 많이 생산되는 부산물로서, LPG의 해상 물동량이 증가하고 있으며, 세계적으로 LPG 인프라가 성장함에 따라 LPG 운반선(LPG carrier, LPG tanker)의 수요는 더 많아질 것으로 기대된다.
일반적인 LPG 운반선의 추진 시스템은, 경유, HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MDO(Marine Diesel Oil)와 같은 오일 연료를 사용하는 디젤 엔진으로 구성되는데, 근래 LPG를 LPG 운반선의 엔진 연료로 사용하도록 하는 LPG 연료 선박이 제안된 바 있다.
선박의 엔진으로서 적용되는 2 행정 엔진은 전통적으로 연료유와 같은 액체 연료로 작동되나, 환경에 대한 관심이 증가함에 따라, 가스, 메탄올 등과 같은 대체 연료로 작동될 수 있도록 발전하고 있다. 특히, 메탄올, 에탄올, LPG와 같은 저인화점 연료를 2 행정 엔진의 연료로 사용할 때, 중유를 연료로 사용할 때와 비교하여 배기가스 내 SOx, CO2 등 환경오염 물질의 농도가 상당히 낮은 수준이다.
이러한 저인화점 연료는 인화점이 낮기 때문에 엔진의 다른 장치 중 하나로 누출되어 윤활유 시스템 등의 다른 유체와 혼합될 경우 심각한 문제를 일으킨다. 저인화점 연료는 본질적으로 점화되기 쉽고 그 증기는 쉽게 폭발성 혼합물을 형성할 수 있다. 따라서, 저인화점 연료가 엔진의 다른 장치로 들어가게 되면 안전상의 이유로 엔진 작동을 중지하고 해당 장치의 모든 액체를 청소하거나 교체해야 하므로 엔진 사용자에게는 비용이 많이 들고 번거로운 일이 된다.
이와 같이, 2 행정 엔진에 대해 공지된 가스 연료 공급 시스템은, 압축성이 비교적 높은 LPG 또는 임의의 유사한 저인화점 연료로 작동할 때 밸브, 배관 등 부속 장치들도 높은 압력을 고려하여 구비되어야 하는 등 저인화점 연료에 대한 연료 공급 시스템을 따로 제공할 필요가 있다.
도 1에는 LPG 연료 공급 시스템이 간략하게 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기본적인 LPG 연료 공급 시스템은, LPG 공급탱크(service tank)(T)로부터 배출시킨 LPG를, 연료 부스터 펌프(P)를 이용하여 LPG 연료 엔진(E)이 요구하는 압력으로 압축하고, 애프터 히터(H)를 이용하여 압축된 LPG를 LPG 연료 엔진(E)이 요구하는 온도로 가열하여, LPG 연료 엔진(E)으로 공급한다.
이때, LPG 연료 공급 시스템은, 엔진의 LPG 연료 소모량보다 많은 양의 LPG 연료를 LPG 연료 엔진으로 공급한 후, 소모량을 초과하는 남는 유량은 LPG 공급탱크(T)로 회수하여 순환시키도록 구성된다.
엔진(E)의 멈춤이나 이머젼시 셧 다운(emergency shutdown)이 발생했을 때, 연료 공급라인 상에 남아있는 잔여 LPG는 회수라인(L)을 통해 녹아웃 드럼(미도시)으로 즉각 회수한다.
녹아웃 드럼으로 회수되는 LPG 연료는, 기체 상태 또는 기액 혼합 상태이다. 녹아웃 드럼으로 회수된 기체 상태의 LPG는 벤트 마스트를 통해 벤팅(ventilation)시킬 수 있다.
