KR20240002966A - 배기가스 정화 시스템을 모니터링하기 위한 시스템및 방법 - Google Patents

배기가스 정화 시스템을 모니터링하기 위한 시스템및 방법 Download PDF

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Abstract

에미션 소스에 기능적으로 연결된 배기가스 정화 시스템을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 에미션 센서는 배기가스 정화 시스템을 나갈 때 에미션 소스로부터의 에미션을 나타내는 에미션 신호를 검출한다. 또한 배기가스 정화 시스템과 각각 관련된 측정 신호는 여러 다른 센서에 의해 기록된다. 추가 센서로부터의 측정 신호에 기초하여 배기가스 정화 시스템의 공정 상태가 결정된다. 이어서, 에미션 신호 및 공정가 이상과 관련하여 각각 평가된다. 에미션 신호의 이상이 존재하지 않는 경우, 또는 에미션 신호의 이상이 존재하면서 동시에 공정 조건 이상이 결정되지 않거나 에미션 신호 이상이 예외 조건을 만족하는 경우, 배기가스 정화 시스템의 올바른 기능을 나타내는 준수 에미션 상태가 결정되고 보고된다.

Description

배기가스 정화 시스템을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법{System and method for monitoring an exhaust gas cleaning system}
본 발명은 에미션 소스(emission source), 특히 선박의 엔진에 연결된 배기가스 정화 시스템의 기능을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
MARPOL 협약(선박에 의한 해양 오염 방지를 위한 국제 협약) 및 기타 현지 지침에 따라 오늘날 선박은 요구되는 배출 제한을 준수함을 입증해야 한다. 이는 예를 들어 소위 "스크러버(scrubber)"를 포함하는 배기가스 정화 시스템을 사용하여 수행할 수 있으며, 여기서 배출된 배출은 배출 측정 장치로 문서화된다. 대안적으로, 고품질의 고가의 연료를 선박 운항 중에 사용할 수 있으며 그 사용이 입증될 수 있다.
배기가스 정화 시스템 및/또는 에미션 측정 장치를 사용할 수 없거나 작동 준비가 되지 않은 경우, 종종 수작업에 의한 문서화 및 전문가의 후속 평가를 수행해야 한다. 배기가스 정화 시스템 및/또는 에미션 측정 장치의 고장이 발생한 경우, 제3자, 즉 항해 중 기국에 대한 문서는 매우 복잡하고 비용 증가와 관련이 있거나 극단적인 경우에는 수행될 수 없다. 또한 운항 중에 적절한 전문가가 배기가스 정화 시스템 및/또는 배출 측정 장치를 수리하는 것은 거의 또는 전혀 불가능하다. 배기가스 정화 시스템의 올바른 기능에 대한 증거가 없는 기간은 일반적으로 해당 선박 운송에 대한 비용 위험을 증가시키고, 이는 예를 들어 벌금이 부과되거나 특히 깨끗한 연료를 사용해야 하기 때문이다.
중복 에미션 측정 장치를 사용하여 배출 제어 시스템의 배출 검증 부족으로 인한 어려움을 줄일 수 있다. 그러나 이에 상응하는 더 높은 취득 및 운영 비용이 필요하다.
선박의 배기가스 정화 시스템이 제대로 작동하는지 확인하는 것은 종종 스크러버(scrubber)의 배출구의 배기가스 센서와 같은 단일 센서의 판독값에 따라 달라진다. 그러한 배기가스 센서가 고장나거나 잘못된 측정값을 전달하면, 결과적으로 배기가스 정화 시스템의 작동에 결함이 있는 것으로 간주된다. 배기가스 센서는 일반적으로 선박의 현재 위치에 가까운 항구에서 가능한 한 빨리 수리된다.
그러나 배기가스 센서가 고장나더라도 배기가스 정화 시스템이 계속 정상적으로 작동하고 에미션 값이 지정된 한계 값보다 낮게 되는 것이 가능하다. 예를 들어, 배기가스 센서의 고장이나 잘못된 측정값에도 불구하고 낮은 에미션 값으로 이러한 작동이 시연될 수 있다면, 배기가스 정화 시스템과 전체 선박이 보다 원활하게 작동할 수 있다.
본 발명의 목적은 센서 중 하나가 오작동하는 경우에도 배기가스 정화 시스템의 올바른 작동을 보장하는 방법 및 시스템을 구현하는 것이다.
이러한 목적은 독립항의 특징을 갖는 시스템 및 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 발전은 종속항, 설명 및 도면에 명시되어 있다.
이 시스템은 에미션 소스(emission source), 특히 선박의 엔진에 작동 가능하게 연결된 배기가스 정화 시스템을 모니터링하기 위한 것이다. 이 시스템은 배기가스 정화 시스템을 나갈 때 에미션 소스로부터의 에미션을 나타내는 에미션 신호를 감지하는 에미션 센서, 배기가스 정화 시스템과 관련된 각각의 측정 신호를 출력하는 복수의 다른 센서, 및 전자 프로세싱 유닛(electronic processing unit)을 포함한다. 프로세싱 유닛은 이상과 관련된 에미션 신호 및 공정 상태를 평가하기 위해 배기가스 정화 시스템의 공정 상태를 결정하기 위한 추가 센서로부터의 측정 신호를 사용하도록 구성된다. 또한, 프로세싱 유닛은, 에미션 신호에 이상이 없거나 에미션 신호에 이상 있고 동시에 공정 상태에 이상이 없는 것으로 결정되거나 에미션 신호의 이상이 예외 조건을 만족하면 배기가스 정화 시스템의 준수 에미션 상태를 결정하고 출력하도록 구성된다.
