WO2016122028A1 - 선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법 Download PDF

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김동찬
문영식
김남수
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    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a fuel supply system and method for a marine engine, and more particularly, a first flow path for pumping and vaporizing liquefied natural gas stored in an LNG storage tank and supplying the gas to a first engine provided in the ship, and in the first flow path.
  • a marine engine configured to depressurize the branched, pumped and vaporized natural gas and supply it to the second engine provided in the vessel, and branch the pressure retention passage for supplying the decompressed natural gas to the LNG storage tank from the reduced pressure passage.
  • a fuel supply system and method are disclosed.
  • LNG Liquified Natural Gas
  • LPG Liquified Petroleum Gas
  • LNG liquefied Natural Gas
  • Liquefied Natural Gas (hereinafter referred to as "LNG”) is a colorless and transparent liquid obtained by liquefying natural gas containing methane as its main component at about -162 °C. It has a volume of about / 600. Therefore, when liquefied and transported with LNG when transporting natural gas, it can be transported very efficiently.
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • an LNG carrier that can transport (transport) LNG to sea is used.
  • LNG-fueled ships are fueled by LNG fueled ships, and LNG fueled vessels are expected to become more active in line with the tightening emission regulations of international ships and the prospect of LNG price stability.
  • a plurality of engines may be installed, and conditions for supplying LNG fuel may vary depending on the engine.
  • the present invention particularly proposes a fuel supply system and method capable of smoothly supplying fuel in a vessel comprising an engine requiring a high pressure gas supply and an engine requiring a lower pressure gas supply.
  • the first flow path is connected to the LNG storage tank of the vessel to pump and vaporize the liquefied natural gas stored in the LNG storage tank to supply to the first engine provided in the vessel;
  • a decompression flow path branched from the first flow path to supply pressure to the second engine provided in the vessel by depressurizing the pumped and vaporized natural gas;
  • a fuel supply system for a marine engine comprising a pressure maintaining passage for supplying the natural gas branched from the decompression passage to the LNG storage tank.
  • the pressure maintaining flow path may supply the natural gas decompressed to the lower portion of the LNG storage tank, thereby preventing a decrease in pressure of the LNG storage tank.
  • BOG Bit Off Gas
  • a high-pressure pump provided in the first flow path and supplied with liquefied natural gas of the LNG storage tank and pumped at high pressure, and a vaporizer for vaporizing and supplying the liquefied natural gas pumped from the high-pressure pump to the first engine.
  • the decompression passage may be branched from the first passage downstream of the high pressure pump.
  • the first engine is a high pressure gas injection engine using high pressure gas compressed at high pressure of 150 to 400 bar as a fuel
  • the second engine is a DF engine using low pressure gas of 5 to 20 bar as fuel.
  • the LNG storage tank may further include a transfer pump for supplying the liquefied natural gas to the first flow passage, and a pressure reducing valve provided before the branch point of the pressure maintaining flow passage in the decompression flow passage.
  • the pressure reducing passage may further include a shutoff valve provided after the branch point of the pressure holding passage, a return valve provided in the pressure holding passage, and a fuel supply valve provided in the second flow passage.
  • the LNG storage tank is a pressure resistant tank
  • the design pressure may be set to hold the BOG or flash gas generated in the pressure resistant tank during the voyage of the vessel.
  • BOG Bit Off Gas
  • a portion of the pumped and vaporized natural gas supplied to the first engine is decompressed and supplied to the second engine, and a portion of the decompressed natural gas is branched and supplied to the LNG storage tank to prevent a decrease in pressure of the LNG storage tank.
  • a fuel supply method for a marine engine which can be carried out.
  • the first engine is a high-pressure gas injection engine using a high-pressure gas compressed to a high pressure of 150 to 400 bar as a fuel
  • the second engine is a DF engine using a low pressure gas of 5 to 20 bar as fuel Can be.
