KR20230023364A - 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템은, 선박에 마련된 엔진으로 암모니아를 공급하는 연료공급라인의 샘플링 포인트로부터 채취된 암모니아 연료 시료를 수용하는 샘플링 컨테이너; 상기 샘플링 포인트로부터 채취된 상기 암모니아 연료 시료가 상기 샘플링 컨테이너로 이송되는 샘플링 가이드 파이프; 상기 샘플링 가이드 파이프가 수용되는 샘플링 캐비넷; 및 상기 샘플링 포인트와 상기 샘플링 캐비넷 사이에 마련되는 이중차단밸브:를 포함한다.
Description
본 발명은 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선원들의 안전을 확보하면서도 선내 엔진으로 암모니아를 공급하는 연료공급라인의 샘플링 포인트로부터 암모니아 연료 시료를 채취할 수 있는 암모니아 연료 샘플링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
지구온난화 현상의 심화에 따라 전세계적으로 온실가스 배출을 감축하려는 노력이 이루어지고 있고, 선진국들의 온실가스 감축 의무를 담았던 1997년 교토의정서가 2020년 만료됨에 따라, 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔기후변화협약에서 채택되고 2016년 11월 발효된 파리기후변화협약(Paris Climate Change Accord)에 의해 협정에 참여한 195개 당사국들은 온실가스 감축을 목표로 다양한 노력을 기울이고 있다.
이러한 세계적인 추세와 함께 화석연료와 원자력을 대체할 수 있는 무공해에너지로서 풍력, 태양광, 태양열, 바이오에너지, 조력, 지열 등과 같은 재생가능에너지(또는 재생에너지)에 대한 관심이 높아지고 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다.
액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소 시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다. 그에 따라 근래 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
액화석유가스는 조성에 따라 액화 온도의 차이는 있으나 프로판을 주성분으로 하는 석유가스의 경우 상압 약 -42℃의 저온에서 액화되고, 18 bar에서는 약 45℃의 온도까지, 7 bar에서는 20℃까지 액체 상태로 저장가능하다.
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 LNG 등을 추진 연료로 사용하는 선박이 증가하고 있다.
특히 LPG는 극저온에서 액화되는 LNG보다 저장이 용이하고 기존 HFO에 견주어 SPECIFIC ENERGY와 ENERGY DENSITY에서 크게 떨어지지 않으면서 기존 HFO 대비 SOX, NOX, CO2, PM등의 절감 효과가 탁월한 장점이 있다.
LNG나 LPG는 기존에 선박 연료로 사용되던 다른 화석 연료에 비해 친환경 연료로 평가받지만 연소 시 여전히 이산화탄소가 발생하며, 이를 연료로 사용하는 선박에서는 여전히 운항 중 이산화탄소를 배출하게 된다.
선박의 항로, 교통규칙, 항만시설 등을 국제적으로 통일하기 위해 설치된 유엔 전문기구인 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구) 역시 온실가스에 대해 2008년과 대비하여 2050년 50% 저감, 2100년 100% 저감(GHG Zero Emission)을 목표로 제시하고, 그에 따라 각 국가 및 지역의 규제가 강화될 것으로 예상된다.
IMO가 신조 선박에 적용하는 강제성 있는 이산화탄소 저감 규정인 EEDI(Energy Efficiency Design Index, 에너지효율설계지수)에 따르면, 초기 EEDI 발표에서는 2013 내지 2015년의 이산화탄소 배출량을 기준으로 2015년 이산화탄소 배출량을 10% 저감하는 EEDI Phase 1이 적용되고, 5년 마다 1 단계씩 강화·적용하여 2025년 Phase 3를 적용하도록 예정되어 있었으나, LPG 운반선에 대해서는 EEDI Phase 2 적용 후 2년만인 2022년부터 EEDI Phase 3를 조기 적용하도록 하고 있다. 이와 같이 이산화탄소 배출에 대한 규제가 급격히 강화되고 있으며, 15,000 DWT 이상인 LPG 운반선의 경우 향후 Phase 4 (이산화탄소 배출량 40% 저감) 이상의 기준이 적용되면 현재의 LPG를 연료로 사용하는 LPGC로는 이산화탄소 배출 규정 달성이 어려울 수 있다.