배기가스 정화 시스템은 예를 들어 선박 내부 또는 선박에 설치되므로 선박 엔진에서 나오는 배기가스를 정화하기 위한 스크러버(scrubber)로 알려진 것을 포함할 수 있다. 습식 스크러버라고도 하는 스크러버의 첫 번째 유형은 일반적으로 바다 또는 다른 수역에서 취하여 스크러버를 통과하여 배기가스를 정화하는 세정수를 사용한다. 대안적으로, 건식 스크러버를 사용하여 세척수 대신 석회 분말을 사용하여 선박의 배기가스를 정화할 수 있다. 또한 소위 디녹스(Denox) 스크러버가 선박의 배기가스를 정화하는데 사용된다. "디녹스(denox)"라는 용어는 선박 엔진의 배기가스에서 질소산화물(NOx)을 제거하는 것을 의미한다. 디녹스 스크러버로 질소산화물을 제거하는 것은 촉매 변환기를 사용하는 자동차의 배기 가스와 유사한 방식으로 수행할 수 있다.
스크러버의 도움으로, 일반적으로 선박 엔진의 배기가스에서 여러 가지 다른 물질을 제거할 수 있다. 예를 들어 위에서 언급한 습식 및 건식 스크러버는 주로 황을 제거하기 위한 것이지만 그을음 및 질소산화물에도 유용하다. 반대로, 설계에 따라 디녹스 스크러버는 배기가스에서 질소산화물 외에도 황 및 그을음과 같은 다른 물질을 제거할 수 있다.
에미션 센서는 배기가스 정화 시스템을 사용하여 정화 후 배기가스의 배출을 감지한다. 또한 배기가스 정화 시스템 및 그에 따라 에미션 상태와 관련된 다른 센서가 있다. 예를 들어, 습식 스크러버의 경우 추가 센서는 세정수의 pH 값 및/또는 스크러버 및 선박 엔진의 공정 파라미터를 기록한다. 건식 및 디녹스 스크러버의 경우 에미션 센서 외에 제공되는 추가 센서를 통해 각 스크러버의 공정 파라미터를 유사한 방식으로 기록할 수 있다. 추가 센서는 각 스크러버 유형에서 배기가스를 정화하는 데 사용되는 각 매체의 상태를 감지할 수 있다.
예를 들어 선박의 엔진과 같은 에미션 소스로부터의 에미션은 배기가스 정화 시스템을 사용하여 정화한 후에 측정되는 하나 이상의 가스의 질량 및/또는 체적 농도, 양 또는 질량으로 정의될 수 있다. 에미션은 예를 들어 배기가스의 이산화황(SO2) 농도 및/또는 이산화탄소(CO2) 농도(ppm 또는 부피%)로 표시된다.
배기가스 정화 시스템이 선박에 설치되는 경우 스크러버를 통과한 물을 바다나 수역으로 다시 공급할 수 있도록 물을 처리하는 장치가 포함된다. 이 경우, 예를 들어 온도 또는 물 처리량을 기록하기 위해 물을 처리하는 장치에 일부 추가 센서를 설치할 수 있다. 또한 추가 센서는 처리 후 바다나 수역으로 반환되기 전에 물의 상태를 나타내는 센서도 포함할 수 있다.
또한, 추가 센서는 배기가스 정화 시스템과 간접적으로 관련되고 예를 들어 배기가스 정화 시스템에 의해 수용되는 배기가스의 양을 결정하는 선박의 구성 요소에 또는 내부에 설치되는 센서를 포함할 수 있다. 이러한 추가 센서는 예를 들어 엔진 출력 및/또는 선박 엔진의 다른 파라미터용 센서와 선박의 속도 및 가속도를 기록하는 센서일 수 있다.
추가 센서로부터의 측정 신호는 각각의 측정 신호에 의해 표현되는 측정 변수에 대응하는 공정 파라미터를 각각 정의할 수 있다. 이러한 공정 파라미터 전체는, 공정 상태를 나타내는 벡터의 구성요소와 유사하게, 배기가스 정화 시스템의 공정 상태를 설명할 수 있다. 에미션 신호 및 공정 상태의 이상은 에미션 신호 및 추가 센서의 측정 신호를 각각의 유효성 기준과 비교하여 각각의 경우에 결정될 수 있다. 에미션 신호 또는 추가 센서의 측정 신호 중 하나가 각 유효성 기준과 일치하지 않는 경우, 에미션 신호 또는 공정 상태에 이상이 있을 수 있다. 예를 들어 에미션 신호가 법적으로 규정된 한계 값을 초과하면 에미션 신호에 이상이 있을 수 있다. 또한, 에미션 신호 이상은 에미션 센서가 고장났거나 무의미하거나 의심스러운 값을 보고하고 있음을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우 에미션 센서 이상에도 불구하고 배기가스 정화 시스템이 올바르게 작동하고 에미션 상태가 규정을 준수하는지 여부를 확인할 수 있도록 공정 상태를 평가한다.
가장 간단한 경우, 준수 에미션 상태의 결정 및 출력은 배기가스 정화 시스템의 순간 에미션 양이 법적으로 규정된 제한 값 미만이라는 사실을 단지 언급하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 황과 같은 에미션의 결정된 양을 정량적으로 지정할 수 있다. 에미션 상태와 관련하여 "준수"라는 용어는 결정된 에미션 양이 법적 요구 사항을 충족하고 예를 들어 기국(flag state)에서 지정된 제한 값 미만이라는 사실을 의미한다.