  • the fuel supply system of the present invention includes a first flow path that pumps and vaporizes liquefied natural gas stored in an LNG storage tank and supplies the gas to a first engine, and a first gas that is branched from the first flow path and decompressed pumped and vaporized natural gas is provided on the vessel. It is possible to configure a decompression passage to be supplied to the two engines, branching the pressure holding passage from the decompression passage, and supplying the decompressed natural gas to the LNG storage tank, thereby preventing a decrease in the pressure of the LNG storage tank.
  • the BOG supply to the second engine can be made stable and smooth, and the calorific value of the fuel supplied to the engine can be adjusted.
  • FIG. 1 shows a basic concept of a system according to an embodiment of the present invention for supplying fuel from a LNG storage tank to a plurality of engines
  • FIG. 2 shows a power generation concept of the system of FIG. 1 provided with a pressure retention passage.
  • FIG. 3 is a variant of the system of FIG. 2.
  • FIG. 1 is a basic concept of a system according to an embodiment of the present invention for supplying fuel from a LNG storage tank (T) to a plurality of engines
  • FIG. 2 is a power generation of the system of FIG. 1 provided with a pressure retention channel PCL. Show the concept.
  • the basic concept of the present embodiment is a liquefied natural gas stored in an LNG storage tank T connected to an LNG storage tank T of a ship in a ship provided with a plurality of engines supplied with natural gas as fuel.
  • the 2nd flow path L2 supplied to E2) is comprised, and fuel is supplied to each engine.
  • the first engine E1 is provided as an engine driven by receiving a fuel gas of higher pressure than the second engine E2, and the second engine is decompressed by pumping and vaporized natural gas through a portion of the first flow path L1.
  • the decompression passage PL supplied to E2 is branched from the first passage L1 to supply the decompressed natural gas to the second engine E2 in addition to the BOG.
  • LNG storage tank (T) of the present embodiment is provided as a pressure-resistant tank that can accommodate BOG or flash gas (flash gas) generated from liquefied natural gas.
  • Design pressure of the pressure resistant tank is designed to the gauge pressure of 2 bar or more, preferably 3 bar to 30 bar, so that the BOG can be supplied at the operating pressure required by the second engine without configuring a separate compressor.
  • the pressure resistant tank may be a standalone storage tank, particularly preferably an IMO C type tank.
  • the developed concept of the present embodiment is a pressure maintaining flow passage branched from the reduced pressure flow path PL so that the liquefied liquefied natural gas may be supplied to the LNG storage tank T through the reduced pressure flow path PL.
  • PCL will be further configured.
  • the first flow path (L1) is supplied with the liquefied natural gas of the LNG storage tank (T), the high pressure pump 200 for pumping at high pressure, and the liquefied natural gas pumped from the high pressure pump 200 to vaporize the first engine (E1) Vaporizer 300 to supply to) may be provided, the decompression flow path (PL) is provided to branch from the first flow path (L1) downstream of the high-pressure pump (200).
  • a heater 100 for heating the BOG supplied to the second engine E2 in accordance with the supply conditions of the second engine E2 is provided in the second flow path L2.
  • the fuel gas is supplied through the heater 100 at a temperature of -30 to 80 ° C, preferably 0 to 60 ° C.
  • the first engine E1 is a high-pressure gas injection engine using a high-pressure gas compressed at a high pressure of 150 to 400 bar as a fuel
  • the second engine E2 is a low pressure gas of 5 to 20 bar as a fuel. It can be the DF engine you use.
  • the first engine E1 may be a propulsion engine provided in a ship.
  • a ME-GI (Man diesel Electronically-Gas Injection) engine driven by receiving LNG as fuel may be applied, and the second engine may be applied.
  • E2 may be a power generation engine capable of supplying power required on board, for example, may be a dual fuel diesel generator (DFDG), a dual fuel diesel engine (DFDE).
  • DFDG dual fuel diesel generator
  • DFDE dual fuel diesel engine
  • the ME-GI engine is a two-stroke high-pressure natural gas injection engine that can use gas and oil as fuel, developed to reduce NOx and SOx emissions. Compressed gas is supplied as fuel.
