KR20230101446A - 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템 및 그 방법 - Google Patents

선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 암모니아를 연료로 사용하는 선박에서 엔진으로 공급되는 암모니아 내 산소 및 수분 함유량이 적합한 지 확인하는 샘플링시스템에 있어서, 암모니아 샘플이 공급되는 샘플링라인 내부의 산소 및 수분을 제거하여 암모니아 샘플의 산소 및 수분 측정에 오차를 방지할 수 있는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템 및 그 방법{Moisture and Oxygen Removal System of Ammonia Sampling Line For Ship And Method Thereof}
본 발명은 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 암모니아를 연료로 사용하는 선박에서 엔진으로 공급되는 암모니아 내 산소 및 수분 함유량이 적합한 지 확인하는 샘플링시스템에 있어서, 암모니아 샘플이 공급되는 샘플링라인 내부의 산소 및 수분을 제거하여 암모니아 샘플의 산소 및 수분 측정에 오차를 방지할 수 있는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
국제해사기구(IMO)는 국제해상운송 부문에서 단위물동량당 이산화탄소 배출을 2030년까지 2008년 배출량 대비 최소 40% 줄이고 2050년까지는 70% 감축한다는 목표를 세워놓고 있으며, 신조선은 물론이고 현존선에 대하여도 선박에너지효율설계지수 등의 기준을 충족해야 함을 발표하였다.
이에, 이산화탄소와 같은 온실가스와 각종 유해물질의 배출이 현저히 적은 LNG, LPG와 같은 액화가스 연료의 사용이 늘어났으나, 국제해사기구(IMO) 2030 온실가스 감축목표 40% 달성은 석유, LNG 등 화석연료로는 불가능하기 때문에 이를 달성하기 위해서는 2030년 이전에 수소나 암모니아 등 대체연료 활용 기술을 개발해 상용화할 수밖에 없다고 판단하고 있다.
수소연료는 미세먼지를 포함하여 이산화탄소와 같은 대기오염물질이 전혀 배출되지 않아 스크러버나 SCR 등의 질소산화물 및 황산화물 저감장치가 필요 없을 뿐만 아니라 연료전지에도 활용할 수 있어 선내 전력공급에도 활용할 수 있고, 전력으로 운항하는 수소연료전지선박으로도 이용할 수 있다. 수소는 가솔린보다 질량당 에너지 밀도는 약 3배 높고 에너지 전환효율은 기존 디젤보다 30%가량 높지만, 단위부피당 에너지 함량은 약 1/4 수준이고, 저장온도가 영하 253℃이하여서 저장성이 매우 낮으므로, 현재로서는 대량으로 수송 및 저장하여 단독 연료로 사용하는 것은 어려움이 있는 실정이다.
이에, 수소와 마찬가지로 탄소중립 연료인 암모니아를 활용하는 다양한 방법이 제시되었으며, 암모니아는 가솔린과 비교하여 kg당 0.44배의 열량인 18.6 MJ/kg을 가지며, LPG와 같이 상온에서도 일정압력을 가하게 되면 액화되므로 저장성이 월등히 좋고, 하버-보슈법에 의해 대량생산이 용이하며, 압축수소 및 액체수소에 비해 단위부피당 에너지 밀도가 높아, 수소에 비하여 경제적이며 기술 장벽도 높지 않다는 장점을 가지고 있다. 따라서 향후 암모니아 연료를 활용할 수 있는 선박엔진 및 관련 시스템 등의 개발이 중요할 것으로 보인다.
액상 암모니아를 연료로 사용하는 선박의 엔진에 있어서, 엔진에 공급되는 액상 암모니아에 함유된 산소는 2.5ppm, 수분은 100ppm을 초과하지 않아야 한다. 이를 확인하기 위하여 암모니아가 저장된 암모니아 탱크 및 암모니아를 엔진으로 공급하는 연료공급라인에서 암모니아 일부를 추출하여, 암모니아에 함유된 산소 및 수분 함유량을 측정한다. 추출된 암모니아는 샘플링라인을 통해 산소 및 수분 함유량을 측정하는데, 샘플링라인 내부에 산소 및 수분이 소량이라도 존재하면 암모니아 샘플 내 산소 및 수분 함유량 측정값에는 매우 큰 영향을 미쳐, 암모니아 샘플의 산소 및 수분 함유량 측정에 오차가 발생하게 된다.