그뿐 아니라, 엔진(E)으로부터 회수되는 LPG 연료에는 엔진(E)에서 유출된 윤활유 등 오일이 포함되어 있으므로, 재액화하기에 적합하지 않을 뿐더러 LPG 공급탱크(T)로 회수하기에는 LPG 공급탱크(T) 내의 LPG가 오염되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은, LPG 연료 공급 시스템을 계속해서 운전하기 위하여, 녹 아웃 드럼에 회수된 액체 상태의 LPG를 원활하게 기화시켜 벤팅시킬 수 있도록 기화부를 포함하는, LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 저장하는 LPG 저장탱크; LPG를 연료로 사용하는 LPG 연료 엔진; 상기 LPG 저장탱크로부터 배출된 LPG를 상기 LPG 연료 엔진으로 공급하는 저인화점 연료 공급부; 상기 저인화점 연료 공급부 또는 상기 LPG 연료 엔진으로부터 회수되는 잔여의 LPG를 수용하는 녹아웃 드럼; 상기 녹아웃 드럼 내 액상 LPG의 수위가 상기 녹아웃 드럼의 적정 체류량 미만이 되도록 상기 녹아웃 드럼 내 액상 LPG의 기화를 촉진하는 강제 기화부; 및 상기 녹아웃 드럼 내 액상의 LPG 수위를 감지하여, 수위가 적정 체류량을 초과하면 작동되어 녹아웃 드럼 내 액상의 LPG를 배출시키는 수위 조절기;를 포함하며, 상기 LPG 연료 엔진은 상기 수위 조절기가 작동되면, 상기 녹아웃 드럼 내 수위가 적정 체류량 이하가 될 때까지 시동되지 않는, LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 강제 기화부는, 상기 녹아웃 드럼 내 기상 LPG가 배출되는 라인 상에 설치되며, 상기 녹아웃 드럼으로부터 배출되는 기상 LPG의 증발압력을 낮추어 상기 녹아웃 드럼 내 액상 LPG의 기화를 촉진하는 배출용 팬; 및 상기 녹아웃 드럼 내부에 설치되며 열원과의 열교환에 의해 상기 액상 LPG를 기화시키는 열교환부; 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환부에서 상기 액상의 LPG를 기화시키는 열원은, 선내 중앙 냉각 시스템으로부터 공급되는 냉각수일 수 있다.
바람직하게는, 상기 중앙 냉각 시스템으로부터 열교환부로 공급되는 냉각수의 온도는 40℃일 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환부에서 상기 액상의 LPG를 기화시키는 열원은, 선내 스팀 생성 장치로부터 공급되는 스팀, 선내 열유 순환 시스템으로부터 공급되는 열유 및 선내 글리콜 순환 시스템으로부터 공급되는 글리콜 중 어느 하나 이상일 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환부는 전기 히터일 수 있다.
바람직하게는, 상기 녹아웃 드럼은, 액체, 기체 또는 기액 혼합 상태의 잔여 LPG가 상기 녹아웃 드럼으로 유입되도록 하는 유입구; 상기 녹아웃 드럼 내 액상의 LPG가 외부로 배출되도록 하는 액상 배출구; 및 상기 녹아웃 드럼 내 기상의 LPG가 외부로 배출되도록 하는 기상 배출구;를 포함하고, 상기 기상 배출구는 선내 벤트 마스트와 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 저인화점 연료 공급부는, 상기 LPG 저장탱크로부터 배출된 LPG를 상기 LPG 연료 엔진에서 요구하는 압력으로 압축시키는 연료 부스터 펌프; 및 상기 연료 부스터 펌프에 의해 압축된 LPG를 상기 LPG 연료 엔진에서 요구하는 온도로 가열시키는 애프터 히터;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템은, 녹아웃 드럼 내 수위가 적정 체류량을 초과하지 않도록 하거나 또는 초과하였을 때 빠르게 수위가 낮아지도록 함으로써, 엔진을 원활하게 운전시킬 수 있다.
도 1은 LPG 연료 공급 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 녹아웃 드럼의 내부와 기상 LPG 배출라인을 간략하게 도시한 구성도이다.
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. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
후술하는 본 발명의 일 실시예들은, 선박에 적용될 수 있으며, 특히, LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 연료로 사용하는 엔진을 추진용 엔진 및/또는 발전용 엔진으로 사용하고, LPG를 화물 및/또는 연료로서 저장하는 LPG 저장탱크가 구비된 선박에 적용될 수 있다. 본 명세서에서는, 선박으로서 LPG 운반선(LPG Carrier, LPG Tanker)을 예로 들어 설명하기로 하나 이에 한정하는 것은 아니고, 일반 여객선이나 컨테이너선 등 다양한 선박에도 적용될 수 있다.