  • Such ME-GI engines can reduce pollutant emissions by 23% for carbon dioxide, 80% for nitrogen compounds, and 95% for sulfur compounds, compared to diesel engines of the same power.
  • the DF engine also mixes heavy oil and natural gas.
  • the operating pressure of the DF engine varies depending on the licensor and size, but is generally supplied with natural gas of 5 to 20 bara, preferably 5 to 9 bara, rather than heavy fuel oil.
  • Low sulfur content results in less sulfur oxides in the exhaust gas. Therefore, by providing an engine for propulsion or power generation using LNG as a fuel as in this embodiment, it is possible to reduce the emission of air pollutants.
  • natural gas includes hydrocarbon components having a plurality of hydrocarbons such as ethane, propane, butane, pentane, and inert gas components such as nitrogen and carbon dioxide in addition to methane.
  • Methane number refers to the composition ratio of methane in natural gas.
  • the DF engine configured as the second engine in this embodiment generally requires methane number of 80 or more, whereas the ME-GI engine, which is the first engine, does not require methane number control. Since the methane value of liquefied natural gas may be in the range of about 70 depending on the production area, it is necessary to control the methane value in order to forcibly vaporize the liquefied natural gas and supply it to the DF engine. In contrast, BOG is mostly made of methane, so even if it is supplied to a DF engine, no methane value adjustment is necessary.
  • the BOG passes through the second flow path to the second engine and the DF engine. If supplied, methane does not require regulation.
  • methane does not require regulation.
  • propane and butane have a higher liquefaction point than methane, the components contained in the forced vaporized natural gas are easily liquefied by supplying the forced vaporized natural gas to a lower portion of the LNG storage tank through a pressure maintaining passage after pumping. By maintaining the tank pressure with the supply of forced vaporized natural gas, the DF engine can continue to receive BOG.
  • the difference in methane value leads to a difference in the calorific value of the fuel.
  • the methane value before separation is 71.3, and the LHV (lower heating value) is 48,872.8 kJ / kg (1 atm, saturated vapor basis), when the methane number of 95.5 LHV is 49,265.6 kJ / kg.
  • the DF engine may continuously receive only BOG having a high methane value through maintaining the pressure of the LNG storage tank through the present embodiment, it is possible to adjust the calorific value.
  • the LNG storage tank (T) is provided with a transfer pump 400 for supplying liquefied natural gas to the first flow path (L1).
  • a pressure reducing valve 500 is provided before the branch point of the pressure holding passage PCL in the pressure reducing passage PL to supply the liquefied natural gas pumped at a high pressure by the high pressure pump 200 to the second engine E2 or the LNG storage tank ( To a pressure suitable for returning to T), for example 5 to 20 bar.
  • a shutoff valve 510 is provided to cut off the supply of the reduced pressure natural gas to the second engine E2, and the pressure holding passage PCL is provided with a pressure reducing passage.
  • Return valve 520 is provided to open and close the supply of the natural gas to the LNG storage tank (T).
  • a fuel supply valve 530 is provided in the second flow path L2 to control the BOG supply to the second engine E2.
  • the liquefied natural gas is pumped and vaporized from the LNG storage tank T of the ship to be supplied to the first engine E1, which is a high-pressure gas injection engine provided in the ship, and the LNG storage tank T Supply BOG (Boil Off Gas) generated from liquefied natural gas to the second engine E2, which is a low pressure gas engine provided in the vessel, and depressurize some of the pumped and vaporized natural gas supplied to the first engine E1.
  • BOG Bit Off Gas
  • a part of the decompressed natural gas is branched and supplied to the LNG storage tank T, thereby preventing the pressure of the LNG storage tank T from decreasing.