샘플링라인 내부에 산소 및 수분이 존재하면, 샘플링하기 적합한 조건이 될 때까지 암모니아를 공급하여 수분 및 산소를 배출해야 한다.
또한, 액상 암모니아를 연료로 사용하는 선박의 엔진은 추진엔진, 발전엔진 등 다양하고, 선박 내 연료공급시스템에 따라 다양한 엔진으로 연결되는 암모니아 공급 배관도 다수이므로, 각 설비의 작동 및 연료 공급 시기에 따라 하나 혹은 복수의 암모니아 샘플링 대상에 대하여 산소 및 수분 함유량을 측정할 필요가 있다.
따라서 암모니아를 낭비하지 않으면서, 암모니아 샘플의 산소 및 수분 측정의 오차를 방지하기 위하여 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템 및 그 방법의 개발이 필요하다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 산소제거부 및 수분제거부를 병렬로 연결된 배관상에 설치하고, 복수의 샘플링라인을 매니폴드에 연결하여 산소제거부 및 수분제거부와 연결함으로써, 복수의 지점에서 암모니아 샘플링을 가능하게 하면서, 하나의 산소제거부 및 수분제거부만으로 복수의 샘플링라인 내부의 수분 및 산소를 제거할 수 있는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템 및 그 방법을 제안하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 암모니아를 연료로 사용하는 선박에 있어서,
샘플링의 대상이 되는 암모니아 중 일부를 추출하는 샘플링라인;
상기 샘플링라인에 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급라인;
상기 샘플링라인을 거친 불활성기체에서 산소를 제거하는 산소제거부;
상기 샘플링라인을 거친 불활성기체에서 수분을 제거하는 수분제거부; 및
상기 샘플링라인을 거친 불활성기체의 수분 및 산소의 농도를 측정하는 센서 부:를 포함하고,
상기 샘플링라인은 단수 또는 복수 개인 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 샘플링의 대상이 되는 암모니아는,
액상 암모니아를 저장하는 암모니아 탱크; 또는
상기 선박의 엔진으로 액상 암모니아를 연료로 공급하는 연료공급라인:에 존재하는 암모니아인 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 산소제거부는,
샘플링라인에서 공급된 불활성기체를 배출하는 벤트(vent)라인;
샘플링라인을 거친 불활성기체를 상기 센서 부로 공급하는 석션(suction) 펌프; 및
상기 벤트라인으로의 불활성기체 유입을 확인하는 유량계:를 포함하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 수분제거부는,
상기 벤트라인과 샘플링라인을 연결하고, 상기 샘플링라인을 거친 불활성기체를 공급받는 순환라인;
상기 샘플링라인을 거친 불활성기체의 온도를 상승시키는 히터; 및
상기 히터를 거쳐 공급되는 불활성기체에서 수분을 제거하는 드라이어:를 포함하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 수분제거부는,
순환라인에서 불활성기체를 순환시키는 드라이어 팬을 더 포함하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 샘플링라인이 복수 개인 경우,
복수의 샘플링라인은 매니폴드(manifold)에 연결되어,
하나의 산소제거부 및 하나의 수분제거부를 통해 복수의 샘플링라인 내부의 산소 및 수분이 제거되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 샘플링라인 상에는,
샘플링라인을 개폐하는 샘플링밸브; 및
매니폴드에 공급된 불활성기체의 유입을 방지하는 샘플링역지밸브:가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 불활성기체공급라인 상에는,
불활성기체공급라인을 개폐하는 불활성기체공급밸브; 및
상기 샘플링라인에 공급된 불활성기체가 역류되는 것을 방지하는 불활성기체 역지밸브:가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 벤트라인에서 배출되는 불활성기체는 대기로 배출되거나, 회수드럼으로 회수되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 순환라인 상에는,
샘플링라인을 거친 불활성기체의 순환라인으로의 공급을 조절하는 순환라인밸브;
수분이 제거된 불활성기체의 샘플링라인으로의 공급을 조절하는 순환밸브; 및
수분이 제거된 불활성기체의 역류를 방지하는 순환역지밸브:가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 샘플링라인이 복수 개인 경우,
복수의 샘플링라인은, 상기 순환밸브와 드라이어 사이의 순환라인 지점에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 암모니아를 연료로 사용하는 선박에서, 암모니아가 엔진에 공급되기에 알맞은 산소 및 수분 함유량을 갖는지 확인하는 샘플링시스템에 있어서,
샘플링이 실시될 샘플링라인에 불활성기체를 공급하여 샘플링라인 내부의 기체를 배출하고,
상기 샘플링라인 내부를 거친 불활성기체로부터 수분을 제거하되,
샘플링이 실시될 샘플링라인은 복수 개이고,
복수의 샘플링라인은 매니폴드에 연결되어, 산소 및 수분을 제거하는 장치를 공유하는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거방법이 제공된다.
