WO2022050513A1 - 액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법 - Google Patents

액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법 Download PDF

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WO2022050513A1
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김두혁
이형식
이규성
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대우조선해양 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel supply system and method for a liquefied gas carrier, and more particularly, in a ship using liquefied gas such as LPG as fuel, the remaining liquefied gas that is excessively supplied to the engine is recovered and recirculated, effectively fueling the engine It relates to a fuel supply system and method for a liquefied gas carrier capable of supplying
  • Liquefied gas such as LNG (Liquefied Natural Gas) or LPG (Liquefied Petroleum Gas)
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • LPG Liquefied Petroleum Gas
  • Liquefied gas is transported in a gaseous state through a gas pipeline on land or offshore, or stored in a liquefied gas carrier in a liquefied state and transported to a remote consumer.
  • Liquefied gas such as LNG or LPG is obtained by cooling natural gas or petroleum gas to cryogenic temperatures (approximately -163°C in the case of LNG).
  • the liquefaction temperature of petroleum gas is a low temperature of about -42°C under normal pressure, and can be stored in a liquid state up to a temperature of about 45°C at 18 bar and 20°C at 7 bar. Since LPG evaporates when the atmospheric pressure is higher than -42°C, the LPG storage tank of the ship is insulated. However, since external heat is continuously transferred to the LPG, the LPG is continuously vaporized in the LPG storage tank during the LPG transportation process, thereby generating boil-off gas in the LPG storage tank.
  • LPG is easier to store than LNG, which is liquefied at cryogenic temperatures, and it does not significantly fall in SPECIFIC ENERGY and ENERGY DENSITY compared to conventional HFO, and has an excellent effect in reducing SOX, NOX, CO2, PM, etc. compared to conventional HFO.
  • LPG to be supplied to the engine as fuel goes through the fuel supply system including the compression pump and heater from the fuel supply tank, and is supplied to the engine of the ship according to the fuel supply conditions of the engine. is supplied
  • LPG an incompressible fluid
  • the LPG remaining in the engine and piping is recovered upstream of the engine.
  • the recovered LPG is discharged and burned as it is, there is a problem of wasting fuel.
  • the recovered LPG is compressed and heated according to the fuel supply condition of the engine and is in a high temperature and high pressure state, there is a problem of increasing the pressure and temperature in the tank when it is sent to the fuel supply tank.
  • An object of the present invention is to provide a system capable of effectively supplying fuel while effectively processing LPG recovered from an engine by solving this problem.
  • a fuel supply line through which liquefied gas is supplied from a fuel supply tank provided on the deck of a ship to an onboard engine
  • a transfer pump provided in the fuel supply line and configured to transfer the liquefied gas to be supplied from the fuel supply tank to the engine
  • a compression pump provided in the fuel supply line to compress the liquefied gas to a pressure required for the engine
  • a separator provided in the return line to receive the recirculated liquefied gas and separate gas-liquid;
  • liquid line for supplying the liquid liquefied gas separated from the separator to the rear end of the transfer pump of the fuel supply line
  • a cooler provided downstream of the junction of the liquid line in the fuel supply line and cooling the liquefied gas
  • a refrigerant supply line branching from the fuel supply line between the junction of the transfer pump and the liquid line and supplying all or part of the liquefied gas pumped by the transfer pump as a refrigerant to the cooler: of a liquefied gas carrier including A fuel supply system is provided.
  • the refrigerant supply line is connected to the fuel supply tank, so that the liquefied gas used as the refrigerant in the cooler may be recovered to the fuel supply tank.
  • a temperature control valve provided in the refrigerant supply line; a branch line branched from the refrigerant supply line upstream of the cooler and connected to the fuel supply tank; and a flow rate control valve provided in the branch line: further comprising, when the refrigerant flow rate required by the cooler is less than the minimum flow rate required by the transfer pump, the refrigerant flow rate required by the cooler among the liquefied gas pumped by the transfer pump The excess liquefied gas may be recovered to the fuel supply tank through the branch line.
  • a fuel heater provided at a front end of the cooler in the fuel supply line to heat the liquefied gas
  • a first temperature sensing unit provided at the rear end of the cooler in the fuel supply line to sense the temperature of the liquefied gas introduced into the compression pump.
  • a second temperature sensing unit provided at the rear end of the compression pump to sense the temperature of the liquefied gas to be supplied to the engine through the compression pump; further comprising, the first temperature sensing unit If the temperature of the liquefied gas sensed in is less than 25 °C, steam is supplied to the fuel heater to heat the liquefied gas, and if the temperature of the liquefied gas sensed by the first temperature sensing unit is 33 °C or higher, the temperature control valve By opening and supplying the liquefied gas pumped from the transfer pump to the cooler through the refrigerant supply line, the temperature of the liquefied gas sensed by the second temperature sensing unit may be maintained at 26 to 44°C.
  • a vapor line for recovering the gas separated from the separator to the fuel supply tank; and a pressure control valve provided in the vapor line.
  • the pressure of the rear end of the transfer pump is sensed, and the opening degree of the pressure control valve is adjusted according to the sensed pressure, thereby maintaining the pressure of the separator 0.5 to 2 bar higher than the pressure of the rear end of the transfer pump.
  • it may further include a pressure reducing unit provided upstream of the separator in the return line to reduce the pressure of the recirculated liquefied gas.
  • the return line includes: a first return line connected from the engine to the separator; and a second return line connected to the separator from the fuel supply line at the rear end of the compression pump.
  • the decompression unit includes: a first decompression device provided in the first return line to decompress the liquefied gas recovered from the engine; and a second pressure reducing device provided on the second return line.
  • the re-liquefaction unit for receiving the boil-off gas generated from the cargo tank for storing the liquefied gas to be transported provided on the ship and re-liquefied; and a cooling line connected from the reliquefaction unit to the cargo tank via the fuel supply tank, wherein the liquefied gas reliquefied in the reliquefaction unit cools the fuel supply tank along the cooling line and the cargo tank can be transferred to
  • the transfer pump and the compression pump may be provided as a side channel pump.
  • liquefied gas is compressed through a transfer pump and a compression pump along a fuel supply line from a fuel supply tank provided on the deck of the ship and supplied as fuel to the in-board engine,
  • the liquefied gas not consumed in the engine is recirculated upstream of the engine along a return line, a separator is provided in the return line to separate the recirculated liquefied gas from gas to liquid, and the liquid liquefied gas separated from the separator is passed through the liquid line. It is supplied to the fuel supply line at the rear end of the transfer pump,
  • a cooler is provided downstream of the junction of the liquid line in the fuel supply line, and all or part of the liquefied gas pumped by the transfer pump is branched upstream of the junction of the liquid line and supplied to the cooler as a refrigerant to fuel the fuel.
  • a fuel supply method for a liquefied gas carrier characterized in that it can cool the liquefied gas of the supply line.
  • the liquefied gas used as the refrigerant in the cooler is recovered to the fuel supply tank, and when the refrigerant flow rate required by the cooler is less than the minimum flow rate required by the transfer pump, among the liquefied gas pumped by the transfer pump.