Abstract

선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박용 엔진의 연료공급 시스템은, 선박의 LNG 저장탱크에 연결되어 상기 LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 펌핑 및 기화시켜 상기 선박에 마련된 제1 엔진으로 공급하는 제1 유로; 상기 제1 유로에서 분기되어 펌핑 및 기화된 천연가스를 감압하여 상기 선박에 마련된 제2 엔진으로 공급하는 감압 유로; 및 상기 감압 유로에서 분기되어 감압된 상기 천연가스를 상기 LNG 저장탱크로 공급하는 압력 유지 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법
본 발명은 선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 펌핑 및 기화시켜 선박에 마련된 제1 엔진으로 공급하는 제1 유로와, 제1 유로에서 분기되어 펌핑 및 기화된 천연가스를 감압하여 선박에 마련된 제2 엔진으로 공급하는 감압 유로를 구성하고, 감압된 천연가스를 LNG 저장탱크로 공급하는 압력 유지 유로를 감압 유로로부터 분기시켜 구성하는 선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
근래 LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다.
특히 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로서 여러 분야에서 사용이 늘어나고 있다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있으며, 일 예로 LNG를 해상으로 수송(운반)할 수 있는 LNG 운반선이 사용되고 있다.
선박에 대한 국제기구와 각 국가의 규제 기준도 점차 까다로워지고 있어, 선박의 친환경 고효율의 연료에 대한 관심도 늘고 있는데, 그 중 하나로 LNG에서 자연 기화 또는 강제 기화된 기화가스도 연료로 사용할 수 있는 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진과 같은 엔진이 개발되어 선박에 적용되고 있다.
이와 같이 LNG를 연료로 사용하는 선박이 LFS(LNG Fueled Ship)인데, 국제적인 선박의 배출 규제 기준 강화와 LNG의 가격 안정 추세 지속 전망과 맞물리면서 선박에서의 LNG 연료 사용은 더욱 활발해질 것으로 기대된다.
LNG를 연료로 하는 선박에서 복수 개의 엔진들이 설치될 수 있으며, 엔진에 따라 LNG 연료의 공급 조건이 다를 수 있다.
본 발명은 특히 고압가스 공급을 필요로 하는 엔진과 그보다 낮은 압력의 가스 공급을 필요로 하는 엔진이 함께 구성된 선박에서의 연료 공급을 원활하게 할 수 있는 연료 공급 시스템 및 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 LNG 저장탱크에 연결되어 상기 LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 펌핑 및 기화시켜 상기 선박에 마련된 제1 엔진으로 공급하는 제1 유로;
상기 제1 유로에서 분기되어 펌핑 및 기화된 천연가스를 감압하여 상기 선박에 마련된 제2 엔진으로 공급하는 감압 유로; 및
상기 감압 유로에서 분기되어 감압된 상기 천연가스를 상기 LNG 저장탱크로 공급하는 압력 유지 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 압력 유지 유로는 상기 LNG 저장탱크의 하부로 감압된 상기 천연가스를 공급하여, 상기 LNG 저장탱크의 압력 감소를 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 상기 제2 엔진으로 공급하는 제2 유로와, 상기 제2 유로에 마련되어 상기 제2 엔진으로 공급되는 상기 BOG를 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 유로에 마련되어 상기 LNG 저장탱크의 액화천연가스를 공급받아 고압으로 펌핑하는 고압 펌프와, 상기 고압 펌프에서 펌핑된 상기 액화천연가스를 기화시켜 상기 제1 엔진으로 공급하는 기화기를 더 포함하되, 상기 감압 유로는 상기 고압 펌프의 하류에서 상기 제1 유로로부터 분기될 수 있다.
바람직하게는 상기 제1 엔진은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진이고, 상기 제2 엔진은 5 내지 20 bar의 저압가스를 연료로 사용하는 DF 엔진일 수 있다.