바람직하게는, 샘플링라인 내부의 기체를 배출하여 산소를 제거한 후,
샘플링라인 내부에 열을 가한 불활성기체를 공급하고,
불활성기체의 열에 의해 샘플링라인 내부의 수분을 증발시키며,
증발된 수분을 흡착하여, 샘플링라인 내부의 수분을 제거하는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거방법이 제공된다.
바람직하게는, 샘플링라인 내부에서 배출되는 기체 내 산소 농도가 기준 값 이하가 되면, 산소의 제거를 중단하는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거방법이 제공된다.
바람직하게는, 열을 가한 불활성기체는 샘플링라인을 순환하면서, 샘플링라인 내부의 수분을 제거하고,
샘플링라인을 순환하는 불활성기체 내 수분 농도가 기준 값 이하가 되면, 수분의 제거를 중단하는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거방법이 제공된다.
본 발명의 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템 및 그 방법에 따르면, 암모니아 샘플링라인 내부의 산소 및 수분이 제거되어, 암모니아 샘플링 측정값의 정확도가 향상된다.
암모니아 샘플링의 정확성 향상으로 선박 내 안전이 향상되고, 선박의 엔진 등 설비의 운행에 있어서 안정성이 향상된다.
또한 하나의 산소제거부 및 수분제거부를 통해 복수의 샘플링라인 내부의 산소 및 수분을 제거하므로, 산소 및 수분 제거를 위한 설비를 중복으로 설치할 필요가 없어 선박 내 공간사용효율이 증대되고, 선박운용비용이 절감된다.
샘플링라인 내부의 산소와 수분을 제거하는 과정에서 샘플링 후 남아있던 암모니아 역시 제거되므로, 샘플링시스템의 유지보수 시 작업자의 안정성이 보다 향상된다.
샘플링라인 내부의 산소를 제거하여 암모니아에 의한 폭발위험성이 낮아지고, 샘플링라인 내부의 수분을 제거하여 암모니아수에 의한 배관의 부식이 방지된다.
샘플링라인 내부의 수분 및 산소를 제거하기 위하여 암모니아가 낭비되지 않으며, 암모니아의 배출이 감소되어 환경오염 유발 우려가 낮아진다.
복수의 샘플링라인을 통해 수분 및 산소 함유량에 있어 문제가 있는 배관 및 장치를 쉽게 찾아낼 수 있어, 암모니아 공급 배관 및 장치의 유지보수가 빠르고 정확하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조 하여야만 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), 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템을 개략적으로 도시하였다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템은 암모니아를 연료로 사용하는 선박에 있어서, 샘플링의 대상이 되는 암모니아 중 일부를 추출하는 샘플링라인(SL1~4), 샘플링라인에 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급라인(NSL), 샘플링라인을 거친 불활성기체에서 산소를 제거하는 산소제거부, 샘플링라인을 거친 불활성기체에서 수분을 제거하는 수분제거부 및 샘플링라인을 거친 불활성기체의 수분 및 산소의 농도를 측정하는 센서 부(23)를 포함한다.