그에 따라 이산화탄소 배출을 줄일 수 있는 친환경 선박 연료에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있고, 최근에는 LNG나 LPG 등의 연료와 함께 암모니아를 연료로 사용할 수 있는 선박 엔진에 관한 기술이 개발되고 있다.
암모니아(NH3)는 1개의 질소에 3개의 수소가 결합된 물질로, 분자 사이에 강한 수소 결합을 형성할 수 있어 액화가 용이하며, 상압에서 끓는점 -33.34℃, 녹는점 -77.73℃이다.
이러한 암모니아는 LNG보다 저장이 용이하면서, 기존 HFO와 비교해 SPECIFIC ENERGY와 ENERGY DENSITY에서는 조금 떨어지지만 이산화탄소가 전혀 배출되지 않아 국제적인 온실가스 배출기준의 강화 추세에 대응할 수 있는 친환경 선박 연료로 주목받고 있다.
선박에서 엔진에 오일 연료를 공급하는 경우 MEPC(Marine Environment Protection Committee, 해양 환경보호위원회) 규정을 통해 엔진에 공급되는 오일 연료를 별도의 컨테이너에 채취할 것을 요구하고 있다.
향후 암모니아를 선내 엔진 연료로 채택하는 선박이 확대될 경우, 연료 순도 측정이나 해양 오염 방지를 위한 모니터링 등을 위해 암모니아에 대해서도 오일 연료와 유사하게 암모니아 연료의 샘플링을 요구하는 선급 규정이나 규제가 있을 수 있다. 그런데 특별히 독성이 문제되지 않는 오일 연료와 달리 암모니아는 독성이 있어 오일 연료의 샘플링 방식을 그대로 채용할 수는 없고, 선원 안전을 확보하면서 샘플링할 수 있는 방법이 필요하다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련된 엔진으로 암모니아를 공급하는 연료공급라인의 샘플링 포인트로부터 채취된 암모니아 연료 시료를 수용하는 샘플링 컨테이너;
상기 샘플링 포인트로부터 채취된 상기 암모니아 연료 시료가 상기 샘플링 컨테이너로 이송되는 샘플링 가이드 파이프;
상기 샘플링 가이드 파이프가 수용되는 샘플링 캐비넷; 및
상기 샘플링 포인트와 상기 샘플링 캐비넷 사이에 마련되는 이중차단밸브:를 포함하는 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 샘플링 가이드 파이프에 마련되는 이젝터; 상기 샘플링 캐비넷의 내측에 마련되며 상기 샘플링 가이드 파이프로 주입될 질소를 저장하는 질소탱크; 및 상기 샘플링 캐비넷의 내측에 마련되며 상기 암모니아 연료 시료의 채취 후 상기 샘플링 가이드 파이프에서 배출되는 물질을 포집하는 포집탱크:를 더 포함하며, 상기 질소탱크의 질소는 상기 이젝터에 동작 유체로 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 샘플링 가이드 파이프와 상기 샘플링 컨테이너 사이를 개폐하는 제1 차단밸브; 상기 샘플링 가이드 파이프와 상기 포집탱크 사이를 개폐하는 제2 차단밸브; 및 상기 샘플링 가이드 파이프와 상기 질소탱크 사이를 개폐하는 제3 차단밸브:를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 포집탱크의 내부 압력을 감지하는 압력 게이지:를 더 포함하고, 상기 암모니아 연료 시료의 채취 후 상기 제1 차단밸브는 닫고, 상기 제 2 차단밸브 및 제3 차단밸브를 열어 상기 질소탱크의 질소를 상기 이젝터에 동작 유체로 공급하여 상기 샘플링 가이드 파이프에 잔류하는 암모니아를 상기 포집탱크로 배출하면서 상기 샘플링 가이드 파이프 내부를 질소로 치환할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박에 마련된 엔진으로 암모니아를 공급하는 연료공급라인의 샘플링 포인트로부터 암모니아 연료 시료를 채취하여 샘플링 가이드 파이프를 통해 샘플링 컨테이너에 수용하는 단계; 및