LPG는, 프로판(propane), 부탄(butane) 등이 혼합되어 있는 혼합물로서, 생산지에 따라 그 조성은 약간씩 다를 수 있다. 본 명세서에서 LPG는 프로판과 부탄을 주성분으로 하는 것을 예로 들어 설명하기로 하나, LPG의 조성에 대하여 한정하는 것은 아니다.
또한, 개발한 ME-LGI(Liquid Gas Injection) 엔진은, 액체 가스 연료를 사용할 수 있다. ME-LGI 엔진은, 고압 액체 가스 분사 방식의 이중연료 엔진(dual-fuel engine)으로, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), DME(dimethylether) 및 LPG와 같은 저인화점 액체(LFL; Low Flashpoint Liquid)를 연료로 사용할 수 있으며, 디젤 사이클로 구동된다.
연료가 가스상으로 분사되는 ME-GI 엔진과는 달리, ME-LGI 엔진은, 저인화점 액체 연료를 위한 이중 연료 엔진이다. ME-LGI 엔진은 메탄올과 같이 세탄가가 낮아 특히 자연 발화(self-ignition)의 품질(quality)이 좋지 않은 연료의 적용을 성공적으로 극복할 수 있도록 설계되었다.
ME-LGI 엔진은, 메탄올 연료를 사용할 수 있도록 메탄올 작동을 위해 설계된 액체 가스 분사 엔진인 ME-LGIM(Liquid Gas Injection Methanol) 엔진과, LPG를 연료로 사용할 수 있도록 LPG 작동을 위해 설계된 액체 가스 분사 엔진인 ME-LGIP 등으로 구분되며, 연료의 특성에 따라 설계 구조와 연료 공급 시스템 및 방법이 변경되어야 한다.
후술하는 본 실시예들에서는, LPG 연료 엔진으로서, ME-LGIP가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템을 설명하기로 한다.
먼저 도 2를 참조하면, LPG 연료 공급 시스템은, LPG를 저장하는 LPG 공급탱크(service tank)(100); LPG 공급탱크(100)에 저장된 LPG를 연료로 사용하는 LPG 연료 엔진(300); 및 LPG 공급탱크(100)에 저장된 LPG를 연료화하여 LPG 연료 엔진(300)으로 공급하는 저인화점 연료 공급부(LFSS; Low-flash point Fuel Supply System)(200);를 포함한다.
본 실시예에 따르면, LPG 공급탱크(100)와 구별되는 별도의 LPG 저장탱크(미도시)가 더 구비될 수 있다. 이 경우, 예를 들어, LPG 저장탱크 내부에 설치된 LPG 펌프를 이용하여 LPG 공급탱크(100)로 1일당 필요한 LPG 연료량 만큼만 공급하여, LPG 공급탱크(100)에 저장된 LPG 연료를 1일 동안 저인화점 연료 공급부(200)를 통해 LPG 연료 엔진(300)으로 공급해줄 수 있다. 즉, LPG 공급탱크(100)에는 LPG 연료 엔진(300)에 하루에 소모하는 연료량 만큼의 LPG가 저장될 수 있다.
본 실시예의 저인화점 연료 공급부(200)는, LPG 공급탱크(100)로부터 LPG를 배출시켜 저압으로 압축하는 저압 펌프(210); 저압 펌프(210)에 의해 이송된 LPG를 LPG 연료 엔진(300)에서 요구하는 압력까지 압축하는 고압 펌프(220); 및 고압 펌프(220)에 의해 압축된 LPG를 LPG 연료 엔진(300)에서 요구하는 온도까지 가열하는 애프터 히터(230);를 포함한다.
LPG 연료 엔진(300)이 요구하는 LPG 연료의 압력은 약 52 bar, 예를 들면 ME-LGIP 엔진의 경우 약 48 bar 내지 52 bar일 수 있고, 온도는 약 25℃ 내지 55℃일 수 있다.
본 실시예의 LPG 연료 엔진(300)이 요구하는 LPG 연료의 압력은 약 40 bar 내지 70 bar 또는, 약 45 bar 내지 55 bar, 또는 약 50 bar 내지 53 bar일 수 있다
또한, 본 실시예의 LPG 연료 엔진(300)이 요구하는 LPG 연료의 온도는 약 20℃ 내지 약 60℃일 수 있고 바람직하게는 약 25℃ 내지 45℃일 수 있다. 본 실시예의 LPG 연료 엔진(300)이 요구하는 LPG 연료의 최소 온도는 약 20℃ 내지 30℃일 수 있다.