바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크에 마련되어 상기 제1 유로로 상기 액화천연가스를 공급하는 이송 펌프와, 상기 감압 유로에서 상기 압력 유지 유로의 분기점 이전에 마련되는 감압 밸브를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 감압 유로에서 상기 압력 유지 유로의 분기점 이후에 마련되는 차단 밸브와, 상기 압력 유지 유로에 마련되는 리턴 밸브와, 상기 제2 유로에 마련되는 연료 공급 밸브를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크는 내압성 탱크이며, 상기 선박의 항해 기간 동안 상기 내압성 탱크에서 발생하는 BOG 또는 플래쉬 가스를 보유할 수 있도록 설계 압력이 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 LNG 저장탱크로부터 액화천연가스를 펌핑 및 기화시켜 상기 선박에 마련된 제1 엔진으로 공급하고, 상기 LNG 저장탱크의 액화천연가스에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 상기 선박에 마련된 제2 엔진으로 공급하되,
제1 엔진으로 공급되는 펌핑 및 기화된 천연가스 중 일부를 감압하여 상기 제2 엔진으로 공급하고, 감압된 천연가스 중 일부를 분기하여 상기 LNG 저장탱크에 공급하여 상기 LNG 저장탱크의 압력 감소를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 엔진은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진이고, 상기 제2 엔진은 5 내지 20 bar의 저압가스를 연료로 사용하는 DF 엔진일 수 있다.
본 발명의 연료 공급 시스템은 LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 펌핑 및 기화시켜 제1 엔진으로 공급하는 제1 유로와, 제1 유로에서 분기되어 펌핑 및 기화된 천연가스를 감압하여 선박에 마련된 제2 엔진으로 공급하는 감압 유로를 구성하고, 감압 유로로부터 압력 유지 유로를 분기시켜 감압된 천연가스를 LNG 저장탱크로 공급하여 LNG 저장탱크의 압력 감소를 방지할 수 있게 된다.
연료 공급에 따른 저장탱크의 압력 감소를 방지함으로써, 제2 엔진으로의 BOG 공급이 안정적이고 원활하게 이루어질 수 있으며, 엔진으로 공급되는 연료의 발열량 조절이 가능하다.
또한 저장탱크의 압력 감소 방지를 위한 별도의 기화 장치나 가열기, 배관 추가를 필요로 하지 않고, 액화천연가스의 메탄가 조절을 위한 구성도 생략할 수 있어, 시스템 구성을 컴팩트하게 하여 선내 공간 활용도를 높일 수 있다.
도 1은 LNG 저장탱크로부터 복수의 엔진으로 연료 공급을 하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 기본 개념을, 도 2는 압력 유지 유로가 마련된 도 1의 시스템의 발전 개념을 도시한다.
도 3은 도 2의 시스템의 변형 예이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 LNG 저장탱크(T)로부터 복수의 엔진으로 연료 공급을 하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 기본 개념을, 도 2는 압력 유지 유로(PCL)가 마련된 도 1의 시스템의 발전 개념을 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 기본 개념은 천연가스를 연료로 공급받는 복수의 엔진이 마련된 선박에서, 선박의 LNG 저장탱크(T)에 연결되어 LNG 저장탱크(T)에 저장된 액화천연가스를 펌핑 및 기화시켜 선박에 마련된 제1 엔진(E1)으로 공급하는 제1 유로(L1)와, LNG 저장탱크(T)에 저장된 액화천연가스에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 제2 엔진(E2)으로 공급하는 제2 유로(L2)를 구성하여, 각각의 엔진으로 연료를 공급하는 것이다.
특히 제1 엔진(E1)은 제2 엔진(E2)보다 고압의 연료가스를 공급받아 구동되는 엔진으로 마련하여, 제1 유로(L1) 일부를 거쳐 펌핑 및 기화된 천연가스를 감압하여 제2 엔진(E2)으로 공급하는 감압 유로(PL)를 제1 유로(L1)에서 분기시켜 BOG 외에도 감압된 천연가스도 제2 엔진(E2)으로 공급할 수 있도록 한다.
본 실시예의 LNG 저장탱크(T)는 액화천연가스에서 발생하는 BOG 또는 플래쉬 가스(flash gas)를 수용할 수 있는 내압성 탱크로 마련한다. 내압성 탱크의 설계 압력은 2 bar이상, 바람직하게는 3 bar 내지 30 bar의 게이지압으로 설계하여, 별도의 압축기를 구성하지 않고 제2 엔진이 필요로 하는 운전압력으로 BOG를 공급할 수 있도록 설계한다.