상기 샘플링 가이드 파이프와 상기 샘플링 컨테이너 사이에 마련된 차단밸브를 닫고, 질소탱크로부터 상기 샘플링 가이드 파이프 내부로 질소를 주입하면서 상기 샘플링 가이드 파이프에 잔류하는 암모니아를 포집탱크로 배출하는 단계:를 포함하되,
상기 샘플링 가이드 파이프, 질소탱크 및 포집탱크는 샘플링 캐비넷에 수용되어 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 연료 샘플링 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 샘플링 포인트와 상기 샘플링 캐비넷 사이에는 이중차단밸브가 마련되며, 상기 암모니아 연료 시료의 채취 시 상기 이중차단밸브 및 상기 차단밸브를 열어 상기 샘플링 포인트로부터 암모니아 연료 시료를 채취하고, 샘플링 포인트에서 채취된 상기 암모니아 연료 시료는 상기 샘플링 가이드 파이프를 따라 상기 샘플링 컨테이너로 이송되고, 시료 채취가 완료되면 상기 질소탱크의 질소를 상기 샘플링 가이드 파이프에 마련된 이젝터에 동작 유체로 공급하여 상기 샘플링 가이드 파이프에 잔류하는 암모니아를 상기 포집탱크로 배출하면서 상기 샘플링 가이드 파이프 내부를 질소로 치환할 수 있다.
본 발명에서는 선박 엔진의 연료로 친환경 연료인 암모니아를 공급하여 선박 운항 시 온실가스 배출량을 감축하고 국제협약이 정하는 규제기준을 충족하도록 한다.
특히 본 발명은 캐비넷 타입으로 샘플링 시스템을 구성하고, 시료 채취 후 질소로 치환하면서 암모니아 독성 가스는 별도의 포집탱크로 포집할 수 있도록 함으로써 독성이 있는 암모니아 가스로부터 선원들의 안전을 확보하면서 연료공급라인의 샘플링 포인트로부터 암모니아 연료 시료를 채취할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템을 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.
이하 본 발명에서의 선박은 암모니아를 선내 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되는 모든 종류의 선박을 가리키며, 대표적으로 LPG 운반선(LNG Carrier), LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, 액체수소운반선, 암모니아운반선 등과 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.
엔진의 연료로 암모니아를 공급받는 엔진이라 함은 LNG, LPG, HFO 등의 다른 선박용 연료와 함께 연료로 공급받는 것과 암모니아를 단독으로 연료로 공급받는 것을 포함하는 의미이고, 선박의 추진용 엔진 및 발전용 엔진을 모두 포함한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 암모니아 연료 샘플링 시스템은, 선박에 마련된 엔진으로 암모니아를 공급하는 연료공급라인(FSL)의 샘플링 포인트(SL)로부터 채취된 암모니아 연료 시료를 수용하는 샘플링 컨테이너(100), 상기 샘플링 포인트로부터 채취된 상기 암모니아 연료 시료가 상기 샘플링 컨테이너로 이송되는 샘플링 가이드 파이프(GP), 상기 샘플링 가이드 파이프가 수용되는 샘플링 캐비넷(SC)을 포함하여 구성된다.
상기 샘플링 포인트(SL)와 상기 샘플링 캐비넷(SC) 사이에는 이중차단밸브(DV)가 마련되며, 샘플링 가이드 파이프(GP)와 상기 샘플링 컨테이너(100) 사이에는 제1 차단밸브(V1)가 마련된다.