후술하는 시스템 및 방법의 장점은, 에미션 신호에 이상이 있는 경우에도, 예를 들어 에미션 센서가 고장난 경우 또는 에미션 신호가 잘못된 경우에도, 배기가스 정화 시스템의 에미션 상태를 판별하여 출력할 수 있다는 것이다. 결과적으로 배기가스 정화 시스템의 올바른 기능을 확인할 수 있는 기간을 최대화할 수 있다.
따라서 에미션 신호 또는 에미션 센서에 이상이 있어도 배기가스 정화 시스템의 작동을 계속할 수 있으며, 준수 에미션 상태를 결정할 때 다른 센서의 측정 신호를 통해 이를 보상할 수 있다. 결과적으로, 예를 들어 선박 항해 중 준수 에미션 상태가 결정될 수 있는 공정 상태에 있는 한, 예를 들어 추가 센서로부터의 측정 신호를 사용하여, 시스템 또는 방법의 사용은 원하지 않는 작동 중단을 피할 수 있다.
이는 배기가스 정화 시스템의 올바른 기능에 대한 향상된 정보로 이어진다. 배기가스 정화 시스템의 오작동과 관련하여 발생하는 추가 비용을 이러한 방식으로 줄일 수 있으며, 이는 예를 들어 에미션 상태에 대한 수작업 문서화 빈도가 감소하고 여분의 에미션 장치가 필요하지 않기 때문이다. 전반적으로, 이 방법은 배기가스 정화 시스템의 에미션 상태 감지의 신뢰성을 향상시킨다. 또한 선박을 운항하기 위해 고가의 연료를 사용하는 것도 필수적인 것은 아니다. 배기가스 정화 시스템의 공정 상태는 다른 여러 센서의 측정 신호를 사용하여 결정되기 때문에 배기가스 정화 시스템의 오작동도 조기에 감지하고 예를 들어 경고 시스템을 사용하여 보고할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 예외 조건은 에미션 신호가 에미션 센서에 의해 검출된 에미션 신호에 대한 유효성 기준에 의해 정의된 미리 설정된 시간 미만 동안 정상 상태를 벗어나는 것을 포함할 수 있다. 예외의 시간을 제한하면 이러한 예외에 대해 입법자에 의해 많은 경우에 허용되지만 여전히 환경에 부담이 되는 원치 않는 에미션의 양을 줄일 수 있다.
에미션 신호 및 공정 상태를 정의하는 앞에서 언급한 다른 센서들의 신호를 위한 각각의 유효성 기준의 결정은 에미션 센서 및 다른 센서의 측정 신호를 위한 하나 이상의 유효성 기준을 사용하여 직간접적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 유효성 기준은 각 측정 신호를 위한 하한값 및 상한값을 포함할 수 있다.
공정 상태의 이상이 감지되고 에미션 신호의 이상이 예외 조건을 만족하지 않는 경우, 전자 프로세싱 유닛은 특정 오류 메시지를 발행한다. 특정 오류 메시지의 출력은 배기가스 정화 시스템의 오작동을 조기에 감지할 수 있도록 한다.
추가 실시예에 따르면, 전자 프로세싱 유닛은, 에미션 신호에 이상이 있으면서 공정 상태에 이상이 없는 것을 결정되는 경우, 에미션 신호에 대한 대체 신호를 계산하기 위해 추가 센서로부터의 측정 신호를 사용한다. 또한, 전자 프로세싱 유닛은, 에미션 신호에 이상이 있으면서 공정 상태에 이상이 없는 것으로 결정될 때, 대체 신호로부터 준수 에미션 상태를 결정할 수 있다. 그렇지 않으면, 즉 에미션 신호의 이상이 판단되지 않으면, 에미션 상태는 에미션 신호에 기초하여 판단된다.
따라서 배기가스 정화 시스템의 준수 에미션 상태는 에미션 신호에 이상이 있는 경우, 예를 들어 에미션 센서가 고장난 경우 대체 신호에 기초하여 결정될 수도 있다. 이러한 에미션 센서의 고장 또는 에미션 신호나 에미션 센서의 다른 이상이 있는 경우, 허용 한계값 미만의 에미션에 따른 배기가스 정화 시스템의 올바른 기능은 대체 신호를 통해 확인될 수 있다. 따라서 배기가스 정화 시스템을 선박에 설치하면, 에미션 센서가 고장나더라도, 예정된 목적지까지 선박 항해를 중단 없이 계속할 수 있다. 이렇게 하면 계획되지 않은 항구 체류로 인한 비용을 피할 수 있다.
대체 신호는 예를 들어 신경망을 사용하여 회귀 모델을 사용하여 구현될 수 있는 예를 들어 기계 학습 알고리즘이 사용되는 예측 방법을 사용하여 추가 센서로부터의 측정 신호를 사용하여 결정될 수 있다. 이러한 신경망의 학습 단계는 예를 들어 준수 에미션 상태에 있는 에미션 센서의 올바른 작동 중에 수행될 수 있다. 이러한 신경망을 사용하는 경우 배기가스 정화 시스템의 공정 상태와 에미션 신호의 대체 신호를 다른 센서의 측정 신호와 연결하는 계산 모델도 사용할 수 있다. 또한, 그러한 계산 모델은 배기가스 정화 시스템의 작동 중에 적응적으로 적용될 수 있다.
또한, 비교 데이터는 예를 들어 회귀 모델을 사용하는 예측 방법에 의해 계산 모델을 사용하여 공정 상태를 설명하는 적어도 일부의 공정 파라미터 및 에미션 신호에 대해 결정될 수 있다. 결과적으로, 비교 데이터를 사용하여 초기 단계에서 오작동을 식별할 수 있기 때문에, 방출되는 에미션 상태 및 배기가스 정화 시스템의 신뢰성이 전반적으로 향상될 수 있다.