  • the liquefied gas exceeding the refrigerant flow rate required by the cooler is branched upstream of the cooler and may be recovered to the fuel supply tank without passing through the cooler.
  • a fuel heater is provided at the front end of the cooler, and the temperature of the liquefied gas introduced into the compression pump is sensed at the rear end of the cooler.
  • the liquefied gas is heated by supplying steam to the fuel heater, and when the detected temperature of the liquefied gas is 33° C. or higher, the liquefied gas pumped from the transfer pump is branched upstream of the confluence of the liquid line and is supplied to the cooler as a refrigerant.
  • the temperature of the liquefied gas to be supplied to the engine from the rear end of the compression pump may be maintained at 26 to 44°C.
  • the liquefied gas to be recycled along the return line without being consumed by the engine may be cooled to a reduced pressure and then gas-liquid separated in the separator.
  • the transfer pump and the compression pump may be provided as a side channel pump.
  • the liquefied gas not consumed in the engine is recirculated upstream of the engine along the return line, and the liquefied gas separated by gas-liquid separation through a separator provided in the return line is transferred to the fuel supply line at the rear end of the transfer pump. supply and recirculate.
  • a cooler is provided downstream of the junction of the liquid line of the fuel supply line, and the liquefied gas of the fuel supply tank pumped from the transfer pump is supplied as a refrigerant to the cooler, and the recirculated liquefied gas is cooled, effectively without requiring a separate refrigerant. It is possible to adjust the temperature of the liquefied gas in the fuel supply line.
  • FIG. 1 schematically shows a fuel supply system for a liquefied gas carrier according to an embodiment of the present invention.
  • the vessel may be any type of vessel in which an engine capable of using liquefied petroleum gas as a fuel for a propulsion engine or a fuel for a power generation engine is installed.
  • Typical examples include ships with self-propelled capabilities such as LPG carriers, LNG carriers, liquid hydrogen carriers, and LNG RVs (Regasification Vessels), LNG Floating Production Storage Offloading (FPSO), and LNG FSRU (Floating Storage Regasification Unit). It may also include offshore structures that do not have propulsion capabilities, but are floating in the sea.
  • this embodiment can be transported by being liquefied at a low temperature, and BOG is generated in a stored state and can be applied to a fuel supply system of all kinds of liquefied gas that can be supplied as fuel of an engine.
  • liquefied gas is, for example, liquefied petrochemicals such as LNG (Liquefied Natural Gas), LEG (Liquefied Ethane Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), Liquefied Ethylene Gas, Liquefied Propylene Gas, etc. gas and ammonia, and the like.
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • LEG Liquefied Ethane Gas
  • LPG Liquefied Petroleum Gas
  • Liquefied Ethylene Gas Liquefied Propylene Gas
  • ammonia and the like.
  • LPG which is one of representative liquefied gases
  • Figure 1 schematically shows a fuel supply system for a liquefied gas carrier according to an embodiment of the present invention.
  • the fuel supply system of this embodiment is a fuel supply line (SL) through which liquefied gas is supplied from the fuel supply tank (DT) provided on the deck of the ship to the in-board engine (E), and the fuel supply line.
  • a transfer pump 100 that is provided and transports liquefied gas to be supplied from the fuel supply tank to the engine
  • a compression pump 110 that is provided in the fuel supply line and compresses the liquefied gas to the pressure required for the engine, among the liquefied gas that is not consumed by the engine Return lines (RL1, RL2) for recirculating the unrecycled liquefied gas to the upstream of the engine
  • a separator 200 for receiving the recirculated liquefied gas supplied to the return line and separating gas-liquid
  • a cooler 120b provided downstream of the junction of the liquid line in the fuel supply line and cooling the
  • refrigerant supply line branched from the fuel supply line and supplying all or part of the liquefied gas pumped by the transfer pump as a refrigerant to the cooler.
  • the refrigerant supply line is connected to the fuel supply tank, and the liquefied gas used as the refrigerant in the cooler is recovered to the fuel supply tank.
  • the liquefied gas not consumed in the engine is recirculated to the upstream of the engine along the return line, and the recirculated liquefied gas is gas-liquid separated through a separator provided in the return line, and the separated liquefied gas is supplied as fuel to the rear end of the transfer pump It is supplied to the line and recirculated.
  • a cooler is provided downstream of the junction of the liquid line of the fuel supply line, and the liquefied gas of the fuel supply tank pumped from the transfer pump is supplied as a refrigerant to the cooler, effectively without requiring a separate refrigerant.
  • the feature is that the temperature of the liquefied gas in the fuel supply line can be adjusted.
  • fuel is supplied to the engine as follows.
  • the ship of this embodiment is a liquefied gas carrier, and a cargo tank (not shown) for storing and transporting liquefied gas, for example LPG, is provided, and a fuel supply tank for storing liquefied gas to be used as fuel in the ship separately from the cargo tank is provided It is provided on the deck of the ship.
  • the fuel supply tank is set at a pressure of 1 to 8 barg, for example, an operating pressure of about 4 barg, and supplies fuel to the onboard engine through a fuel supply line while storing LPG.
  • the liquefied gas stored in the fuel supply tank DT is transferred through the transfer pump 100 , compressed to the fuel supply pressure of the engine through the compression pump 110 , and then supplied to the engine.
  • the transfer pump and the compression pump may be provided as, for example, a side channel pump.
  • each pipe is double-blocked through the valve to relieve pressure in the pipe.
  • An engine receiving such compressed LPG as fuel may be, for example, a ME-LGIP engine of MAN Diesel & Turbo.
  • LPG is transferred from the transfer pump to around 15 barg and then through a compression pump, 2 to 4 m3/h is supplied to the engine as a high-pressure liquid at 53 barg and 35°C through a compression pump, and 600 to 700 bar hydraulically from the engine. The pressure is injected into the nozzle to start the engine.
  • a side channel pump is applied as a transfer pump and a compression pump, the LPG may be partially heated through low pumping efficiency and compression of about 20%.
  • compressed and heated fuel is supplied to the engine in a liquid state, and unlike an engine to which a compressive fluid having a large volume change according to a change in pressure, that is, gas fuel is supplied, there is no change in volume even when pressure is applied or
  • liquid LPG is supplied as engine fuel, sufficient fuel is supplied to respond immediately to changes in engine load, and excess LPG is supplied to the engine to prevent cavitation.
  • the remaining LPG that is consumed as fuel is discharged from the engine through the return line (RL1) and recirculated.
  • RL1 return line
  • decompression units 210 and 220 for decompressing the liquefied gas and the separator 200 are provided in the return lines RL1 and RL2 to depressurize the liquefied gas discharged from the engine to separate gas-liquid After that, it is configured to be recycled.
  • the compressed liquefied gas is cooled by the Joule-Thomson effect while undergoing adiabatic or isentropic expansion during the decompression process.
  • the return line includes a first return line RL1 connected from the engine to the separator, and a second return line RL2 connected from the fuel supply line at the rear end of the compression pump to the separator
  • the decompression unit includes: It includes a first pressure reducing device 210 provided in the first return line for decompressing the liquefied gas recovered from the engine and a second pressure reducing device 220 provided in the second return line.