이와 같은 본 실시예에서 내압성 탱크는 독립형 저장탱크, 특히 바람직하게는 IMO C type 탱크일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 발전된 개념은 이때, 감압 유로(PL)를 통해 감압된 액화천연가스를 LNG 저장탱크(T)로 공급할 수 있도록, 감압 유로(PL)로부터 분기되는 압력 유지 유로(PCL)를 추가로 구성하게 된다.
이와 같이 압력 유지 유로(PCL)를 통해 LNG 저장탱크(T)의 하부로 감압된 천연가스를 공급함으로써, 연료 공급에 따른 LNG 저장탱크(T)의 압력 감소를 방지할 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이 LNG 저장탱크(T)의 하부로 감압된 천연가스를 공급하는 것이 바람직하지만, 도 3의 변형 예에서와 같이 LNG 저장탱크(T)의 상부로 감압된 액화천연가스를 공급하거나, 탱크 중심부로 공급하는 것도 가능하다.
제1 유로(L1)에는 LNG 저장탱크(T)의 액화천연가스를 공급받아 고압으로 펌핑하는 고압 펌프(200)와, 고압 펌프(200)에서 펌핑된 액화천연가스를 기화시켜 제1 엔진(E1)으로 공급하는 기화기(300)가 마련될 수 있고, 감압 유로(PL)는 고압 펌프(200)의 하류에서 제1 유로(L1)로부터 분기되도록 마련된다.
또한 제2 유로(L2)에는 제2 엔진(E2)으로 공급되는 BOG를 제2 엔진(E2)의 공급 조건에 맞추어 가열하는 히터(100)가 마련된다. DF 엔진의 경우 예를 들어 히터(100)를 통해 -30 내지 80 ℃, 바람직하게는 0 내지 60 ℃의 온도로 가열되어 연료가스가 공급된다.
본 실시예에서 제1 엔진(E1)은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진이고, 제2 엔진(E2)은 5 내지 20 bar의 저압가스를 연료로 사용하는 DF 엔진일 수 있다.
이러한 제1 엔진(E1)은 선박에 마련되는 추진용 엔진일 수 있으며, 예를 들어 LNG를 연료로 공급받아 구동되는 ME-GI(Man diesel Electronically - Gas Injection) 엔진이 적용될 수 있고, 제2 엔진(E2)은 선내에 필요한 전력을 공급할 수 있는 발전용 엔진일 수 있고, 예를 들어 DFDG(Dual Fuel Diesel Generator), DFDE(Dual Fuel Diesel Engine)일 수 있다.
그 중 ME-GI 엔진은 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx) 배출량을 저감하기 위하여 개발된, 가스와 오일을 연료로 사용할 수 있는 2-stroke의 고압 천연가스 분사 엔진으로서, 150 내지 400 bar의 압축된 가스를 연료로 공급받는다.
이와 같은 ME-GI 엔진은 동급출력의 디젤엔진에 비해 오염물질 배출량을 이산화탄소는 23%, 질소화합물은 80%, 황화합물은 95%이상 줄일 수 있으며, DF 엔진도 중유와 천연가스를 혼소(混燒)하여 연료로 사용하는 엔진으로써, DF 엔진의 운전압력은 licensor 및 size에 따라 가변적이지만 대체로 5 내지 20 bara, 바람직하게는 5 내지 9 bara의 천연가스를 공급받으며, 중유만을 연료로 사용하는 경우보다 황 함유량이 적어 배기가스 중 황 산화물의 함량이 적다. 따라서 본 실시예와 같이 LNG를 연료로 하는 추진용 또는 발전용 엔진을 마련하면 대기오염 물질 배출을 줄일 수 있다.