전자 프로세싱 유닛은, 에미션 신호가 미리 결정된 유효성 기준 또는 미리 결정된 유효성 기준의 조합을 충족하지 않는 경우, 에미션 신호의 이상을 결정할 수 있다. 이는 에미션 센서가 고장나거나 드리프트 또는 점프와 같은 시스템적 측정 오류가 발생하는 경우일 수 있다. 또한, 예를 들어 선박의 배기가스 정화 시스템의 스크러버가 제대로 작동하지 않고 배출된 에미션의 양이 미리 정해진 한계 값을 초과하는 경우 에미션 신호는 미리 정해진 유효 범위를 초과한다.
다른 실시예에 따르면, 전자 프로세싱 유닛은 추가 센서로부터의 측정 신호를 사용하여 결정될 수 있는 유효 공정 파라미터의 개수를 결정할 수 있고 그에 따라 공정 상태를 설명할 수 있다. 공정 상태의 이상은 유효 공정 파라미터의 개수가 미리 결정된 값보다 큰 경우에만 전자 프로세싱 유닛에 의해 결정될 수 있다. 그렇지 않으면, 전자 프로세싱 유닛이 특정 오류 메시지를 발행한다. 예를 들어 각각의 추가 센서에 대한 개별 신호를 평가하여, 예를 들어 이들을 각각의 유효성 기준과 비교하여, 유효 공정 파라미터의 개수가 결정될 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 비변칙적인 공정 조건을 증명하기 위해 유효 공정 파라미터의 최소 개수가 필요하다. 유효 공정 파라미터의 최소 개수는 위에서 설명한 에미션 신호에 대한 대체 신호를 결정하기 위한 전제 조건이 될 수도 있다. 충분한 수의 유효 공정 파라미터가 차례로 결정되어야 하는 조건은 배기가스 정화 시스템의 허용 가능한 에미션 상태를 결정할 때 신뢰성을 증가시킨다.
또한, 전자 프로세싱 유닛은, 추가 센서의 측정 신호 중 적어도 하나를 사용하여 평가할 수 없는 배기가스 정화 시스템의 작동 상태를 결정하는 경우, 에미션 상태의 결정 및 출력을 억제할 수 있다. 이 경우, 평가할 수 없는 작동 상태에 대해 특정 오류 메시지가 발행될 수 있다. 평가 불가능한 작동 상태는 예를 들어, 선박의 배기가스 정화 시스템의 스크러버가 꺼진 상태 및/또는 선박의 엔진이 꺼진 상태를 포함할 수 있다. 또한 평가할 수 없는 작동 상태는 예를 들어 이전에 꺼진 스크러버의 재시작과 같은 작동 전환이 포함할 수 있다. 다른 센서 중 하나의 측정 신호를 기반으로 평가할 수 없는 작동 상태를 인식함으로써, 적용할 수 없는 에미션 상태가 에미션 소스에 대해 출력되는 것을 방지할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 시스템은 추가 에미션 신호를 검출하는 추가 에미션 센서를 포함하며, 이는 앞서 언급한 원래 에미션 신호와 같이 전자 프로세싱 유닛에 의해 이상과 관련하여 평가되는 추가 에미션 신호를 검출한다. 이 실시예에서, 결과적으로 적어도 2개의 에미션 센서의 신호가 고려되며, 각각의 에미션 신호의 이상에 관한 평가가 반복적으로 이루어지는 것이 가능하다. 추가 에미션 신호를 고려함으로써, 방법에 의해 출력되는 배기가스 정화 시스템의 허용 가능한 에미션 상태의 신뢰성이 더욱 증가된다. 이 실시예에서, 에미션 신호에 이상이 없는 경우 또는 적어도 하나의 에미션 신호에 이상이 있으면서 동시에 공정 상태에 이상이 없는 것으로 결정되거나 에미션 신호의 이상이 각각의 예외 조건을 충족하는 경우, 배기가스 정화 시스템의 순응 에미션 상태가 결정되고 출력된다.
전자 프로세싱 유닛은 또한 예를 들어 회귀 모델을 사용하여 구현될 수 있는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 에미션 신호 및/또는 비교 데이터에 대한 대체 신호에 대한 전술한 예측 방법을 수행하도록 설계될 수 있다.
또한, 본 발명은 특히 선박의 엔진인 에미션 소스에 기능적으로 연결된 배기가스 정화 시스템을 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 이 방법에 따르면, 먼저 에미션 신호가 에미션 센서에 의해 감지되고, 이는 배기가스 정화 시스템을 나갈 때 에미션 소스로부터의 에미션을 나타낸다. 또한 배기가스 정화 시스템과 각각 관련된 측정 신호는 여러 다른 센서에 의해 기록된다. 추가 센서로부터의 측정 신호에 기초하여 배기가스 정화 시스템의 공정 상태가 결정된다.
이어서, 에미션 신호 및 공정 상태가 이상과 관련하여 각각 평가된다. 배기가스 정화 시스템의 준수 에미션 조건은, 에미션 신호에 이상이 없을 때 또는 에미션 신호에 이상이 있을 때, 동시에 공정 조건에 이상이 감지되지 않거나 에미션 신호의 이상이 예외 조건을 충족할 때, 결정되고 보고된다.
따라서 전술한 시스템은 방법의 단계를 함께 수행하는 에미션 센서, 복수의 다른 센서 및 전자 프로세싱 유닛을 포함한다. 따라서 본 발명에 따른 시스템에 대한 상기 설명은 특히 본 개시 내용, 장점 및 바람직한 실시예와 관련하여 본 발명에 따른 방법에도 적용된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 유리한 실시예를 사용하여 예로서 아래에서 설명된다. 도면들은 각각 개략적으로 도시한다.