  • the first and second pressure reducing devices may include an expander for cooling the compressed liquefied gas by adiabatic or isentropic expansion or an expansion valve such as a Joule-Thomson valve.
  • a return valve unit (RVT) and a filter 230 are provided upstream of the first pressure reducing device in the first return line, and the liquefied gas discharged from the engine is introduced into the first pressure reducing device through the return valve unit and the filter.
  • the filter can filter lubricating oil mixed in the liquefied gas discharged from the engine.
  • the compressed liquefied gas recirculated from the engine E through the return line RL1 is decompressed through the first pressure reducing device 210 and cooled, introduced into the separator 200 for gas-liquid separation, and liquefaction of the liquid separated in the separator.
  • the gas is joined to the rear end of the transfer pump 100 of the fuel supply line SL through the liquid line LL and is supplied to the engine again, and the gas separated from the separator is a fuel supply tank DT through the vapor line GL. is recovered with
  • the vapor line is provided with a pressure control valve (V3) for controlling the gas transferred to the fuel supply tank (DT).
  • the pressure at the rear end of the transfer pump is sensed, and the opening degree of the pressure control valve is adjusted according to the sensed pressure to send gas from the separator to the fuel supply tank, and the pressure of the separator is 0.5 to 2 bar higher than the pressure at the rear end of the transfer pump. can keep By adjusting the pressure of the separator in this way, the recirculated liquefied gas separated from the separator through the liquid line can be transferred to the fuel supply line at the rear end of the transfer pump.
  • the first return line RL1 and the first pressure reducing device 210 use the liquefied gas discharged from the engine, and the second return line RL2 and the second pressure reducing device 220 use the compressed liquefied gas through a compression pump as fuel.
  • the pressure is reduced from upstream of the heater and transferred to the separator 200 .
  • the LPG remaining in the engine and fuel supply line can also be cooled under reduced pressure and transferred to the separator.
  • the amount of liquefied gas fuel to be supplied to the engine is smaller than the minimum flow rate required by the compression pump, the liquefied gas is pumped by the compression pump as much as the minimum flow rate required by the compression pump, and among the liquefied gas pumped by the compression pump, the engine needs The amount of fuel is supplied, and the liquefied gas transferred in excess is recovered to the separator 200 through the second return line RL2 and the second pressure reducing device 220 to be recirculated.
  • the liquefied gas recovered from the separator may be sent to the fuel supply tank through a transfer line (not shown).
  • a temperature control unit 120 for controlling the temperature of the liquefied gas is provided in the fuel supply line between the transfer pump and the compression pump, and the temperature control unit includes a fuel heater 120a and a cooler 120b.
  • liquefied gas of a constant pressure and temperature is supplied as fuel.
  • fuel is supplied at around 53 barg and 35°C. Since LPG is about -42°C at normal pressure and 20°C at 7 bar, if the operating pressure of the fuel supply tank is set to around 4barg, the liquefied gas transferred from the fuel supply tank is Additional heating may be required to provide fuel to the required temperature.
  • a temperature control unit including a fuel heater and a cooler is provided between the transfer pump and the compression pump to adjust the temperature of the liquefied gas to be supplied as fuel by heating or cooling the liquefied gas according to circumstances.
  • a fuel heater 120a and a cooler 120b are provided downstream of the junction of the liquid line at the rear end of the transfer pump of the fuel supply line, and the fuel heater can receive steam as a heat source, and the cooler uses liquefied gas from the fuel supply tank. It is supplied from the transfer pump along the refrigerant supply line (BL) and used as a refrigerant.
  • BL refrigerant supply line
  • a temperature control valve V1 is provided in the refrigerant supply line BL, and a branch line BLa branched from the refrigerant supply line upstream of the cooler and connected to the fuel supply tank is provided, and the flow rate control valve V2 is provided in the branch line. ) is provided.
  • a back pressure control valve (V4) is provided downstream of the cooler in the refrigerant supply line to maintain the back pressure.
  • the refrigerant flow rate required by the cooler 120b is less than the minimum flow rate required by the transfer pump 100, liquefied gas is pumped from the transfer pump as much as the minimum flow rate required by the transfer pump, and the temperature control valve V1 is adjusted Among the liquefied gas pumped from the transfer pump, the required flow rate from the cooler is supplied to the cooler, and the liquefied gas exceeding the refrigerant flow rate required by the cooler by adjusting the flow rate control valve is recovered to the fuel supply tank through the branch line BLa. .
  • the temperature of the refrigerant in the refrigerant supply line introduced to the cooler is LPG It may vary depending on the component of the fuel supply tank and the operating pressure of the fuel supply tank, and it may be in the range of approximately -26 to 24°C. It was confirmed through simulation that cooling was possible.
  • heating or cooling of the liquefied gas is controlled according to the temperature of the liquefied gas sensed at the rear end of the cooler. ) to detect the temperature of the liquefied gas introduced into the
  • the temperature of the liquefied gas detected by the first temperature sensing unit T1 is less than 25° C.
  • steam is supplied to the fuel heater 120a to heat the liquefied gas
  • the temperature of the liquefied gas detected by the first temperature sensing unit T1 is When the temperature is 33° C. or higher, the temperature control valve V1 is opened to supply the liquefied gas pumped from the transfer pump to the cooler 120b through the refrigerant supply line BL to cool the liquefied gas.
  • a second temperature sensing unit T2 is provided at the rear end of the compression pump of the fuel supply line to sense the temperature of the liquefied gas to be supplied to the engine through the compression pump, and is sensed by the second temperature sensing unit through heating or cooling of the liquefied gas.
  • the temperature of the liquefied gas to be can be maintained at 26 to 44 °C.
  • the liquefied gas stored in the fuel supply tank is transferred to the transfer pump to be utilized as a refrigerant in the cooler without requiring a separate refrigerant.
  • the temperature of the liquefied gas to be supplied as fuel can be appropriately adjusted.
  • by recirculating the recirculated liquefied gas recovered from the engine to the fuel supply line through the separator it is possible to prevent the lubricating oil mixed with the fuel from flowing into the fuel supply tank while passing through the engine.
  • the vessel of this embodiment is provided with a cargo tank (not shown) for storing and transporting liquefied gas as a liquefied gas carrier. take and reliquefy.
  • a cooling line (CL) connected from the reliquefaction unit (RS) to the cargo tank via the fuel supply tank (DT) is provided, and the liquefied gas reliquefied in the reliquefaction unit cools the fuel supply tank along the cooling line and goes to the cargo tank transferred and restored.
  • the fuel supply tank supplies fuel to the onboard engine while storing LPG at a pressure of 8 barg or less. Since it is provided on the deck of the ship, the temperature in the tank increases due to external air or gas introduced from the separator, and the pressure increases. This can rise, in this embodiment, by re-liquefying the boil-off gas generated in the cargo tank in the re-liquefaction unit RS and recovering it to the cargo tank (not shown) through the fuel supply tank DT, the re-liquefied This problem can be solved by cooling the fuel supply tank using the cooling heat of the liquefied gas.