샘플링라인은 단수 또는 복수 개일 수 있으며, 도 1을 참조하면 본 실시예 시스템에서는 제1 내지 제4 샘플링라인(SL1~4)이 마련되어 있다. 샘플링라인은 샘플링의 대상이 되는 암모니아가 존재하는 장치 또는 배관(AL)과 연결되어, 샘플링의 대상이 되는 암모니아를 공급받는다.
암모니아가 존재하는 장치 또는 배관(AL)은 엔진으로 공급되는 암모니아가 저장되거나 거쳐가는 장치, 엔진으로 암모니아를 공급하는 배관 및 이들에서 분기된 배관 등 암모니아가 존재하는 장치 및 배관을 모두 포함할 수 있다. 구체적으로 액상 암모니아를 저장하는 암모니아 탱크 또는 상기 선박의 엔진으로 액상 암모니아를 연료로 공급하는 연료공급라인 등을 포함할 수 있다. 연료공급라인은 암모니아 탱크와 엔진을 연결하고, 연료공급라인에는 엔진에 공급되는 암모니아의 온도와 압력이 엔진에 사용되기 적합하도록 만들어주는 다양한 설비가 마련되므로, 각각의 설비 사이의 연료공급라인 상에서 암모니아 배관을 분기함으로써, 연료공급라인 상의 복수의 지점에서 암모니아를 샘플링할 수 있다.
샘플링라인 상에는, 샘플링라인을 개폐하여 샘플링 여부를 조절하는 밸브(V1) 및 액상 암모니아를 기화시키는 기화기(10)가 설치될 수 있다.
엔진으로 공급되는 액상 암모니아 내 산소 및 수분 함유량은 ppm단위로서 미량이므로, 액상 암모니아를 샘플링하기 위하여 암모니아 기체로 만들어 주어야 한다. 이를 위하여 기화기(10)가 마련되며, 기화기는 액상 암모니아에 열을 공급하는 히터 또는 액상 암모니아의 압력을 낮춰주는 압력강하장치일 수 있다. 암모니아 저장 탱크는 약 10barg, 연료공급라인은 약 70barg의 압력을 가지므로 압력강하만으로 액상 암모니아의 기화가 가능하나, 압력강하 시 액상 암모니아의 온도도 함께 떨어져 액상 암모니아에 함유되거나 샘플링라인 내부에 존재하는 수분이 응결되고, 샘플링 시 측정값에 오차를 야기할 수 있으므로, 히터를 사용하는 것이 바람직하다.
샘플링라인이 복수 개인 경우, 복수의 샘플링라인을 매니폴드(manifold, M)에 연결하여, 하나의 산소제거부 및 하나의 수분제거부를 통해 복수의 샘플링라인 내부의 산소 및 수분을 제거할 수 있다.
본 실시예의 시스템에는 제1 내지 제4 샘플링라인(SL1~4)으로 구성하였으며, 제1 내지 제4 샘플링라인은 매니폴드(M)를 통해 공동의 산소제거부 및 수분제거부와 연결된다.
각각의 샘플링라인(SL1~4) 상에는, 샘플링라인을 개폐하는 샘플링밸브(SV1~4) 및 매니폴드에 공급된 불활성기체의 유입을 방지하는 샘플링역지밸브(CV1~4)가 마련될 수 있다. 샘플링밸브 및 샘플링역지밸브는 각 샘플링라인에서 공급되는 불활성기체의 역류뿐만 아니라 샘플링라인에서 공급된 불활성기체 또는 암모니아 샘플이 매니폴드를 거쳐 다른 샘플링라인으로 유입되는 것을 방지한다.