고압 펌프(220)에 의해 약 50 bar 내지 53 bar로 압축된 LPG는, 애프터 히터(230)에서 약 25℃ 내지 45℃로 가열되어, LPG 연료 엔진(300)으로 공급된다.
애프터 히터(230)에 의해 가열된 LPG 연료는 액체 상태로 LPG 연료 엔진(300)으로 공급된다.
또한, 본 실시예에 따른 저인화점 연료 공급부(200)는, 애프터 히터(230)에서 가열된 LPG 연료에 포함된 이물질을 걸러내는 필터(240);를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 저인화점 연료 공급부(200)는, LPG 연료를 회수하는 녹아웃 드럼(250);을 더 포함할 수 있다.
LPG 연료 엔진(300)의 운전 중에 LPG 연료 엔진(300)으로부터 액체 상태의 LPG 연료가 유출(liquid freeing)되거나, 급격한 부하 변동 등에 의해 압력이 급감(depressurisation)하여 공급 중지 명령이 입력되거나, 응급 상황 등으로 LPG 연료 엔진(300)의 운전이 중지되어 엔진이 셧다운(shutdown)되거나 트립이 발생할 수 있다.
이때, LPG 연료 엔진(300)을 재시동하기 위해서는, 반드시 LPG 연료 엔진(300) 내 남아있는 LPG 연료나, 연료 밸브 트레인(FVT; Fuel Valve Train)에 남아있는 LPG 연료를 모두 제거하고, 질소 퍼징을 실시해야만 한다.
여기서 회수 대상인 LPG 연료에는 연료 밸브 트레인(FVT)을 통해 LPG 연료 엔진(300)으로 공급되는 윤활유 또는 LPG 연료 엔진(E)의 연소실로 공급되는 점화용 오일 등 오일이 섞여 있을 수 있다. 또한, LPG는 공기보다 무겁기 때문에, 배관을 통해 직접 외부로 벤팅시키는 것은 불가능하다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 오일 등 이물질을 포함하는 회수 대상인 LPG 연료를 LPG 공급탱크(100)로 회수하지 않고, 녹아웃 드럼(250)으로 회수하여 기화시키고 외부로 벤팅시킬 수 있어, 회수 대상인 LPG 연료를 안전하고 경제적으로 처리하면서도, LPG 공급탱크(100)의 오염을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따르면, LPG 연료 엔진(300) 및 연료 밸브 트레인(FTV)에 남아있는 잔여의 LPG를 배출라인(VL1, VL2)을 통해 녹아웃 드럼(250)으로 회수할 수 있다.
본 실시예의 배출라인(VL1, VL2)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 저인화점 연료 공급부(200)로부터 LPG 연료 엔진(300)으로 LPG 연료가 공급되는 연료 공급라인(FL)으로부터, LPG 연료 엔진(300)의 상류에서 분기되어 녹아웃 드럼(250)으로 연결되는 제1 배출라인(VL1); LPG 연료 엔진(300)으로부터 LPG 공급탱크(100)으로 LPG가 회수되는 연료 회수라인(RL)으로부터, LPG 공급탱크(100)의 상류에서 분기되어 녹아웃 드럼(250)으로 연결되는 제2 배출라인(VL2); 및 제3 배출라인(VL3);을 포함한다.
제2 배출라인(VL2)은 주 벤트 라인(main vent line)으로서, 라인 상의 대부분의 LPG는 제2 배출라인(VL2)을 통해 녹아웃 드럼(250)으로 회수된다.
또한, 제1 배출라인(VL1)과 제3 배출라인(VL3)은, 각 라인이 분기되는 지점 전 후단에 구비되는 밸브에 의해 해당 구간이 다른 구간과 격리되었을 때, 해당 구간의 라인 상에 잔여하고 있는 LPG가 녹아웃 드럼(250)으로 회수되도록 구비된다.