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Abstract

액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 액화가스 운반선의 연료공급시스템은, 선박의 데크에 마련된 연료공급탱크로부터 선내 엔진으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인; 상기 연료공급라인에 마련되며 상기 연료공급탱크로부터 상기 엔진으로 공급될 액화가스를 이송하는 이송펌프; 상기 연료공급라인에 마련되며 상기 액화가스를 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프; 상기 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 상기 엔진의 상류로 재순환시키는 리턴라인; 상기 리턴라인에 마련되며 재순환되는 상기 액화가스를 공급받아 기액분리하는 세퍼레이터; 상기 세퍼레이터에서 분리된 액상의 액화가스를 상기 연료공급라인의 상기 이송펌프 후단으로 공급하는 리퀴드라인; 상기 연료공급라인에서 상기 리퀴드라인의 합류 지점 하류에 마련되며 상기 액화가스를 냉각하는 쿨러; 및 상기 이송펌프와 상기 리퀴드라인의 합류 지점 사이에서 상기 연료공급라인으로부터 분기되어 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스의 전부 또는 일부를 상기 쿨러에 냉매로 공급하는 냉매공급라인:을 포함한다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 05.01.2021]　액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법
본 발명은 액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LPG와 같은 액화가스를 연료로 사용하는 선박에서 엔진으로 초과공급되어 남은 액화가스를 회수하여 재순환시키면서, 엔진으로 효과적으로 연료를 공급할 수 있는 액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법에 관한 것이다.
LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭 감소하므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
석유가스의 액화 온도는 상압 약 -42℃의 저온이고, 18 bar에서는 약 45℃의 온도까지, 7 bar에서는 20℃까지 액체 상태로 저장가능하다. LPG는 상압 -42℃보다 높으면 증발되므로, 선박의 LPG 저장탱크에는 단열처리가 되어있다. 그러나 외부의 열이 지속적으로 LPG에 전달되므로, LPG 수송 과정에서 LPG 저장탱크 내에서 지속적으로 LPG가 기화되어 LPG 저장탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.
LPG 운반선에서는 LPG 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 LPG 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하므로, LPG 저장탱크에 내압구조를 갖추는 한편 탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위해 증발가스 재액화 장치를 사용한다.
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.
LPG를 연료로 사용하는 선박에서 엔진에 연료로 공급될 LPG는 연료공급탱크로부터 압축용 펌프, 히터 등을 포함하는 연료공급부(Fuel Supply System)를 거치면서 엔진의 연료공급조건에 맞추어 선박의 엔진에 공급된다.
비압축성 유체인 LPG는 엔진의 로드 변화에 즉각 대응할 수 있도록 엔진에서 필요로 하는 연료보다 초과공급될 수 있으며, 초과공급되어 연료로 소비되고 남는 LPG나 엔진 로드 변화에 따른 연료소모율 변화로 남는 LPG, 엔진 정지 시 엔진 및 배관에 잔류하는 LPG는 엔진의 상류로 회수된다.
그런데, 회수되는 LPG를 그대로 배출시켜 태워 없애면 연료를 낭비하는 문제가 있고, 이를 카고 탱크로 보내면 엔진에서 유입된 윤활유(sealing oil)로 인한 LPG 화물의 오염 우려가 있다. 또한, 회수되는 LPG를 엔진의 연료공급조건에 맞추어 압축 및 가열되어 고온 고압 상태이므로 이를 연료공급탱크로 보내면 탱크 내 압력 및 온도를 높이는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하여, 엔진에서 회수되는 LPG를 효과적으로 처리하면서 효과적으로 연료를 공급할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 데크에 마련된 연료공급탱크로부터 선내 엔진으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인;
상기 연료공급라인에 마련되며 상기 연료공급탱크로부터 상기 엔진으로 공급될 액화가스를 이송하는 이송펌프;
상기 연료공급라인에 마련되며 상기 액화가스를 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프;
상기 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 상기 엔진의 상류로 재순환시키는 리턴라인;
상기 리턴라인에 마련되며 재순환되는 상기 액화가스를 공급받아 기액분리하는 세퍼레이터;
상기 세퍼레이터에서 분리된 액상의 액화가스를 상기 연료공급라인의 상기 이송펌프 후단으로 공급하는 리퀴드라인;
상기 연료공급라인에서 상기 리퀴드라인의 합류 지점 하류에 마련되며 상기 액화가스를 냉각하는 쿨러; 및
상기 이송펌프와 상기 리퀴드라인의 합류 지점 사이에서 상기 연료공급라인으로부터 분기되어 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스의 전부 또는 일부를 상기 쿨러에 냉매로 공급하는 냉매공급라인:을 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 냉매공급라인은 상기 연료공급탱크로 연결되어, 상기 쿨러에서 냉매로 사용된 액화가스는 상기 연료공급탱크로 회수될 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉매공급라인에 마련되는 온도조절밸브; 상기 냉매공급라인에서 상기 쿨러의 상류에서 분기되어 상기 연료공급탱크로 연결되는 분기라인; 및 상기 분기라인에 마련되는 유량조절밸브:를 더 포함하고, 상기 이송펌프에서 요구하는 최소 유량보다 상기 쿨러에서 필요한 냉매 유량이 적은 경우, 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스 중 상기 쿨러에서 필요한 냉매 유량을 초과하는 액화가스는 상기 분기라인을 통해 상기 연료공급탱크로 회수될 수 있다.
바람직하게는, 상기 연료공급라인에서 상기 쿨러의 전단에 마련되어 상기 액화가스를 가열하는 연료히터; 및 상기 연료공급라인에서 상기 쿨러의 후단에 마련되어 상기 압축펌프로 도입되는 액화가스의 온도를 감지하는 제1 온도감지부;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 연료공급라인에서 상기 압축펌프의 후단에 마련되어 상기 압축펌프를 거쳐 상기 엔진으로 공급될 액화가스의 온도를 감지하는 제2 온도감지부;를 더 포함하며, 상기 제1 온도감지부에서 감지된 액화가스의 온도가 25℃ 미만이면 상기 연료히터로 스팀이 공급되어 상기 액화가스가 가열되고, 상기 제1 온도감지부에서 감지된 액화가스의 온도가 33℃ 이상이면 상기 온도조절밸브를 열어 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스를 상기 냉매공급라인을 통해 상기 쿨러로 공급하여, 상기 제2 온도감지부에서 감지되는 액화가스의 온도는 26 내지 44℃로 유지될 수 있다.