샘플링 가이드 파이프에는 이젝터(400)가 마련되고, 샘플링 가이드 파이프로 주입될 질소를 저장하는 질소탱크(300)와, 암모니아 연료 시료의 채취 후 샘플링 가이드 파이프에서 배출되는 물질을 포집하기 위한 포집탱크(200)가 샘플링 캐비넷(SC) 내부에 구성된다.
샘플링 가이드 파이프(GP)와 포집탱크(200) 사이를 개폐하는 제2 차단밸브(V2)와, 샘플링 가이드 파이프(GP)와 질소탱크(300) 사이를 개폐하는 제3 차단밸브(V3)가 각 마련되며, 포집탱크의 내부 압력을 감지하는 압력 게이지(250)가 마련된다.
본 실시예 시스템에서 암모니아 연료 시료의 채취 과정을 살펴보면, 먼저 엔진으로 암모니아를 공급하는 연료공급라인(FSL)으로부터 시료를 채취할 샘플링 포인트(SL)의 이중차단밸브(DV)를 열고, 샘플링 컨테이너 입구의 제1 차단밸브(V1)도 열어 샘플링 포인트로부터 암모니아 연료 시료를 채취하여 샘플링 가이드 파이프(GP)를 통해 샘플링 컨테이너(100)에 수용한다.
암모니아 연료 시료의 채취가 완료되면 제1 차단밸브(V1)와 이중차단밸브(DV)를 닫는다.
그 후 포집탱크 입구의 제 2 차단밸브(V2)를 열고, 질소탱크 출구에 마련된 제3 차단밸브(V3)를 열어 질소탱크(300)로부터 질소 가스를 샘플링 가이드 파이프에 마련된 이젝터(400)에 동작 유체(motive medium)로 공급한다. 질소탱크로부터 충분한 시간 동안 샘플링 가이드 파이프에 질소를 주입하면서 관내에 잔류하는 암모니아를 포집탱크(200)로 배출하고 샘플링 가이드 파이프 내부를 질소로 치환한다.
압력 게이지(250)를 통해 포집탱크(200)의 내부 압력을 모니터링하면서, 샘플링 가이드 파이프(GP) 내부의 암모니아 가스 배출 및 치환이 완료되면 서서히 제3 차단밸브(V3)를 닫은 후, 제2 차단밸브(V2)를 닫아 샘플링을 완료한다.
이와 같이 본 실시예 시스템은 샘플링 캐비넷 내부에 암모니아 연료 시료의 샘플링을 위한 배관과, 샘플링 후 배관에 잔류하는 암모니아 독성 가스를 배출하고 무독성 기체로 치환할 수 있는 각 장치를 구비하여 캐비넷 타입으로 샘플링 시스템을 마련하였다. 이를 통해 시료 채취 후 관내에 잔류하는 유독성의 암모니아 가스를 이젝터에 의해 효과적으로 배출하여 캐비넷 내에서 별도의 포집탱크로 포집하고 질소로 치환하여 처리함으로써 선원들의 안전을 확보하면서 연료공급라인의 샘플링 포인트로부터 암모니아 연료 시료를 채취할 수 있다.
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.