도 1은 선박의 배기가스 정화 시스템을 도시한다.
도 2는 도 1의 배기가스 정화 시스템의 에미션 상태를 모니터링하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1은 선박의 배기가스 정화 시스템(exhaust gas cleaning system)(10)을 개략적으로 도시한다. 배기가스 정화 시스템(10)은 배기가스 정화 시스템(10)의 에미션(emission) 상태를 모니터링하기 위한 방법(100)(도 2 참조)을 실행하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 시스템을 포함한다.
배기가스 정화 시스템(10)은 도시되지 않은 선박의 엔진에 의해 배출되는 처리되지 않은 배기가스(13)를 수용하는 스크러버(scrubber)(11)를 포함한다. 미처리 배기가스(13)는 스크러버(11)에서 정화된 후 정화된 배기가스(15)로서 스크러버(11)로부터 대기로 배출된다. 해수(seawater)(16)는 미처리 배기가스(13)를 정화하기 위해 스크러버(11)로 공급된다. 황(sulfer)과 같은 미처리 배기가스(13)의 특정 성분은 해수(16)의 도움으로 미처리 배기가스(13)로부터 씻겨 나온다.
배기가스 정화 시스템(10)은 또한 배기가스 센서(17)로서 설계되고 정화된 배기가스(15)의 조성을 모니터링하는 에미션 센서(emission sensor)를 포함한다. 이것은 특히 정화된 배기가스(15)의 황 함량과 관련이 있다. 또한, 배기가스 정화 시스템(10)은 전자 프로세싱 유닛(electronic processing unit)(19), 수처리 장치(water treatment)(21) 및 추가 센서(23, 24)를 포함하며, 도면부호 23의 센서는 배기가스 정화 시스템(10)과 직접 접촉하는 한편 도면부호 24의 센서는 배기가스 정화 시스템(10)에 직간접적으로 영향을 미치는 측정 신호를 검출하기 위해 제공된다.
구체적으로, 센서(24)는 도시되지 않은 선박 엔진의 출력 및 다른 파라미터를 기록하기 위한 것이다. 또한, 센서(24)는 선박의 다른 작동 변수뿐만 아니라 속도 및 가속도를 나타내는 센서를 포함한다. 예를 들어, 선박의 엔진 속도 및 선박의 가속도는 스크러버(11)에 의해 흡입되는 미처리 배기가스(13)의 양을 간접적으로 나타내는 지표이다.
수처리 장치(21)는 스크러버(11)를 미리 통과한 세정수를 공급받는다. 수처리 장치(21)는 수처리 장치(21)가 스크러버(11)로부터 공급받은 세정수로부터 수처리 장치(21)에 의해 걸러진 물질을 수용하는 슬러지 탱크(sludge tank)(25)에 연결된다. 선박용 배기가스 정화 시스템(10)에 사용되는 이러한 수처리 장치(21)의 추가 세부사항은 본 기술분야에 알려져 있으며 이하에서 추가로 설명하지 않는다.
에미션 또는 배기가스 센서(17) 및 다른 센서(23, 24)는 전자 프로세싱 유닛(19)에 통신 가능하게 연결된다. 따라서 전자 프로세싱 유닛(19)은 에미션 또는 배기가스 센서(17)로부터의 에미션 신호, 및 다른 센서(23, 24)로부터의 측정 신호를 수신한다. 배기가스 정화 시스템(10)과 직접 접촉하는 센서(23)는 온도 및/또는 내부 압력과 같은 스크러버(11)의 작동 파라미터, 그리고 온도, 물 유량 등과 같은 수처리를 위한 수처리 장치(21)의 작동 파라미터를 측정한다.
또한, 세정수가 수처리 장치(21)로부터 나와 궁극적으로 해수(16)로 되돌아간 후 세정수의 상태를 감지하기 위해 추가 센서(23)가 제공된다. 세정수의 상태는 예를 들어 탁도 및/또는 산성도 또는 pH 값에 의해 감지될 수 있으므로, 해당 측정 신호가 이 조건에서 유도될 수 있다.
배기가스 정화 시스템(10)은 수처리 장치(21)로부터 스크러버(11)로 재순환되는 정화된 세정수를 위한 재순환 시스템(27)을 선택적으로 갖는다. 이 경우, 배기가스 정화 시스템(10)은 세정수를 위한 폐쇄 회로("폐루프 스크러버")를 갖는다. 다른 방안으로, 배기가스 정화 시스템(10)은 세정수용 복귀 라인(27)을 갖지 않는다("개루프 스크러버").
해수(16) 또는 세정수를 이용하는 스크러버(11)의 대안으로, 배기가스 정화 시스템(10)은 건식 스크러버(dry scrubber) 또는 디녹스 스크러버(Denox scrubber)를 가질 수 있다. 건식 스크러버는 세정수 대신 과립상 석회(granular lime)를 사용하고, 디녹스(Denox)라는 용어는 선박 엔진의 배기가스(13)에서 질소산화물(NOx)을 제거하는 것을 말한다. 질소 산화물의 제거는 촉매 변환기를 사용하는 자동차의 배기가스와 유사한 방식으로 디녹스 스크러버를 사용하여 수행될 수 있다.
스크러버(11)의 도움으로, 선박 엔진의 배기가스(13)에서 일반적으로 여러 가지 다른 물질을 제거할 수 있다. 예를 들어, 해수(16)를 이용하는 도 1의 스크러버(11) 및 건식 스크러버는 주로 황(sulfur)을 제거하기 위한 것이지만 그을음(soot)과 질소산화물에도 유용하다. 반대로, 설계에 따라, 디녹스 스크러버는 배기가스에서 질소산화물 외에도 황 및 그을음과 같은 다른 물질을 제거할 수 있다.