바람직하게는, 상기 세퍼레이터에서 분리된 기체를 상기 연료공급탱크로 회수하는 베이퍼라인; 및 상기 베이퍼라인에 마련되는 압력조절밸브;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 이송펌프의 후단 압력을 감지하고, 감지된 압력에 따라 상기 압력조절밸브의 개도를 조절하여, 상기 세퍼레이터의 압력을 상기 이송펌프의 후단 압력보다 0.5 내지 2 bar 높게 유지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 리턴라인에서 상기 세퍼레이터 상류에 마련되며 재순환되는 상기 액화가스를 감압하는 감압부;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 리턴라인은, 상기 엔진으로부터 상기 세퍼레이터로 연결되는 제1 리턴라인; 및 상기 압축펌프 후단의 연료공급라인으로부터 상기 세퍼레이터로 연결되는 제2 리턴라인:을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 감압부는, 상기 제1 리턴라인에 마련되어 상기 엔진으로부터 회수되는 액화가스를 감압하는 제1 감압장치; 및 상기 제2 리턴라인에 마련되는 제2 감압장치:를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박에 마련되어 운송될 액화가스를 저장하는 카고탱크로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 재액화하는 재액화부; 및 상기 재액화부로부터 상기 연료공급탱크를 거쳐 상기 카고탱크로 연결되는 냉각라인:를 더 포함하며, 상기 재액화부에서 재액화된 액화가스는 상기 냉각라인을 따라 상기 연료공급탱크를 냉각시키고 상기 카고탱크로 이송될 수 있다.
바람직하게는, 상기 이송펌프 및 압축펌프는 사이드 채널 펌프(side channel pump)로 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 데크에 마련된 연료공급탱크로부터 연료공급라인을 따라 액화가스를 이송펌프 및 압축펌프를 거쳐 압축하여 선내 엔진에 연료로 공급하고,
엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 리턴라인을 따라 상기 엔진의 상류로 재순환시키되, 리턴라인에 세퍼레이터를 마련하여 재순환 액화가스를 기액분리하고, 상기 세퍼레이터에서 분리된 액상의 액화가스를 리퀴드라인을 통해 상기 이송펌프 후단의 연료공급라인으로 공급하며,
상기 연료공급라인에서 상기 리퀴드라인의 합류 지점 하류에 쿨러를 마련하고, 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스의 전부 또는 일부를 상기 리퀴드라인의 합류 지점 상류에서 분기하고 상기 쿨러에 냉매로 공급하여 상기 연료공급라인의 액화가스를 냉각할 수 있는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 쿨러에서 냉매로 사용된 액화가스는 상기 연료공급탱크로 회수되고, 상기 이송펌프에서 요구하는 최소 유량보다 상기 쿨러에서 필요한 냉매 유량이 적은 경우, 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스 중 상기 쿨러에서 필요한 냉매 유량을 초과하는 액화가스는 상기 쿨러의 상류에서 분기되어 상기 쿨러를 거치지 않고 상기 연료공급탱크로 회수될 수 있다.
바람직하게는, 상기 연료공급라인에서 상기 쿨러의 전단에는 연료히터를 마련하고, 상기 쿨러의 후단에서 상기 압축펌프로 도입되는 액화가스의 온도를 감지하여, 감지된 액화가스의 온도가 25℃ 미만이면 상기 연료히터로 스팀을 공급하여 상기 액화가스를 가열하고, 감지된 액화가스의 온도가 33℃ 이상이면 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스를 상기 리퀴드라인의 합류 지점 상류에서 분기하여 상기 쿨러에 냉매로 공급해 상기 액화가스를 냉각하여, 상기 압축펌프 후단에서 상기 엔진으로 공급될 액화가스의 온도를 26 내지 44℃로 유지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 엔진에서 소비되지 않고 상기 리턴라인을 따라 재순환될 액화가스는 감압으로 냉각된 후 상기 세퍼레이터에서 기액분리될 수 있다.
바람직하게는, 상기 이송펌프 및 압축펌프는 사이드 채널 펌프(side channel pump)로 마련될 수 있다.
본 발명에서는, 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 리턴라인을 따라 엔진의 상류로 재순환시키되, 리턴라인에 마련된 세퍼레이터를 통해 재순환 액화가스를 기액분리하여 분리된 액화가스를 이송펌프 후단의 연료공급라인으로 공급하여 재순환시킨다.
특히 연료공급라인의 리퀴드라인 합류 지점 하류에 쿨러를 마련하고, 이송펌프에서 펌핑된 연료공급탱크의 액화가스를 쿨러에 냉매로 공급하여, 재순환 액화가스를 냉각함으로써, 별도의 냉매를 요하지 않으면서 효과적으로 연료공급라인의 액화가스 온도를 조절할 수 있다.
또한, 엔진으로부터 회수되는 재순환 액화가스를 세퍼레이터를 거쳐 연료공급라인으로 재순환시킴으로써, 엔진을 거치면서 연료에 혼입된 윤활유가 연료공급탱크로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 운반선의 연료공급시스템을 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.
후술하는 본 발명의 실시예에서 선박은, 액화석유가스를 추진용 엔진의 연료 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LPG 운반선, LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.
또한, 본 실시예는 저온으로 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 엔진의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스의 연료공급시스템에 적용될 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스 및 암모니아 등일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LPG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
*도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 운반선의 연료공급시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 연료공급시스템은, 선박의 데크에 마련된 연료공급탱크(DT)로부터 선내 엔진(E)으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인(SL)과, 연료공급라인에 마련되며 연료공급탱크로부터 엔진으로 공급될 액화가스를 이송하는 이송펌프(100), 연료공급라인에 마련되며 액화가스를 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프(110), 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 엔진의 상류로 재순환시키는 리턴라인(RL1, RL2), 리턴라인에 마련되며 재순환되는 액화가스를 공급받아 기액분리하는 세퍼레이터(200), 세퍼레이터에서 분리된 액상의 액화가스를 연료공급라인의 이송펌프 후단으로 공급하는 리퀴드라인(LL), 연료공급라인에서 상기 리퀴드라인의 합류 지점 하류에 마련되며 상기 액화가스를 냉각하는 쿨러(120b), 이송펌프와 상기 리퀴드라인의 합류 지점 사이에서 상기 연료공급라인으로부터 분기되어 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스의 전부 또는 일부를 상기 쿨러에 냉매로 공급하는 냉매공급라인(BL)을 포함한다. 냉매공급라인은 연료공급탱크로 연결되어, 쿨러에서 냉매로 사용된 액화가스는 연료공급탱크로 회수된다.
본 실시예 시스템은, 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 리턴라인을 따라 엔진의 상류로 재순환시키되, 리턴라인에 마련된 세퍼레이터를 통해 재순환 액화가스를 기액분리하여 분리된 액화가스를 이송펌프 후단의 연료공급라인으로 공급하여 재순환시키며, 특히 연료공급라인의 리퀴드라인 합류 지점 하류에 쿨러를 마련하고, 이송펌프에서 펌핑된 연료공급탱크의 액화가스를 쿨러에 냉매로 공급함으로써, 별도의 냉매를 요하지 않으면서 효과적으로 연료공급라인의 액화가스 온도를 조절할 수 있도록 한 것이 특징이다. 본 실시예 시스템에서는 다음과 같이 엔진으로의 연료 공급이 이루어진다.
본 실시예의 선박은 액화가스 운반선으로 액화가스, 일 예로 LPG를 저장하여 운송하기 위한 카고탱크(미도시)가 마련되며, 카고탱크와는 별도로 선박에서 연료로 사용할 액화가스를 저장하는 연료공급탱크가 선박의 데크에 마련된다. 연료공급탱크는 1 내지 8barg의 압력, 일 예로는 4 barg 내외의 운전압력으로 설정되어 LPG를 저장하면서 연료공급라인을 통해 선내 엔진으로 연료를 공급한다.