복수의 샘플링라인 중에서 샘플링이 수행될 샘플링라인의 샘플링밸브를 오픈(Open)하여, 산소 및 수분을 제거하고, 암모니아의 샘플링이 수행된다
불활성기체공급라인(NSL)은, 샘플링라인에 불활성기체를 공급하여, 샘플링라인 내부의 산소 및 수분을 각각 산소제거부 및 수분제거부로 이동시켜 제거할 수 있도록 한다. 또한 샘플링 후 샘플링라인 내부를 퍼징하여, 산소 및 암모니아를 제거하여 암모니아에 의한 폭발성 분위기 생성을 방지할 수 있다. 불활성기체는 질소, 헬륨, 아르곤, 탄산가스, 프레온, 또는 일정 함량 이하의 산소를 포함하는 이들의 조합 등이 있으며, 바람직하게는 질소가스를 사용할 수 있다.
불활성기체공급라인은 샘플링라인의 상류, 구체적으로 암모니아 기화기(10)의 직후단에 불활성기체를 공급할 수 있다. 이로써, 샘플링라인 내부 전영역에 걸쳐 불활성기체를 공급할 수 있다.
복수의 샘플링라인이 있는 경우 불활성기체공급라인은 각 샘플링라인마다 마련될 수 있다. 암모니아의 샘플링이 필요한 장치 및 배관은 선박 내부에 산재하여 불활성기체공급라인과의 거리에 따라 불활성기체의 공급이 원활하지 않을 수 있으므로, 각 샘플링라인마다 불활성기체공급라인이 마련되는 것이 바람직하다. 여러 샘플링라인이 밀집된 곳이 있다면 하나의 불활성기체공급라인을 통해 복수의 샘플링라인에 불활성기체를 공급할 수도 있다.
불활성기체공급라인 상에는 불활성기체공급라인을 개폐하는 불활성기체공급밸브(V2) 및 샘플링라인에 공급된 불활성기체가 역류되는 것을 방지하는 불활성기체 역지밸브(NCV)가 마련될 수 있다. 불활성기체공급밸브(V2)의 개폐로 샘플링라인으로의 불활성기체의 공급을 조절할 수 있다. 불활성기체공급밸브(V2) 및 불활성기체 역지밸브(NCV)는 불활성기체의 역류뿐만 아니라 암모니아 샘플링 시, 샘플링라인에 공급되는 암모니아 샘플이 불활성기체공급라인으로 유입되는 것을 방지하기도 한다.
산소제거부는, 샘플링라인에서 공급된 불활성기체를 배출하는 벤트(vent)라인(VL), 샘플링라인을 거친 불활성기체를 센서 부로 공급하는 석션(suction) 펌프(21) 및 벤트라인으로의 불활성기체 유입을 확인하는 유량계(22)를 포함할 수 있다. 샘플링라인에 공급된 불활성기체에 의해 샘플링라인 내부의 산소는 배출되고, 샘플링라인 내부는 불활성기체로 채워진다. 산소의 배출은 센서 부에 의해 배출되는 불활성기체 내 산소 함유량을 측정하여 일정 농도 이하가 될 때까지 시행되거나, 산소가 충분히 배출될 정도의 상당한 시간동안 불활성기체의 공급과 배출을 반복하여 시행될 수 있다.
샘플링라인에 공급된 불활성기체는 샘플링라인 내부의 산소 및 수분과 함께 벤트라인(VL)으로 공급되고, 벤트라인을 통해 대기로 배출되거나 회수드럼(Knock out drum)에 공급될 수 있다. 회수드럼(Knock out drum)은 기액분리기의 하나로서, 산소 농도가 낮은 불활성기체는 온도를 조절하여 물(수분)과 불활성기체로 분리한 후 물은 배출하고, 불활성기체는 선박의 불활성기체 수요처에 공급하여 활용할 수 있다. 벤트라인 상에 벤트밸브(V5)를 마련하여 샘플링라인을 거친 불활성기체의 배출을 조절할 수 있다.
석션 펌프(21)는 벤트라인 상에 마련되고, 샘플링라인에 공급된 불활성기체의 흐름을 형성하여, 샘플링라인에 공급된 불활성기체를 센서 부로 보내는 역할을 한다. 수분제거부에 별도의 팬(fan)이 마련되지 않은 경우, 샘플링라인 내부의 수분제거를 위하여 석션 펌프를 작동시켜 샘플링라인에 공급된 불활성기체를 수분제거부로 보낼 수 있다.