건식 및 디녹스 스크러버의 경우, 온도 및/또는 내부 압력 및/또는 배기가스(13)를 정화하기 위한 각 매체의 상태와 같은 스크러버의 작동 파라미터를 감지하기 위해 추가 센서(23)가 각 스크러버에 직접 연결될 수도 있다.
운항 중 선박은 요구되는 에미션 제한 값을 준수함을 입증할 수 있어야 한다. 공지된 배기가스 정화 시스템의 경우, 이것은 특히 문제가 되거나 도 1의 배기가스 센서(17)와 같은 에미션 센서의 고장 또는 이상이 있는 경우 더 이상 불가능하다. 이러한 경우, 에미션을 수작업으로 문서화한 다음 전문가가 평가해야 하는 경우가 많다. 그러나 이것은 종종 비용 증가와 관련이 있거나 실행 불가능하므로, 배기가스 정화 시스템에 대한 적절한 수리를 수행하기 위해 선박 항해를 중단하고 다음 항구를 호출해야 한다.
본 발명에 따른 시스템 및 본 발명에 따른 방법은, 배기가스 정화 시스템(10)의 프로세스 상태를 전체적으로 나타내기 위해 그리고 배기가스 정화 장치(10)가 배기가스 센서(17)의 고장 또는 이상이 있는 경우에도 올바로 작동하고 요구되는 한계 값을 준수하는 정화된 배기가스(15)의 형태로 에미션을 방출하는 것을 증명할 수 있도록 하기 위해, 배기가스 센서(17)로부터의 에미션 신호에 더하여 다른 센서(23, 24)로부터의 신호를 이용하며, 상기한 문제를 해결하기 위해 제공된다.
도 2는 도 1에 도시된 배기가스 정화 시스템(10)을 작동하기 위한 방법(100)의 개략적으로 보여준다. 110 단계에서, 에미션 또는 배기가스 센서(17)로부터 에미션 신호가 검출되는 한편, 단계 120에서 다른 센서(23, 24)로부터의 측정 신호가 검출된다. 에미션 신호는 배기가스 정화 시스템(10)에 존재하는 에미션의 농도, 즉 정화된 배기가스(15)의 에미션 함량을 나타내는 반면, 추가 센서(23, 24)의 측정 신호는 위에서 설명한 바와 같이 배기가스 정화 시스템(10)과 직간접적으로 관련된다. 에미션은 예를 들어 배기가스의 ppm 또는 부피%(Vol.-%) 단위의 이산화황(SO2)의 농도 및/또는 이산화탄소(CO2)의 농도로 특정된다.
130 단계에서 에미션 신호 및 다른 센서로부터의 신호가 평가된다. 구체적으로, 센서(17, 23, 24)로부터의 신호는 각각의 유효성 기준과 비교된다. 또한, 다른 센서로부터의 측정 신호는 공정 파라미터를 나타내거나, 배기가스 정화 시스템(10)의 전체 공정 상태를 설명하기 위해 배기가스 정화 시스템(10)의 다른 공정 파라미터를 결정할 수 있게 한다. 예를 들어, 선박 엔진의 출력과 선박의 가속도 정보는 모델을 이용하여 스크러버(11)에 흡입되는 미처리 배기가스(13)의 양을 추정하는데 이용될 수 있다. 또한, 단계 130에서 배기가스 정하 시스템(10)의 작동에 관한 결정이 이루어지는 후속 140 내지 180 단계를 수행할 수 있도록 에미션 신호 및/또는 프로세스 상태에 이상이 있는지 여부가 결정된다. 140 내지 180 단계는 궁극적으로 규정 제한 내에서 배기가스 정화 시스템(10)의 올바른 기능을 나타내는 준수 에미션 상태 출력(200) 또는 특정 오류 메시지(210)로 귀결된다.
140단계에서, 평가될 수 없는 배기가스 정화 시스템(10)의 작동 상태가 존재하는지 여부가 추가 센서(23, 24)로부터의 측정 신호에 기초한 프로세스 파라미터에 기초하여 결정된다. 평가할 수 없는 이러한 작동 상태는 예를 들어 스크러버(11)가 현재 스위치 오프되거나 재시동과 함께 작동 전환에 있는 것을 포함한다. 평가할 수 없는 작동 상태가 존재하는 경우, 해당 오류 메시지가 210 단계에서 출력된다.
그러나, 140 단계에서 평가될 수 있는 작동 상태가 있는 경우, 150 단계에서 배기가스 센서(17)로부터의 에미션 신호가 미리 결정된 유효성 기준을 만족하는지 여부가 결정된다. 즉, 150 단계에서 에미션 또는 배기가스 센서(17) 자체에 이상이 있는지 여부를 체크한다. 이러한 이상은 에미션 또는 배기가스 센서(17)가 고장났을 때 또는 에미션 신호에서 예상치 못한 드리프트(drifts) 또는 점프(jumps)가 발생할 때 존재한다.
150 단계에서 에미션 신호가 이용 가능하고 유효한 것으로 판단되면, 즉 에미션 센서의 고장이 없고 에미션 신호에 대한 타당한 값이 있는 것으로 판단되며, 에미션 신호가 예를 들어 법률에 의해 규정된 미리 설정된 한계값 또는 한계를 초과하는지 여부가 160 단계에서 결정된다. 배기가스 센서(17)에 의해 검출된 에미션 양이 한계값 미만이면, 준수 에미션 상태가 현재 존재한다는 것이 200 단계에서 출력된다. 에미션 신호가 미리 설정된 한계값을 초과하면, 170 단계에서 짧은 허용된 제한 위반이 발생했는지 여부가 결정된다.