연료공급탱크(DT)에 저장된 액화가스는 이송펌프(100)를 통해 이송되어, 압축펌프(110)를 거쳐 엔진의 연료 공급 압력으로 압축된 후 엔진에 공급된다. 본 실시예에서 이송펌프 및 압축펌프는 일 예를 들어, 사이드 채널 펌프(side channel pump)로 마련될 수 있다.
연료공급라인(SL)의 각 펌프를 거쳐 압축된 액화가스는 연료 중의 이물질을 걸러주는 필터(130)와 서비스밸브부(SVT)를 거쳐 엔진(E)으로 공급된다. 서비스밸브부에서는 엔진으로 LPG를 공급하면서 엔진의 연료유 전환이나 LPG 모드 정지, 트립 등으로 LPG 연료 공급이 중단될 때 밸브를 통해 각 배관을 이중 차단하며 배관 내 압력을 해소한다.
이러한 압축된 LPG를 연료로 공급받는 엔진은 일 예로 MAN Diesel & Turbo사(社)의 ME-LGIP 엔진일 수 있다. 이 경우 LPG는 이송펌프에서 15 barg 내외로 이송 후 압축펌프 등을 거쳐 53 barg, 35℃ 내외의 고압 액체 상태로 엔진에 2 내지 4 ㎥/h 내외가 공급되며, 엔진에서 유압으로 600 내지 700 bar의 압력으로 노즐에 분사되어 엔진이 가동된다. 이송펌프 및 압축펌프로 사이드 채널 펌프가 적용되는 경우, 20% 내외의 낮은 펌프 효율 및 압축을 통해 LPG는 일부 가열될 수 있다.
본 실시예의 엔진에는 압축 및 가열된 연료가 액체 상태로 엔진으로 공급되는데, 압력 변화에 따라 부피변화가 큰 압축성 유체, 즉 가스 연료가 공급되는 엔진과는 달리, 압력을 가하여도 부피의 변화가 없거나 적은 비압축성 유체, 액체 상태의 LPG가 엔진 연료로 공급되는 경우 엔진의 부하 변동에도 충분한 연료를 공급하여 즉각적으로 대응하며 캐비테이션을 방지하기 위해서 과잉의 LPG를 엔진으로 공급한다. 엔진에 공급된 LPG 중 연료로 소비되고 남은 LPG는 엔진에서 리턴라인(RL1)을 통해 배출하여 재순환시키는데, 압축 및 가열된 LPG를 그대로 재순환시키거나 연료공급탱크로 보내면 압축펌프 흡입부(suction)에서 베이퍼(vapor) 발생 위험이 있고, 연료공급탱크 내 압력 및 온도를 상승시켜 탱크 및 선박 안전에 위협이 될 수 있다.
본 실시예에서는 이러한 문제의 해결을 위해 리턴라인(RL1, RL2)에 액화가스를 감압하는 감압부(210, 220)와 세퍼레이터(200)를 마련하여, 엔진으로부터 배출되는 액화가스를 감압하여 기액분리한 후 재순환되도록 구성한다. 압축된 액화가스는 감압 과정에서 단열팽창 또는 등엔트로피 팽창하면서 줄-톰슨 효과에 의해 냉각된다.
본 실시예에서 리턴라인은, 엔진으로부터 세퍼레이터로 연결되는 제1 리턴라인(RL1)과, 압축펌프 후단의 연료공급라인으로부터 세퍼레이터로 연결되는 제2 리턴라인(RL2)을 포함하며, 감압부는, 제1 리턴라인에 마련되어 엔진으로부터 회수되는 액화가스를 감압하는 제1 감압장치(210)와 제2 리턴라인에 마련되는 제2 감압장치(220)를 포함한다. 제1 및 제2 감압장치는 압축된 액화가스를 단열팽창 또는 등엔트로피 팽창시켜 냉각하는 팽창기 또는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브로 구성될 수 있다.
제1 리턴라인의 제1 감압장치 상류에는 리턴밸브부(RVT) 및 필터(230)가 마련되어, 엔진으로부터 배출되는 액화가스는 리턴밸브부 및 필터를 거쳐 제1 감압장치로 도입된다. 필터에서는 엔진에서 배출되는 액화가스에 혼입된 윤활유 등을 걸러낼 수 있다.
엔진(E)으로부터 리턴라인(RL1)을 통해 재순환되는 압축된 액화가스는 제1 감압장치(210)를 거쳐 감압되며 냉각되어 세퍼레이터(200)로 도입되어 기액분리되고, 세퍼레이터에서 분리된 액상의 액화가스는 리퀴드라인(LL)을 통해 연료공급라인(SL)의 이송펌프(100) 후단으로 합류되어 다시 엔진으로 공급되며, 세퍼레이터에서 분리된 기체는 베이퍼라인(GL)을 통해 연료공급탱크(DT)로 회수된다. 베이퍼라인에는 연료공급탱크(DT)로 이송되는 기체를 조절하기 위한 압력조절밸브(V3)가 마련된다.
이송펌프의 후단에서의 압력을 감지하고, 감지된 압력에 따라 상기 압력조절밸브의 개도를 조절하여 세퍼레이터로부터 기체를 연료공급탱크로 보내, 세퍼레이터의 압력을 이송펌프의 후단 압력보다 0.5 내지 2 bar 높게 유지할 수 있다. 이와 같이 세퍼레이터의 압력을 조절함으로써 리퀴드라인을 통해 세퍼레이터에서 분리된 재순환 액화가스를 이송펌프 후단의 연료공급라인으로 이송할 수 있다.
제1 리턴라인(RL1) 및 제1 감압장치(210)는 엔진에서 배출되는 액화가스를, 제2 리턴라인(RL2) 및 제2 감압장치(220)는 압축펌프를 거쳐 압축된 액화가스를 연료히터 상류로부터 감압하여 세퍼레이터(200)로 이송한다.
이를 통해 엔진의 LPG 모드 정지 시, 트립 등 LPG 연료 공급이 중단될 때 엔진 및 연료공급라인에 잔존하는 LPG도 감압으로 냉각하여 세퍼레이터로 이송할 수 있다. 또한 압축펌프에서 요구하는 최소 유량보다 엔진으로 공급될 액화가스 연료의 양이 적은 경우, 압축펌프에서 요구하는 최소 유량만큼 액화가스를 압축펌프에서 펌핑하고, 압축펌프에서 펌핑된 액화가스 중 엔진에서 필요한 양만큼 연료를 공급하고 이를 초과하여 이송된 액화가스는 제2 리턴라인(RL2) 및 제2 감압장치(220)를 거쳐 세퍼레이터(200)로 회수되어 재순환되도록 한다.
LPG 연료 공급 중단 시 세퍼레이터로부터 LPG를 연료공급라인으로 재순환시킬 필요가 없으므로, 세퍼레이터로부터 회수된 액화가스를 이송라인(미도시)을 통해 연료공급탱크로 보낼 수도 있다.