유량계(22)는 벤트라인 상에 마련되어 벤트라인 상에서 유체의 흐름을 측정하는데, 석션 펌프에 의해 불활성기체가 벤트라인을 잘 흐르고 있는지, 벤트라인에 막힌 부분이 없는지 확인하는 역할을 한다.
암모니아 샘플링 시, 암모니아 기체 샘플은 석션 펌프에 의해 센서 부에 공급되고, 유량계에 의해 암모니아 기체의 유입여부와 유입량 등을 파악할 수 있으며, 센서 부에서 산소 및 수분 함유량이 파악된 암모니아 기체는 대기로 배출되거나 회수드럼으로 회수될 수 있다.
수분제거부는, 벤트라인과 샘플링라인을 연결하고, 샘플링라인을 거친 불활성기체를 공급받는 순환라인(CL), 샘플링라인을 거친 불활성기체의 온도를 상승시키는 히터(31) 및 히터를 거쳐 공급되는 불활성기체에서 수분을 제거하는 드라이어(33)를 포함할 수 있다. 또한 순환라인에서 불활성기체를 순환시키는 드라이어 팬(32)을 더 포함할 수 있다.
순환라인은(CL) 벤트라인 말단에서 분기하여 샘플링라인의 상류, 구체적으로 암모니아 기화기(10) 및 샘플링밸브(SV1) 사이의 샘플링라인과 연결되는 배관이다. 순환라인은 산소제거부를 통해 산소를 제거한 후 샘플링라인에 채워졌던 불활성기체를 공급받고, 불활성기체 내 수분을 제거한 후, 샘플링라인에 다시 공급한다. 순환라인 상에는 샘플링라인을 거친 불활성기체의 순환라인으로의 공급을 조절하는 순환라인밸브(V4)가 마련될 수 있고, 순환라인밸브(V4)를 열고 벤트밸브(V5)를 잠가, 샘플링라인을 거친 불활성기체가 순환라인으로 공급되도록 조절할 수 있다. 또한 암모니아 샘플링 시 순환라인밸브(V4)를 잠가 암모니아 기체가 순환라인으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
순환라인이 샘플링라인과 연결되는 부분에는, 수분이 제거된 불활성기체의 샘플링라인으로의 공급을 조절하는 순환밸브(V3) 및 수분이 제거된 불활성기체의 역류를 방지하는 순환역지밸브(CCV)가 마련될 수 있다. 순환밸브 및 순환역지밸브는 불활성기체의 역류뿐만 아니라 암모니아 샘플링 시, 샘플링라인에 공급된 암모니아가 순환라인으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
히터(31)는 순환라인에 공급된 불활성기체의 온도를 높여 샘플링라인에 공급하여, 샘플링라인 내부에 고인 수분이 증발되도록 한다.
드라이어(33)는 샘플링라인 내부에서 증발된 수분이 불활성기체와 함께 이동해오면, 수분을 흡착하여 제거한다.
드라이어 팬(32)은 순환라인 상에 마련되어, 샘플링라인에 채워진 불활성기체가 순환라인으로 공급된 후 샘플링라인으로 다시 공급되는 흐름을 형성한다. 드라이어 팬 대신 상기한 석션 펌프(21)에 의하여 이러한 흐름을 형성할 수도 있다.
복수의 샘플링라인은 순환밸브(V3) 및 드라이어(33) 사이의 순환라인 지점과 연결될 수 있고, 각각의 샘플링라인에 대하여 순환밸브 및 순환역지밸브가 마련될 수 있다.
센서 부(23)는 벤트라인 상에 마련되어, 샘플링라인을 거친 불활성기체의 수분 및 산소 함유량을 측정한다. 수분 및 산소 외에 발열량 센서, 온도계, 압력계 등 다양한 종류의 센서를 필요에 따라 더 설치할 수 있다. 암모니아 샘플링 시, 암모니아 기체에 포함된 산소 및 수분 함유량을 측정하여, 엔진으로 공급하기 적합한 지 판단할 수 있다.