제한의 단기 초과는 예를 들어 선박이 특정 시간 동안 가속되는 경우 에미션 신호에 대해 허용되며, 이는 선박 엔진의 증가된 출력과 이에 따라 처리되지 않은 배기가스(13)의 양이 증가하는 것과 관련된다. 따라서 짧은 허용 한계 위반의 존재는 예를 들어 센서(24)에 속하는 가속도 센서에 의해 결정될 수 있다(도 1 참조). 그러나 입법자들은 한도를 초과할 수 있는 최대 시간을 아직 구체적으로 지정하지 않았다. 그러나 이러한 최대 시간은 분(minutes) 범위이고 1시간보다 훨씬 짧을 것으로 예상된다. 170 단계에서 단기 허용 한계 위반이 결정되면, 200 단계에서 준수 에미션 조건이 리턴된다.
그러나 150 단계에서 누락되거나 유효하지 않은 에미션 신호가 결정되거나 또는 170 단계에서 허용될 수 있는 단기 한계 초과가 없는 것으로 결정되면, 180 단계에서 공정 파라미터 또는 추가 센서(23, 24)의 측정 신호가 프로세스가 허용 가능한지 또는 올바르게 작동하는지를 확인하기 위해 사용된다. 먼저 유효한 공정 파라미터의 충분한 수가 에미션 상태를 평가하기 위해 활용 가능한지를 결정한다. 구체적으로, 각각의 추가 센서(23, 24)의 이상 유무를 확인하여 각 추가 센서(23, 24)가 고장인지를 판단하고, 그렇지 않은 경우에는 각 추가 센서(23, 24)의 측정 신호가 타당한지를 판단한다. 다른 센서(23, 24)로부터의 측정 신호를 사용하여 충분한 수의 유효한 공정 파라미터가 결정될 수 있으면, 센서(23, 24)로부터의 측정 신호 또는 이를 사용하여 결정된 공정 파라미터가 준수 에미션 상태에 대응하는 미리 정해진 유효성 기준을 충족하는지 여부가 결정된다. 이러한 경우에도, 170 단계에서 프로세스가 올바르게 작동하는 것으로 가정한다. 올바르게 작동하는 프로세스는 예를 들어 수처리 장치(21)를 빠져나가는 세정수의 pH 값이 미리 결정된 한계값 사이에 있는 것을 포함한다.
예를 들어 정화된 배기가스(15)의 황 함량을 포함하는 배기가스 정화 시스템 (10)을 빠져나가는 에미션의 양은 또한 모델을 사용하여 공정 파라미터로부터 추정될 수 있다. 따라서 이러한 추정된 에미션 양은 에미션 또는 배기가스 센서(17)의 이상으로 인해 활용 가능하지 않거나 사용할 수 없는 에미션 신호에 대한 대체 값을 나타낸다. 추정 에미션 양이 위에서 설명한 법적 제한보다 낮으면, 다시 200 단계에서 준수 에미션 상태가 출력된다. 그러나, 170 단계에서 스크러버(11)의 정화 프로세스가 제대로 작동하지 않는 것으로 판단되면, 210 단계에서 특정 오류 메시지가 출력된다.
위에서 설명된 바와 같이, 210 단계에서의 특정 오류 메시지는 평가할 수 없는 작동 조건이 존재하거나 스크러버(11)의 정화 프로세스가 올바르게 작동하지 않는다는 것을 포함한다. 210 단계에서, 특정 오류 메시지는 또한 평가될 수 없는 작동 상태의 가능한 원인의 표시 또는 센서(17, 23, 24)로부터의 측정 신호가 대응하는 유효성 기준을 충족하지 않는다는 표시를 포함한다. 그 결과, 센서(17, 23, 24) 중 하나의 오작동을 조기에 감지하여 수정할 수 있다.
전반적으로, 130 단계에서 에미션 신호 및 다른 센서(23, 24)의 신호의 평가는 에미션 신호 또는 에미션 센서(17)에 이상이 있는지 및/또는 다른 센서(23, 24)로부터의 측정 신호에 기초하는 배기가스 정화 시스템(10)의 프로세스 상태에 이상이 있는지를 140 내지 180 단계에서 결정하는 것을 가능하게 한다. 이는 에미션 또는 배기가스 센서(17)의 이상 또는 고장이 있는 경우에도 배기가스 정화 시스템(10)의 허용 가능한 에미션 상태를 결정하는 것을 가능하게 한다. 결과적으로 그러한 경우에 배기가스 정화 시스템(10)의 올바른 작동이 또한 검증되고 문서화될 수 있다. 따라서, 배기가스 정화 시스템의 올바른 기능이 검증될 수 있는 기간이 최대화될 수 있다.
배기가스 정화 시스템(10)이 에미션 또는 배기가스 센서(17)에 이상이 있는 경우에도 계속해서 올바르게 작동하고 그 에미션 값이 특정 한계값 미만이면, 배기가스 정화 시스템(10) 및 그에 따른 전체 선박의 작동이 준수 에미션 상태(200 단계 참조)의 결정이 중단 없이 계속될 수 있을 때 방법(100)의 실행에 의해 증가될 수 있다. 결과적으로, 예를 들어 선박 항해 동안 바람직하지 않은 작동 중단은 프로세스 상태가 추가 센서(23, 34)의 측정 신호를 사용하여 허용 가능한 에미션 상태의 결정을 허용하는 한 회피될 수 있다.