본 실시예에서는 이송펌프와 압축펌프 사이의 연료공급라인에 액화가스의 온도 조절을 위한 온도 조절부(120)가 마련되며, 온도 조절부는 연료히터(120a)와 쿨러(120b)를 포함한다.
본 실시예의 엔진에는 일정한 압력과 온도의 액화가스가 연료로 공급되는데, 예를 들어 ME-LGIP 엔진인 경우 53 barg, 35℃ 내외로 연료를 공급받는다. LPG는 상압에서 약 -42℃, 7 bar에서는 20℃ 내외이므로, 연료공급탱크의 운전압력을 4barg 내외로 설정하면, 연료공급탱크로부터 이송된 액화가스는 이송펌프 및 압축펌프를 거쳐 압축되더라도 엔진에서 필요로 하는 온도로 연료 공급을 위해 추가 가열이 필요할 수 있다. 또한, 세퍼레이터의 운전압력을 15 barg 내외인 이송펌프의 후단 압력보다 0.5 내지 2 bar 높게 유지하면서, 리턴라인(RL1, RL2)을 통해 엔진 등으로부터 재순환되는 액화가스의 양이 많아 감압부 및 세퍼레이터를 거쳐 리퀴드라인(LL)을 통해 이송펌프 후단으로 공급되는 재순환 액화가스의 양이 많은 경우, 엔진에서 필요로 하는 온도를 유지하기 위해 연료공급라인 내 액화가스의 냉각이 필요할 수 있다. 본 실시예 시스템에서는 연료히터와 쿨러를 포함하는 온도 조절부를 이송펌프와 압축펌프 사이에 마련하여, 상황에 따라 액화가스를 가열 또는 냉각하여 연료로 공급될 액화가스의 온도를 조절할 수 있도록 한다.
연료공급라인의 이송펌프 후단에서 리퀴드라인의 합류지점 하류에 연료히터(120a) 및 쿨러(120b)가 마련되며, 연료히터는 스팀을 열원으로 공급받을 수 있고, 쿨러는 연료공급탱크의 액화가스를 이송펌프로부터 냉매공급라인(BL)을 따라 공급받아 냉매로 이용한다.
냉매공급라인(BL)에는 온도조절밸브(V1)가 마련되고, 냉매공급라인으로부터 쿨러의 상류에서 분기되어 연료공급탱크로 연결되는 분기라인(BLa)이 마련되며, 분기라인에는 유량조절밸브(V2)가 마련된다. 냉매공급라인에서 쿨러 하류에는 배압조절밸브(V4)가 마련되어, back pressure를 유지한다.
이송펌프(100)에서 요구하는 최소 유량보다 상기 쿨러(120b)에서 필요한 냉매 유량이 적은 경우, 이송펌프에서 요구하는 최소 유량만큼 액화가스를 이송펌프에서 펌핑하고, 온도조절밸브(V1)를 조절하여 이송펌프에서 펌핑된 액화가스 중 쿨러에서 필요한 유량만큼 쿨러로 공급하고, 유량조절밸브를 조절하여 쿨러에서 필요한 냉매 유량을 초과하는 액화가스는 상기 분기라인(BLa)을 통해 연료공급탱크로 회수되도록 한다.
엔진의 부하(load)가 낮아 리턴라인 및 세퍼레이터를 통해 재순환되는 액화가스의 양이 많은 때, 예를 들어 엔진의 부하가 10% 내외인 경우, 쿨러로 도입되는 냉매공급라인 내 냉매의 온도는 LPG의 성분, 연료공급탱크의 운전압력 등에 따라 변할 수 있는데 대략 -26 내지 24℃ 범위일 수 있고, 쿨러로 도입되는 연료공급라인 내 액화가스의 온도가 44℃ 내외라면 쿨러를 거쳐 약 32℃ 내외로 냉각시킬 수 있음을 시뮬레이션을 통해 확인하였다.
한편, 액화가스의 가열 또는 냉각은 쿨러 후단에서 감지된 액화가스의 온도에 따라 조절되는데, 이를 위해 연료공급라인에서 쿨러(120b)의 후단에는 제1 온도감지부(T1)가 마련되어 압축펌프(110)로 도입되는 액화가스의 온도를 감지한다. 제1 온도감지부(T1)에서 감지된 액화가스의 온도가 25℃ 미만이면 연료히터(120a)로 스팀이 공급되어 액화가스가 가열되고, 제1 온도감지부(T1)에서 감지된 액화가스의 온도가 33℃ 이상이면 온도조절밸브(V1)를 열어 이송펌프에서 펌핑된 액화가스를 상기 냉매공급라인(BL)을 통해 쿨러(120b)로 공급하여 액화가스를 냉각한다.
연료공급라인의 압축펌프 후단에는 제2 온도감지부(T2)가 마련되어 압축펌프를 거쳐 상기 엔진으로 공급될 액화가스의 온도를 감지하며, 액화가스의 가열 또는 냉각을 통해 제2 온도감지부에서 감지되는 액화가스의 온도는 26 내지 44℃로 유지될 수 있다.
이와 같이 본 실시예 시스템에서는 리턴라인을 통해 회수되어 재순환되는 액화가스의 양이 많더라도, 연료공급탱크에 저장된 액화가스를 이송펌프로 이송하여 쿨러에서 냉매로 활용할 수 있도록 함으로써 별도의 냉매를 요하지 않고도 연료로 공급될 액화가스의 온도를 적절히 조절할 수 있다. 또한, 엔진으로부터 회수되는 재순환 액화가스를 세퍼레이터를 거쳐 연료공급라인으로 재순환시킴으로써, 엔진을 거치면서 연료에 혼입된 윤활유가 연료공급탱크로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예의 선박은 액화가스 운반선으로 액화가스를 저장하여 운송하기 위한 카고탱크(미도시)가 마련되는데, 선박에는 재액화부(RS)가 마련되어 카고탱크 내 화물로부터 발생하는 증발가스를 재액화부에서 공급받아 재액화시킨다.
재액화부(RS)로부터 연료공급탱크(DT)를 거쳐 카고탱크로 연결되는 냉각라인(CL)이 마련되어, 재액화부에서 재액화된 액화가스는 상기 냉각라인을 따라 연료공급탱크를 냉각시키고 카고탱크로 이송되어 재저장된다.
즉, 연료공급탱크는 LPG를 8barg 이하 압력으로 저장하면서 선내 엔진으로 연료를 공급하는데, 선박에서 데크(deck) 상에 마련되므로 외기에 의해서나, 세퍼레이터로부터 도입되는 가스 등에 의해 탱크 내 온도가 높아지고 압력이 상승할 수 있는데, 본 실시예에서는 카고탱크에서 발생한 증발가스를 재액화부(RS)에서 재액화시킨 후 이를 연료공급탱크(DT)를 거쳐 카고탱크(미도시)로 회수되도록 함으로써, 재액화된 액화가스의 냉열을 이용해 연료공급탱크를 냉각하여 이러한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 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.