제3 배출라인(VL3)은, 제2 배출라인(VL2)이 연료 회수라인(RL)으로부터 분기되는 지점보다 하류, 즉 제2 배출라인(VL2)이 분기되는 지점보다 LPG 공급탱크(100)에 더 가까운 측에서 분기될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 셧다운 등 응급상황에서 회수되는 액체 상태의 LPG 연료는, LPG 공급탱크(100)로는 이송되지 않고 전량이 녹아웃 드럼(250)으로 이송된다. 제1 배출라인(VL1), 제2 배출라인(VL2) 및 제3 배출라인(VL3)을 통해 녹아웃 드럼(250)으로 회수되는 LPG 연료는 액체 상태, 기체(vapor) 상태 또는 기액 혼합 상태일 수 있다.
연료 공급라인(FL)에는, 제1 배출라인(VL1)이 분기되는 지점의 상류에 제1 밸브(V1);가 구비될 수 있고, 하류에는 제2 밸브(V2)가 구비될 수 있다.
한편, 제1 배출라인(VL1)에는 제3 밸브(V3);가 구비될 수 있다.
또한, 제2 배출라인(VL2)에는 제4 밸브(V4);가 구비될 수 있다.
또한, 연료 회수라인(RL)에는 제3 배출라인(VL3)이 분기되는 지점의 상류에는 제5 밸브(V5);가 구비될 수 있고, 하류에는 제6 밸브(V6);가 구비될 수 있다.
한편, 제3 배출라인(VL3)에는 제7 밸브(V7);가 구비될 수 있다.
연료 공급라인(FL), 제1 배출라인(VL1), 제2 배출라인(VL2) 및 연료 회수라인(RL)에 구비되는 상기의 밸브들(V1~V7)은 도시하지 않은 제어부에 의해 개폐 및 개도량이 제어될 수 있다.
본 실시예의 제1 밸브(V1), 제2 밸브(V2), 제5 밸브(V5) 및 제6 밸브(V6)는 더블 블락 밸브(double block valve)이며, 제3 밸브(V3) 및 제7 밸브(V7)는 블리드 밸브(bleed valve)이다.
즉, 필요에 따라 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)를 잠궈 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2) 사이 구간을 격리시키고, 제3 밸브(V3)를 개방하여 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2) 사이에 잔류하고 있는 LPG를 제1 배출라인(VL1)을 통해 녹아웃 드럼(250)으로 배출시킨다.
또한, 필요에 따라 제5 밸브(V5)와 제6 밸브(V6)를 잠궈 제5 밸브(V5)와 제6 밸브(V6) 사이 구간을 격리시키고, 제7 밸브(V7)를 개방하여 제5 밸브(V5)와 제6 밸브(V6) 사이에 잔류하고 있는 LPG를 제3 배출라인(VL3)을 통해 녹아웃 드럼(250)으로 배출시킨다.
LPG 연료를 LPG 연료 엔진(300)으로 공급할 때에는, 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)와 제5 밸브(V5)와 제6 밸브(V6)가 개방된 상태에 있고, 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제7 밸브(V7)는 폐쇄된 상태에 있다.
이때, 연료 유출 등으로 LPG 연료 공급이 중단되면, 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)는 폐쇄하고, 제3 밸브(V3)는 개방하여, 연료 공급라인(FL)으로부터 액체 상태의 LPG 연료를 제1 배출라인(VL1)을 따라 녹아웃 드럼(250)으로 이송시킨다.
또 다른 예로서, 압력 저하나 셧다운 등으로 LPG 연료 공급이 중단되면, 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)는 폐쇄하고, 제3 밸브(V3)는 개방하여, 연료 공급라인(FL)으로부터 액체 상태의 LPG 연료를 제1 배출라인(VL1)을 따라 녹아웃 드럼(250)으로 이송시킨다. 또한, 제5 밸브(V5)와 제6 밸브(V6)를 폐쇄하고 제7 밸브(V7)와 제4 밸브(V4)를 개방하여, LPG 연료 엔진(300)으로부터 회수되는 LPG가 LPG 공급탱크(100)로 이송되지 않고 제2 배출라인(VL2) 및 제3 배출라인(VL3)을 따라 녹아웃 드럼(250)으로 이송되도록 한다.