10 배기가스 정화 시스템
11 스크러버
13 미처리 배기가스
15 정화된 배기가스
16 해수
17 배기가스 센서
19 전자 프로세싱 유닛
21 수처리 장치
23 배기가스 정화 시스템의 추가 센서
24 선박의 다른 센서
25 슬러지 탱크
27 세정수 재순환
100 방법
110-210 방법 단계

Claims (10)

  1. 에미션 소스, 특히 선박 엔진에 기능적으로 연결된 배기가스 정화 시스템(10)을 모니터링하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 배기가스 정화 시스템(10)을 빠져나갈 때 상기 에미션 소스로부터의 에미션을 나타내는 에미션 신호를 검출하는 에미션 센서(17),
    상기 배기가스 정화 시스템(10)과 관련된 측정 신호를 출력하는 복수의 추가 센서(23, 24), 그리고
    전자 프로세싱 유닛(19)을 포함하고,
    상기 전자 프로세싱 유닛(10)은
    상기 추가 센서(23, 24)로부터의 상기 측정 신호를 기초로 상기 배기가스 정화 시스템(10)의 공정 상태를 결정하고,
    상기 에미션 신호 및 상기 공정 상태를 이상과 관련하여 평가하고,
    상기 에미션 신호의 이상이 없으면, 또는 상기 공정 상태의 이상이 없으면서 상기 에미션 신호의 이상이 있거나 또는 상기 에미션 신호의 이상이 예외 조건을 만족하면, 상기 배기가스 정화 시스템(10)의 올바른 기능을 나타내는 준수 에미션 조건을 결정하고 출력하도록 구성되는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예외 조건은 상기 에미션 신호가, 상기 에미션 센서(17)에 의해 검출된 상기 에미션 신호에 대한 유효성 기준에 의해 정의된 미리 정해진 시간 미만 동안 정상 상태로부터 벗어나는 것을 포함하는 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전자 프로세싱 유닛(19)은, 상기 공정 상태에 이상이 있을 때 및 상기 에미션 신호의 이상이 상기 예외 조건을 만족하지 않을 때, 특정 오류 메시지를 발행하는 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 프로세싱 유닛(19)은, 상기 에미션 신호에 이상이 있고 상기 공정 상태에 이상이 없는 경우, 상기 에미션 신호에 대한 대체 신호를 계산하기 위해 상기 추가 센서(23, 24)로부터의 상기 측정 신호를 사용하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전자 프로세싱 유닛(19)은 에미션 신호 이상이 없을 때 상기 에미션 신호로부터 준수 에미션 조건을 결정하고, 에미션 신호 이상이 있고 공정 조건 이상이 없을 때 상기 대체 신호로부터 상기 준수 에미션 조건을 결정하는 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 프로세싱 유닛(19)은, 상기 에미션 신호가 미리 설정된 유효성 기준 또는 미리 설정된 유효성 기준들의 조합을 만족하지 않는 경우, 상기 에미션 신호의 이상을 결정하는 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 프로세싱 유닛(19)은 상기 추가 센서(23, 24)로부터의 상기 측정 신호를 사용하여 결정될 수 있는 유효 공정 파라미터의 수를 결정하고, 상기 유효 공정 파라미터의 수가 미리 설정된 값보다 크면 이상과 관련하여 상기 공정 상태를 평가하고, 그렇지 않으면 특정 오류 메시지를 출력하는 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 프로세싱 유닛(19)은, 상기 전자 프로세싱 유닛(19)이 상기 추가 센서(23, 24)의 상기 측정 신호 중 적어도 하나를 사용하여 상기 배기가스 정화 시스템(10)의 평가할 수 없는 작동 상태를 결정하는 경우, 상기 에미션 상태의 판단 및 출력을 억제하고, 평가할 수 없는 작동 상태에 대한 특정 오류 메시지를 출력하는 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가 에미션 신호를 검출하는 추가 에미션 센서(17)를 더 포함하고,
    상기 전자 프로세싱 유닛(19)은
    이상과 관련하여 상기 추가 에미션 신호를 평가하고,
    상기 에미션 신호에 이상이 없는 경우, 또는 상기 에미션 신호 중 적어도 하나에 이상이 있으면서 동시에 상기 공정 상태에 이상이 없는 것으로 결정되거나 상기 에미션 신호의 이상이 각 예외 조건을 만족하는 경우, 상기 배기가스 정화 시스템(10)의 준수 에미션 상태를 결정하고 출력하도록 더 구성되는 시스템.
  10. 에미션 소스, 특히 선박 엔진에 기능적으로 연결된 배기가스 정화 시스템(10)을 모니터링하는 방법에 있어서,
    에미션 신호는 에미션 센서(17)에 의해 검출되고, 상기 에미션 신호는 상기 배기가스 정화 시스템(10)을 빠져나갈 때 상기 에미션 소스로부터의 에미션을 나타내고,
    상기 배기가스 정화 시스템(10)에 각각 관련되는 측정 신호가 다른 센서(23, 24)에 의해 기록되고,
    상기 배기가스 정화 시스템(10)의 공정 상태가 상기 추가 센서(23, 24)로부터의 상기 측정 신호를 기초로 결정되고,
    상기 에미션 신호 및 상기 공정 상태는 이상과 관련하여 각각 평가되고,
    상기 에미션 신호의 이상이 없으면, 또는 상기 에미션 신호에 이상이 있으면서 동시에 상기 공정 상태에 이상이 없는 것으로 결정되거나 상기 에미션 신호의 이상이 예외 조건을 만족하면, 상기 배기가스 정화 시스템(10)의 올바른 기능을 나타내는 준수 에미션 조건이 결정되고 출력되는 방법.
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