FSL: 연료공급라인
SC: 샘플링 캐비넷
GP: 샘플링 가이드 파이프
100: 샘플링 컨테이너
200: 포집탱크
300: 질소탱크
400: 이젝터
DV: 이중차단밸브
V1, V2, V3: 제1 내지 제3 차단밸브
SC: 샘플링 캐비넷
GP: 샘플링 가이드 파이프
100: 샘플링 컨테이너
200: 포집탱크
300: 질소탱크
400: 이젝터
DV: 이중차단밸브
V1, V2, V3: 제1 내지 제3 차단밸브
Claims (6)
- 선박에 마련된 엔진으로 암모니아를 공급하는 연료공급라인의 샘플링 포인트로부터 채취된 암모니아 연료 시료를 수용하는 샘플링 컨테이너;
상기 샘플링 포인트로부터 채취된 상기 암모니아 연료 시료가 상기 샘플링 컨테이너로 이송되는 샘플링 가이드 파이프;
상기 샘플링 가이드 파이프가 수용되는 샘플링 캐비넷; 및
상기 샘플링 포인트와 상기 샘플링 캐비넷 사이에 마련되는 이중차단밸브:를 포함하는 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 샘플링 가이드 파이프에 마련되는 이젝터;
상기 샘플링 캐비넷의 내측에 마련되며 상기 샘플링 가이드 파이프로 주입될 질소를 저장하는 질소탱크; 및
상기 샘플링 캐비넷의 내측에 마련되며 상기 암모니아 연료 시료의 채취 후 상기 샘플링 가이드 파이프에서 배출되는 물질을 포집하는 포집탱크:를 더 포함하며,
상기 질소탱크의 질소는 상기 이젝터에 동작 유체(Motive Medium)로 공급되는 것을 특징으로 하는, 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 샘플링 가이드 파이프와 상기 샘플링 컨테이너 사이를 개폐하는 제1 차단밸브;
상기 샘플링 가이드 파이프와 상기 포집탱크 사이를 개폐하는 제2 차단밸브; 및
상기 샘플링 가이드 파이프와 상기 질소탱크 사이를 개폐하는 제3 차단밸브:를 더 포함하는 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템. - 제 3항에 있어서,
상기 포집탱크의 내부 압력을 감지하는 압력 게이지:를 더 포함하고,
상기 암모니아 연료 시료의 채취 후 상기 제1 차단밸브는 닫고, 상기 제 2 차단밸브 및 제3 차단밸브를 열어 상기 질소탱크의 질소를 상기 이젝터에 동작 유체로 공급하여 상기 샘플링 가이드 파이프에 잔류하는 암모니아를 상기 포집탱크로 배출하면서 상기 샘플링 가이드 파이프 내부를 질소로 치환하는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템. - 선박에 마련된 엔진으로 암모니아를 공급하는 연료공급라인의 샘플링 포인트로부터 암모니아 연료 시료를 채취하여 샘플링 가이드 파이프를 통해 샘플링 컨테이너에 수용하는 단계; 및
상기 샘플링 가이드 파이프와 상기 샘플링 컨테이너 사이에 마련된 차단밸브를 닫고, 질소탱크로부터 상기 샘플링 가이드 파이프 내부로 질소를 주입하면서 상기 샘플링 가이드 파이프에 잔류하는 암모니아를 포집탱크로 배출하는 단계:를 포함하되,
상기 샘플링 가이드 파이프, 질소탱크 및 포집탱크는 샘플링 캐비넷에 수용되어 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 연료 샘플링 방법. - 제 5항에 있어서,
상기 샘플링 포인트와 상기 샘플링 캐비넷 사이에는 이중차단밸브가 마련되며,
상기 암모니아 연료 시료의 채취 시 상기 이중차단밸브 및 상기 차단밸브를 열어 상기 샘플링 포인트로부터 암모니아 연료 시료를 채취하고, 샘플링 포인트에서 채취된 상기 암모니아 연료 시료는 상기 샘플링 가이드 파이프를 따라 상기 샘플링 컨테이너로 이송되고,
시료 채취가 완료되면 상기 질소탱크의 질소를 상기 샘플링 가이드 파이프에 마련된 이젝터에 동작 유체로 공급하여 상기 샘플링 가이드 파이프에 잔류하는 암모니아를 상기 포집탱크로 배출하면서 상기 샘플링 가이드 파이프 내부를 질소로 치환하는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 연료 샘플링 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210105417A KR102581640B1 (ko) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020210105417A KR102581640B1 (ko) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템 및 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230023364A true KR20230023364A (ko) | 2023-02-17 |
| KR102581640B1 KR102581640B1 (ko) | 2023-09-22 |
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| KR1020210105417A KR102581640B1 (ko) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | 선박의 암모니아 연료 샘플링 시스템 및 방법 |
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-
2021
- 2021-08-10 KR KR1020210105417A patent/KR102581640B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
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| KR102581640B1 (ko) | 2023-09-22 |
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