샘플링에 적합한 샘플링라인 내부의 산소 및 수분 농도를 고려하여, 구체적으로 불활성기체의 산소 농도가 0.01ppm 이하이면 샘플링라인에 불활성기체를 공급하여 산소를 배출하는 것을 중단할 수 있고, 불활성기체의 수분 농도가 1ppm 이하이면 수분을 제거하는 것을 중단할 수 있다. 산소 및 수분 조건이 모두 만족된 후 암모니아의 샘플링을 시작할 수 있다.
기화기 직후단의 샘플링라인 상류 및 순환라인 상에는, 암모니아 및 불활성기체로부터 유분 및 먼지 등 기타 오염물질을 걸러주는 필터가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거방법은, 암모니아를 연료로 사용하는 선박에서, 암모니아가 엔진에 공급되기에 알맞은 산소 및 수분 함유량을 갖는지 확인하는 샘플링시스템에 있어서, 샘플링이 실시될 샘플링라인에 불활성기체를 공급하여 샘플링라인 내부의 기체를 배출하고, 상기 샘플링라인 내부를 거친 불활성기체로부터 수분을 제거하되, 샘플링이 실시될 샘플링라인은 복수 개이고, 복수의 샘플링라인은 매니폴드에 연결되어, 산소 및 수분을 제거하는 장치를 공유하는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 샘플링라인 내부의 기체를 배출하여 산소를 제거한 후, 샘플링라인 내부에 열을 가한 불활성기체를 공급하고, 불활성기체의 열에 의해 샘플링라인 내부의 수분을 증발시키며, 증발된 수분을 흡착하여, 샘플링라인 내부의 수분을 제거할 수 있다.
샘플링라인 내부에서 배출되는 기체 내 산소 농도가 기준 값 이하가 되면, 산소의 제거를 중단할 수 있다. 열을 가한 불활성기체는 샘플링라인을 순환하면서, 샘플링라인 내부의 수분을 제거하고, 샘플링라인을 순환하는 불활성기체 내 수분 농도가 기준 값 이하가 되면, 수분의 제거를 중단할 수 있다.
샘플링라인의 산소 및 수분제거는 독립하여 또는 동시에 수행될 수 있다. 샘플링라인 내부에서 배출되는 기체 내 산소 농도가 낮으면, 배출되지 않고 샘플링라인을 순환하면서 수분을 제거할 수 있다. 샘플링라인 내부에서 배출되는 기체 내 산소 농도가 높으면 일부는 배출하고, 일부는 순환시키는 것을 반복하여, 산소 및 수분 제거를 동시에 수행할 수 있다.
샘플링라인의 산소 및 수분제거는, 복수의 샘플링라인 중 암모니아 샘플링이 이루어질 샘플링라인에 대해서만 이루어질 수 있고, 산소 및 수분이 제거된 후에 암모니아 샘플이 샘플링라인에 공급될 수 있다.
이외에 상기한 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템의 기재와 중복되는 범위에서 동일하다.
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.