한편, 천연가스에는 메탄 외에도 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등 복수의 탄화수소를 가진 탄화수소 성분들과 질소, 이산화탄소 등의 불활성 가스 성분들이 포함되어 있으며, 그 조성비는 생산지에 따라 다르다. 메탄가(methane number)란 천연가스 중 메탄의 조성비를 나타내는 것으로서, 엔진에서 요구하는 메탄가를 충족하지 못하는 연료가 공급될 경우, 엔진에서 녹킹(knocking) 현상이나 피스톤이 상사점 이전에서 폭발, 연소되는 등의 이상연소 현상이 발생할 수 있다. 이러한 이상연소 현상은 엔진 피스톤의 마모를 초래할 수 있고, 엔진 효율 저하, 장치 고장 등의 문제를 야기할 수 있다.
본 실시예에서 제2 엔진으로 구성되는 DF 엔진은 일반적으로 80 이상의 메탄가를 요구하는데 비해, 제1 엔진인 ME-GI 엔진은 메탄가 조절을 요구하지 않는다. 생산지에 따라 액화천연가스의 메탄가는 70 내외의 범위를 나타내기도 하므로, 이러한 액화천연가스를 강제 기화시켜 DF 엔진으로 공급하기 위해서는 메탄가 조절이 필요하다. 이에 비해 BOG는 대부분 메탄으로 이루어지므로 DF 엔진에 공급하더라도 메탄가 조절이 필요 없다.
따라서 본 실시예와 같이 제1 유로를 통해 액화천연가스를 펌핑 및 기화시켜 메탄가 조절이 필요없는 제1 엔진, ME-GI 엔진으로 공급하면서, BOG는 제2 유로를 통해 제2 엔진, DF 엔진으로 공급하면 메탄가 조절이 필요치 않다. 또한 에탄, 프로판, 부탄 등은 메탄보다 액화점이 높으므로, 펌핑 후 강제 기화된 천연가스를 감압하여 압력 유지 유로를 통해 LNG 저장탱크의 하부로 공급함으로써 강제 기화된 천연가스에 포함된 성분은 쉽게 액화시킬 수 있고, 강제 기화된 천연가스의 공급으로 탱크 압력을 유지함으로써, DF 엔진은 지속적으로 BOG를 공급받을 수 있게 된다.
메탄가 차이는 연료의 발열량 차이를 초래하는데, General LNG(C1: 89.6%, N2: 0.6%)의 경우 분리하기 이전의 메탄가는 71.3이며, 그때의 LHV(lower heating value, 저위발열량)는 48,872.8 kJ/kg(1 atm, saturated vapor기준)인데, 메탄가가 95.5인 경우 LHV는 49,265.6 kJ/kg이다.
상술한 바와 같이 본 실시예를 통해 LNG 저장탱크의 압력 유지를 통해 DF 엔진은 메탄가가 높은 BOG만을 지속적으로 공급받을 수도 있으므로, 발열량의 조절이 가능하게 된다.
한편, LNG 저장탱크(T)에는 제1 유로(L1)로 액화천연가스를 공급하는 이송 펌프(400)가 마련된다. 감압 유로(PL)에서 압력 유지 유로(PCL)의 분기점 이전에는 감압 밸브(500)가 마련되어, 고압 펌프(200)에 의해 고압으로 펌핑된 액화천연가스를 제2 엔진(E2) 또는 LNG 저장탱크(T)로 복귀시키기에 적합한 압력, 예를 들어 5 내지 20 bar로 감압한다.
감압 유로(PL)에서 압력 유지 유로(PCL)의 분기점 이후에는 제2 엔진(E2)으로의 감압된 천연가스 공급을 차단할 수 있는 차단 밸브(510)가 마련되고, 압력 유지 유로(PCL)에는 감압된 천연가스의 LNG 저장탱크(T)로의 공급을 개폐할 수 있도록 리턴 밸브(520)가 마련된다.