한편, 퍼징을 위한 질소 공급은, 제2 밸브(V2)의 하류에서 실시될 수 있으며, 질소 퍼징을 실시할 때 LPG 연료 엔진(300)으로 공급되는 질소가 저인화점 연료 공급부(200)로 역류하지 않도록 제2 밸브(V2)를 폐쇄한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 녹아웃 드럼(250)에는, 배출라인(VL1, VL2, VL3)을 통해 이송되는 LPG 연료가 유입되는 유입구(10); 녹아웃 드럼(250)으로부터 기상의 LPG를 배출시키는 기상 배출구(30); 및 녹아웃 드럼(250)으로부터 액상의 LPG를 배출시키는 액상 배출구(40);가 구비된다.
녹아웃 드럼(250)으로부터 기상의 LPG는 기상 배출구(30)를 통해 벤트 마스트로 이송되어 외부로 벤팅될 수 있다.
또한, 녹아웃 드럼(250)에는, 녹아웃 드럼(250) 내 LPG가 적정 체류량(hold up volume)을 초과하는 액상의 LPG 수위를 감지하는 수위 조절기(level switch)(미도시);와 녹아웃 드럼(250) 내 액상의 LPG를 기화를 촉진하여 LPG 수위가 적정 체류량 미만이 되도록 하는 강제 기화부;가 구비된다.
강제 기화부는, 액상의 LPG를 열원과의 열교환에 의해 기화시키는 열교환부(20); 및 기상 배출구(30)를 통해 녹아웃 드럼(250)으로부터 배출된 기상의 LPG를 벤트 마스트로 이송하는 배출용 팬(50);이 구비된다.
수위 조절기가 작동하게 되면, 적정 체류량 이하로 수위가 낮아질 때까지 LPG 연료 엔진(300)을 재시동할 수 없게 된다. 따라서, LPG 연료 엔진(300)의 재시동을 위해서는 녹아웃 드럼(250) 내 액상 LPG를 기상의 LPG로 상변화시켜, 액상 LPG의 수위를 빠르게 낮춰야한다. 본 실시예에 따르면, 액상 LPG를 빠르게 기화시키기 위하여, 배출용 팬(50)과 열교환부(20) 중 어느 하나 이상을 작동시킨다.
녹아웃 드럼 내 회수된 액체 상태의 LPG의 75% 정도는 프로판과 부탄이고, 25% 정도는 에탄이다. 프로판의 기화열은 101.8 kcal/kg이고 부탄의 기화열은 92.1 kcal/kg으로서, 녹아웃 드럼에 회수된 액체 상태의 LPG를 벤팅시켜 처리하기 위해 기화시려면 막대한 양의 열 에너지가 필요하다.
본 실시예에 따르면, 배출용 팬(50)을 가동시켜 녹아웃 드럼(250) 내 기체 상태의 LPG를 배출시키면, 기체 상태의 LPG의 증발압력이 낮아지게 되고, 따라서 녹아웃 드럼(250) 내 잔여의 액상 LPG의 기화를 촉진시킬 수 있다.
또한, 액상 LPG의 높은 기화열 특성을 고려하여 열교환부(20)를 작동시킴으로써 액상 LPG의 기화를 촉진시킬 수 있다.
본 실시예의 열교환부(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 열교환 코일로 이루어질 수 있다.
열교환부(20)에서 액상의 LPG를 기화시키는 열원으로는, 저온 냉각수, 전기, 스팀, 열유(thermal oil), 글리콜 중 어느 하나 이상일 수 있다.
선박에는 중앙 냉각 시스템이 구비되며, 냉각수를 순환시켜 선내 각종 발열장치를 냉각시키는 용도로 사용한다. 본 실시예의 열교환부(20)에서는 이 중앙 냉각 시스템에 의해 순환하는 저온의 냉각수를 이용하여 액상의 LPG를 기화시킬 수 있다. 열교환부(20)에서 LPG를 기화시키면서 냉각된 냉각수는 중앙 냉각 시스템으로 재순환될 수 있다. 열교환부(20)로 공급되는 저온의 냉각수의 온도는 약 40℃일 수 있다.
또한, 선박에는 엔진의 폐열 등을 이용하여 스팀을 생성하는 이코노마이저나, 스팀 생성용 보일러 등 스팀 생성 장치가 구비된다. 본 실시예의 열교환부(20)에서는 이 스팀 생성 장치에서 생성된 스팀을 이용하여 액상의 LPG를 기화킬 수 있다. 열교환부(20)에서 LPG를 기화시키면서 응축된 응축수는 스팀 생성 장치로 재순환될 수 있다.