Claims (17)

  1. 선박의 데크에 마련된 연료공급탱크로부터 선내 엔진으로 액화가스가 공급되는 연료공급라인;
    상기 연료공급라인에 마련되며 상기 연료공급탱크로부터 상기 엔진으로 공급될 액화가스를 이송하는 이송펌프;
    상기 연료공급라인에 마련되며 상기 액화가스를 상기 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 압축펌프;
    상기 액화가스 중 엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 상기 엔진의 상류로 재순환시키는 리턴라인;
    상기 리턴라인에 마련되며 재순환되는 상기 액화가스를 공급받아 기액분리하는 세퍼레이터;
    상기 세퍼레이터에서 분리된 액상의 액화가스를 상기 연료공급라인의 상기 이송펌프 후단으로 공급하는 리퀴드라인;
    상기 연료공급라인에서 상기 리퀴드라인의 합류 지점 하류에 마련되며 상기 액화가스를 냉각하는 쿨러; 및
    상기 이송펌프와 상기 리퀴드라인의 합류 지점 사이에서 상기 연료공급라인으로부터 분기되어 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스의 전부 또는 일부를 상기 쿨러에 냉매로 공급하는 냉매공급라인:을 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매공급라인은 상기 연료공급탱크로 연결되어, 상기 쿨러에서 냉매로 사용된 액화가스는 상기 연료공급탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 냉매공급라인에 마련되는 온도조절밸브;
    상기 냉매공급라인에서 상기 쿨러의 상류에서 분기되어 상기 연료공급탱크로 연결되는 분기라인; 및
    상기 분기라인에 마련되는 유량조절밸브:를 더 포함하고,
    상기 이송펌프에서 요구하는 최소 유량보다 상기 쿨러에서 필요한 냉매 유량이 적은 경우, 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스 중 상기 쿨러에서 필요한 냉매 유량을 초과하는 액화가스는 상기 분기라인을 통해 상기 연료공급탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 연료공급라인에서 상기 쿨러의 전단에 마련되어 상기 액화가스를 가열하는 연료히터; 및
    상기 연료공급라인에서 상기 쿨러의 후단에 마련되어 상기 압축펌프로 도입되는 액화가스의 온도를 감지하는 제1 온도감지부;를 더 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 연료공급라인에서 상기 압축펌프의 후단에 마련되어 상기 압축펌프를 거쳐 상기 엔진으로 공급될 액화가스의 온도를 감지하는 제2 온도감지부;를 더 포함하며,
    상기 제1 온도감지부에서 감지된 액화가스의 온도가 25℃ 미만이면 상기 연료히터로 스팀이 공급되어 상기 액화가스가 가열되고,
    상기 제1 온도감지부에서 감지된 액화가스의 온도가 33℃ 이상이면 상기 온도조절밸브를 열어 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스를 상기 냉매공급라인을 통해 상기 쿨러로 공급하여,
    상기 제2 온도감지부에서 감지되는 액화가스의 온도는 26 내지 44℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터에서 분리된 기체를 상기 연료공급탱크로 회수하는 베이퍼라인; 및
    상기 베이퍼라인에 마련되는 압력조절밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 이송펌프의 후단 압력을 감지하고, 감지된 압력에 따라 상기 압력조절밸브의 개도를 조절하여, 상기 세퍼레이터의 압력을 상기 이송펌프의 후단 압력보다 0.5 내지 2 bar 높게 유지하는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 리턴라인에서 상기 세퍼레이터 상류에 마련되며 재순환되는 상기 액화가스를 감압하는 감압부;를 더 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 리턴라인은,
    상기 엔진으로부터 상기 세퍼레이터로 연결되는 제1 리턴라인; 및
    상기 압축펌프 후단의 연료공급라인으로부터 상기 세퍼레이터로 연결되는 제2 리턴라인:을 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 감압부는,
    상기 제1 리턴라인에 마련되어 상기 엔진으로부터 회수되는 액화가스를 감압하는 제1 감압장치; 및
    상기 제2 리턴라인에 마련되는 제2 감압장치:를 포함하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  11. 제 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선박에 마련되어 운송될 액화가스를 저장하는 카고탱크로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 재액화하는 재액화부; 및
    상기 재액화부로부터 상기 연료공급탱크를 거쳐 상기 카고탱크로 연결되는 냉각라인:를 더 포함하며,
    상기 재액화부에서 재액화된 액화가스는 상기 냉각라인을 따라 상기 연료공급탱크를 냉각시키고 상기 카고탱크로 이송되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 이송펌프 및 압축펌프는 사이드 채널 펌프(side channel pump)로 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급시스템.
  13. 선박의 데크에 마련된 연료공급탱크로부터 연료공급라인을 따라 액화가스를 이송펌프 및 압축펌프를 거쳐 압축하여 선내 엔진에 연료로 공급하고,
    엔진에서 소비되지 않은 액화가스를 리턴라인을 따라 상기 엔진의 상류로 재순환시키되, 리턴라인에 세퍼레이터를 마련하여 재순환 액화가스를 기액분리하고, 상기 세퍼레이터에서 분리된 액상의 액화가스를 리퀴드라인을 통해 상기 이송펌프 후단의 연료공급라인으로 공급하며,
    상기 연료공급라인에서 상기 리퀴드라인의 합류 지점 하류에 쿨러를 마련하고, 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스의 전부 또는 일부를 상기 리퀴드라인의 합류 지점 상류에서 분기하고 상기 쿨러에 냉매로 공급하여 상기 연료공급라인의 액화가스를 냉각할 수 있는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 쿨러에서 냉매로 사용된 액화가스는 상기 연료공급탱크로 회수되고,
    상기 이송펌프에서 요구하는 최소 유량보다 상기 쿨러에서 필요한 냉매 유량이 적은 경우, 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스 중 상기 쿨러에서 필요한 냉매 유량을 초과하는 액화가스는 상기 쿨러의 상류에서 분기되어 상기 쿨러를 거치지 않고 상기 연료공급탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 연료공급라인에서 상기 쿨러의 전단에는 연료히터를 마련하고,
    상기 쿨러의 후단에서 상기 압축펌프로 도입되는 액화가스의 온도를 감지하여,
    감지된 액화가스의 온도가 25℃ 미만이면 상기 연료히터로 스팀을 공급하여 상기 액화가스를 가열하고, 감지된 액화가스의 온도가 33℃ 이상이면 상기 이송펌프에서 펌핑된 액화가스를 상기 리퀴드라인의 합류 지점 상류에서 분기하여 상기 쿨러에 냉매로 공급해 상기 액화가스를 냉각하여,
    상기 압축펌프 후단에서 상기 엔진으로 공급될 액화가스의 온도를 26 내지 44℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 엔진에서 소비되지 않고 상기 리턴라인을 따라 재순환될 액화가스는 감압으로 냉각된 후 상기 세퍼레이터에서 기액분리되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 이송펌프 및 압축펌프는 사이드 채널 펌프(side channel pump)로 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선의 연료공급방법.
PCT/KR2020/018578 2020-09-03 2020-12-17 액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법 WO2022050513A1 (ko)

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