한편, 제2 유로(L2)에는 연료 공급 밸브(530)가 마련되어 제2 엔진(E2)으로의 BOG 공급을 제어하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예에서는 선박의 LNG 저장탱크(T)로부터 액화천연가스를 펌핑 및 기화시켜 선박에 마련된 고압가스 분사엔진인 제1 엔진(E1)으로 공급하고, LNG 저장탱크(T)의 액화천연가스에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 선박에 마련된 저압가스 엔진인 제2 엔진(E2)으로 공급하되, 제1 엔진(E1)으로 공급되는 펌핑 및 기화된 천연가스 중 일부를 감압하여 제2 엔진(E2)으로 공급할 수 있도록 하면서, 감압된 천연가스 중 일부를 분기하여 LNG 저장탱크(T)에 공급하여 LNG 저장탱크(T)의 압력 감소를 방지할 수 있게 된다.
연료공급에 따른 LNG 저장탱크(T)의 압력 감소를 방지함으로써, 원활하고 안정적인 연료 공급이 이루어질 수 있다. 또한 LNG 저장탱크(T)의 압력 감소 방지를 위한 별도의 기화 장치나 가열기, 배관 등을 마련할 필요가 없으므로 장치의 구성을 줄여 비용 및 공간활용도 면에서 경제적인 시스템을 구현할 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 자에 있어서 자명한 것이다.

Claims (10)

  1. 선박의 LNG 저장탱크에 연결되어 상기 LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 펌핑 및 기화시켜 상기 선박에 마련된 제1 엔진으로 공급하는 제1 유로;
    상기 제1 유로에서 분기되어 펌핑 및 기화된 천연가스를 감압하여 상기 선박에 마련된 제2 엔진으로 공급하는 감압 유로; 및
    상기 감압 유로에서 분기되어 감압된 상기 천연가스를 상기 LNG 저장탱크로 공급하는 압력 유지 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 유지 유로는 상기 LNG 저장탱크의 하부로 감압된 상기 천연가스를 공급하여, 상기 LNG 저장탱크의 압력 감소를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 상기 제2 엔진으로 공급하는 제2 유로; 및
    상기 제2 유로에 마련되어 상기 제2 엔진으로 공급되는 상기 BOG를 가열하는 히터를 더 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 유로에 마련되어 상기 LNG 저장탱크의 액화천연가스를 공급받아 고압으로 펌핑하는 고압 펌프; 및
    상기 고압 펌프에서 펌핑된 상기 액화천연가스를 기화시켜 상기 제1 엔진으로 공급하는 기화기를 더 포함하되,
    상기 감압 유로는 상기 고압 펌프의 하류에서 상기 제1 유로로부터 분기되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 엔진은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진이고,
    상기 제2 엔진은 5 내지 20 bar의 저압가스를 연료로 사용하는 DF 엔진인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크에 마련되어 상기 제1 유로로 상기 액화천연가스를 공급하는 이송 펌프; 및
    상기 감압 유로에서 상기 압력 유지 유로의 분기점 이전에 마련되는 감압 밸브를 더 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 감압 유로에서 상기 압력 유지 유로의 분기점 이후에 마련되는 차단 밸브;
    상기 압력 유지 유로에 마련되는 리턴 밸브; 및
    상기 제2 유로에 마련되는 연료 공급 밸브를 더 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크는 내압성 탱크이며, 상기 선박의 항해 기간 동안 상기 내압성 탱크에서 발생하는 BOG 또는 플래쉬 가스를 보유할 수 있도록 설계 압력이 설정되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 시스템.
  9. 선박의 LNG 저장탱크로부터 액화천연가스를 펌핑 및 기화시켜 상기 선박에 마련된 제1 엔진으로 공급하고, 상기 LNG 저장탱크의 액화천연가스에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 상기 선박에 마련된 제2 엔진으로 공급하되,
    제1 엔진으로 공급되는 펌핑 및 기화된 천연가스 중 일부를 감압하여 상기 제2 엔진으로 공급하고, 감압된 천연가스 중 일부를 분기하여 상기 LNG 저장탱크에 공급하여 상기 LNG 저장탱크의 압력 감소를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 엔진은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진이고,
    상기 제2 엔진은 5 내지 20 bar의 저압가스를 연료로 사용하는 DF 엔진인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 방법.
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