또한, 선박에는 코퍼댐이나 냉각 시스템의 열매체로서 글리콜을 순환시키는 장치가 구비되며, 본 실시예의 열교환부(20)에서는 이 글리콜 순환 장치를 순환하는 글리콜을 이용하여 액상의 LPG를 기화시킬 수 있다. 열교환부(20)에서 LPG를 기화시키면서 냉각된 글리콜은 글리콜 순환 장치로 재순환될 수 있다.
이와 같이, 녹아웃 드럼(250) 내 액상 LPG를 기화시키고, 수위를 낮춤으로써 LPG 연료 엔진(300)이 신속하게 재가동될 수 있도록 할 수 있고, 따라서 LPG 연료 공급 시스템 및 LPG 연료 엔진(300)을 안전하고, 안정적이며 효율적으로 운전할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100 : LPG 공급탱크
200 : 저인화점 연료 공급부 250 : 녹아웃 드럼
210 : 저압 펌프 10 : 유입구
220 : 고압 펌프 20 : 열교환부
230 : 애프터 히터 30 : 기상 배출구
240 : 필터 40 : 액상 배출구
50 : 배출용 팬
300 : LPG 연료 엔진
FVT : 연료 밸브 트레인

Claims (8)

  1. LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 저장하는 LPG 저장탱크;
    LPG를 연료로 사용하는 LPG 연료 엔진;
    상기 LPG 저장탱크로부터 배출된 LPG를 상기 LPG 연료 엔진으로 공급하는 저인화점 연료 공급부;
    상기 저인화점 연료 공급부 또는 상기 LPG 연료 엔진으로부터 회수되는 잔여의 LPG를 수용하는 녹아웃 드럼;
    상기 녹아웃 드럼 내 액상 LPG의 수위가 상기 녹아웃 드럼의 적정 체류량 미만이 되도록 상기 녹아웃 드럼 내 액상 LPG의 기화를 촉진하는 강제 기화부; 및
    상기 녹아웃 드럼 내 액상의 LPG 수위를 감지하여, 수위가 적정 체류량을 초과하면 작동되어 녹아웃 드럼 내 액상의 LPG를 배출시키는 수위 조절기;를 포함하는, LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 강제 기화부는,
    상기 녹아웃 드럼 내 기상 LPG가 배출되는 라인 상에 설치되며, 상기 녹아웃 드럼으로부터 배출되는 기상 LPG의 증발압력을 낮추어 상기 녹아웃 드럼 내 액상 LPG의 기화를 촉진하는 배출용 팬; 및
    상기 녹아웃 드럼 내부에 설치되며 열원과의 열교환에 의해 상기 액상 LPG를 기화시키는 열교환부; 중 어느 하나 이상을 포함하는, LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 열교환부에서 상기 액상의 LPG를 기화시키는 열원은, 선내 중앙 냉각 시스템으로부터 공급되는 냉각수인, LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 중앙 냉각 시스템으로부터 열교환부로 공급되는 냉각수의 온도는 40℃인, LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 열교환부에서 상기 액상의 LPG를 기화시키는 열원은, 선내 열유 순환 시스템으로부터 공급되는 열유 및 선내 글리콜 순환 시스템으로부터 공급되는 글리콜 중 어느 하나 이상인, LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 열교환부는 전기 히터인, LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 녹아웃 드럼은,
    액체, 기체 또는 기액 혼합 상태의 잔여 LPG가 상기 녹아웃 드럼으로 유입되도록 하는 유입구;
    상기 녹아웃 드럼 내 액상의 LPG가 외부로 배출되도록 하는 액상 배출구; 및
    상기 녹아웃 드럼 내 기상의 LPG가 외부로 배출되도록 하는 기상 배출구;를 포함하고,
    상기 기상 배출구는 선내 벤트 마스트와 연결되는. LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 저인화점 연료 공급부는,
    상기 LPG 저장탱크로부터 배출된 LPG를 상기 LPG 연료 엔진에서 요구하는 압력으로 압축시키는 연료 부스터 펌프; 및
    상기 연료 부스터 펌프에 의해 압축된 LPG를 상기 LPG 연료 엔진에서 요구하는 온도로 가열시키는 애프터 히터;를 포함하는, LPG 연료 선박의 연료 공급 시스템.
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