SL1~SL4: 제1 내지 제4 샘플링라인
SV1~SV4: 샘플링밸브
CV1~CV4: 샘플링역지밸브
M: 매니폴드
AL: 암모니아 배관(샘플링 대상)
V1: 밸브
NSL: 불활성기체공급라인
V2: 불활성기체공급밸브
V3: 순환밸브
V4: 순환라인밸브
V5: 벤트밸브
NCV: 불활성기체 역지밸브
CCV: 순환역지밸브
VL: 벤트라인
10: 기화기
21: 석션 펌프
22: 유량계
23: 센서 부
CL: 순환라인
31: 히터
32: 드라이어 팬
33: 드라이어

Claims (15)

  1. 암모니아를 연료로 사용하는 선박에 있어서,
    샘플링의 대상이 되는 암모니아 중 일부를 추출하는 샘플링라인;
    상기 샘플링라인에 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급라인;
    상기 샘플링라인을 거친 불활성기체에서 산소를 제거하는 산소제거부;
    상기 샘플링라인을 거친 불활성기체에서 수분을 제거하는 수분제거부; 및
    상기 샘플링라인을 거친 불활성기체의 수분 및 산소의 농도를 측정하는 센서 부:를 포함하고,
    상기 샘플링라인은 단수 또는 복수 개인 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 샘플링의 대상이 되는 암모니아는,
    액상 암모니아를 저장하는 암모니아 탱크; 또는
    상기 선박의 엔진으로 액상 암모니아를 연료로 공급하는 연료공급라인:에 존재하는 암모니아인 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 산소제거부는,
    샘플링라인에서 공급된 불활성기체를 배출하는 벤트(vent)라인;
    샘플링라인을 거친 불활성기체를 상기 센서 부로 공급하는 석션(suction) 펌프; 및
    상기 벤트라인으로의 불활성기체 유입을 확인하는 유량계:를 포함하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 수분제거부는,
    상기 벤트라인과 샘플링라인을 연결하고, 상기 샘플링라인을 거친 불활성기체를 공급받는 순환라인;
    상기 샘플링라인을 거친 불활성기체의 온도를 상승시키는 히터; 및
    상기 히터를 거쳐 공급되는 불활성기체에서 수분을 제거하는 드라이어:를 포함하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 수분제거부는,
    순환라인에서 불활성기체를 순환시키는 드라이어 팬을 더 포함하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 샘플링라인이 복수 개인 경우,
    복수의 샘플링라인은 매니폴드(manifold)에 연결되어,
    하나의 산소제거부 및 하나의 수분제거부를 통해 복수의 샘플링라인 내부의 산소 및 수분이 제거되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 샘플링라인 상에는,
    샘플링라인을 개폐하는 샘플링밸브; 및
    매니폴드에 공급된 불활성기체의 유입을 방지하는 샘플링역지밸브:가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 불활성기체공급라인 상에는,
    불활성기체공급라인을 개폐하는 불활성기체공급밸브; 및
    상기 샘플링라인에 공급된 불활성기체가 역류되는 것을 방지하는 불활성기체 역지밸브:가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 벤트라인에서 배출되는 불활성기체는 대기로 배출되거나, 회수드럼으로 회수되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  10. 청구항 4에 있어서, 상기 순환라인 상에는,
    샘플링라인을 거친 불활성기체의 순환라인으로의 공급을 조절하는 순환라인밸브;
    수분이 제거된 불활성기체의 샘플링라인으로의 공급을 조절하는 순환밸브; 및
    수분이 제거된 불활성기체의 역류를 방지하는 순환역지밸브:가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 샘플링라인이 복수 개인 경우,
    복수의 샘플링라인은, 상기 순환밸브와 드라이어 사이의 순환라인 지점에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거시스템.
  12. 암모니아를 연료로 사용하는 선박에서, 암모니아가 엔진에 공급되기에 알맞은 산소 및 수분 함유량을 갖는지 확인하는 샘플링시스템에 있어서,
    샘플링이 실시될 샘플링라인에 불활성기체를 공급하여 샘플링라인 내부의 기체를 배출하고,
    상기 샘플링라인 내부를 거친 불활성기체로부터 수분을 제거하되,
    샘플링이 실시될 샘플링라인은 복수 개이고,
    복수의 샘플링라인은 매니폴드에 연결되어, 산소 및 수분을 제거하는 장치를 공유하는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    샘플링라인 내부의 기체를 배출하여 산소를 제거한 후,
    샘플링라인 내부에 열을 가한 불활성기체를 공급하고,
    불활성기체의 열에 의해 샘플링라인 내부의 수분을 증발시키며,
    증발된 수분을 흡착하여, 샘플링라인 내부의 수분을 제거하는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    샘플링라인 내부에서 배출되는 기체 내 산소 농도가 기준 값 이하가 되면, 산소의 제거를 중단하는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    열을 가한 불활성기체는 샘플링라인을 순환하면서, 샘플링라인 내부의 수분을 제거하고,
    샘플링라인을 순환하는 불활성기체 내 수분 농도가 기준 값 이하가 되면, 수분의 제거를 중단하는 것을 특징으로 하는 선박의 암모니아 샘플링라인의 수분 및 산소 제거방법.
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