KR100748734B1 - 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 가스 시스템의 구성을 단순화함과 아울러 원가 절감을 이룰 수 있으며 유량제어범위를 극대화한 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 한개의 액상분리기와 고용량 히터만을 사용함과 아울러 저용량 컴프레서를 1 SPEED 타입 모터를 사용할 수 있도록 함으로써 장치의 구성을 단순화하고 자재비 및 설치비를 절감할 수 있는 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템을 제공함에 있다.

또한, 가스의 유동 제어 범위를 확대하여 엔진이 요구하는 전범위에서 연료가스를 공급할 수 있도록 하는 시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 카고탱크(1)에서 자연 기화된 증발가스가 공급되도록 설치된 액상분리기(3)와, 상기한 액상분리기(3)에서 토출되는 증발가스를 압축하도록 설치된 저용량 컴프레서(4)와, 상기한 저용량 컴프레서(4)를 통해 토출된 가스의 온도를 냉각/또는 가열시켜 가스 연소장치 또는 엔진으로 공급하는 애프터 쿨러/히터(53)와, 상기한 액상분리기(3)로 증발가스가 유입되기 전에 우회하여 증발가스가 유입되도록 설치된 고용량컴프레서(8) 바이패스라인과, 상기한 고용량컴프레서(8)를 우회 통과한 가스가 엔진에 적합한 온도로 조절되도록 하는 고용량 히터(9)를 포함하는 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템 및 상기한 저용량 컴프레서(4)에 1스피드 타입의 모터를 사용하고, 저용량 컴프레서(4)에서 토출된 가스를 다시 액상분리기(3)로 유입시켜 가스의 온도를 조절하도록 순환시키는 리턴 라인(12)을 포함함을 특징으로 한다.

LNG 운반선, DUAL FUEL ENGINE을 사용하는 LNG 운반선용 연료가스 시스템

Description

이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템{Fuel gas supply system of LNG carrier being attached engine using double fuel}

도1은 본 발명에 따른 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템을 도시한 개략도,

도2는 일반적인 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템을 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 카고 탱크 2: 인라인 믹서

3: 액상 분리기 4: 저용량 컴프레서

5: 쿨러/히터 6: 강제기화기

8: 고용량컴프레서 9: 고용량히터

10: 바이패스라인 11: 콘트롤밸브

12: 리턴라인 13: 우회라인

V: 밸브 L: 기본라인

본 발명은 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 가스 시스템의 구성을 단순화함과 아울러 원가 절감을 이룰 수 있는 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스 즉, LNG(LIQUIFIED PETROLEUM GAS)는 메탄을 주성분으로 하는 천연가스(NG;NATURAL GAS)를 영하 162℃의 초저온 상태로 냉각하여 그 부피를 대략 1/600정도로 감소시킨 것이다.

상기한 액화천연가스를 에너지원으로 사용하기 위해서는 액화천연가스(LNG)의 생산기지로부터 수요자까지 대량 이송하는 것이 필요하게 되는 바, 이를 위해 액화천연가스 운반선이 필요하게 된다.

즉, 천연가스의 생산지인 로딩(LOADING)항구에서 기체 상태인 천연가스를 초저온 상태로 액화시켜 액화천연가스 운반선의 저장탱크에 저장함과 아울러 언로딩(UNLOADING)항구에 도착한 후에는 초저온의 액화천연가스를 기화시켜 천연가스로 변환시킨 후, 이를 배관등을 통해 수요자에게 공급하게 되는 것이다.

상기한 액화천연가스 운반선은 액화천연가스를 저장하도록 구형 독립탱크 방식 또는 멤브레인 방식의 탱크를 설비하고 있는 바, 멤브레인 방식의 경우에는 운반선의 화물창에 액화천연가스를 저장하여 운반하게 된다.

상기한 증발가스는 재액화 시스템이 없는 선박에서는 대기중으로 방출하거나 보일러에서 태워버리게 되고, 재액화 시스템이 장착된 선박에서는 증발가스를 재액 화하여 화물창으로 리턴시키게 된다.

여기서, 상기한 선박에 기화된 가스와 디젤 엔진을 연료로 병행 사용하는 듀얼 타입 엔진 즉, 이중 연료 사용 엔진이 장착되어 있으면, 상기한 기화된 가스를 엔진의 연료로 사용하게 되는 바, 이를 위한 연료 가스 시스템에 장착되어 있게 된다.

이는 도2에 도시된 바와 같이 카고 탱크(50)에서 자연 기화된 액화천연가스에서 수분을 제거하도록 자연기화라인으로 연결 설치된 제1액상 분리기(MIST SEPARATOR)(51)와, 상기한 제1액상 분리기(51)를 통과한 가스를 가압하도록 설치된 2개의 저용량컴프레서(52)와, 상기한 저용량 컴프레서(52)를 통과한 가스의 온도가 높을 경우 이를 낮추도록 설치된 애프터 쿨러(53)와, 상기한 애프터 쿨러(53)를 통과한 가스의 온도를 엔진의 요구 온도에 맞추도록 설치된 저용량 히터(54) 및 가스를 임시 저장하고 과부하 시 카고 탱크(50)로 가스를 리턴시키는 버퍼탱크(55)로 이루어져 있다.

여기서, 상기한 저용량 컴프레서(52)는 가스의 온도가 낮을 때 스타팅을 용이하게 하도록 2 SPEED 타입 모터를 사용하고 있고, 애프터 쿨러(53)는 액화천연가스를 분사하여 냉각시키는 LNG SPRAY TYPE를 사용하게 된다.

또한, 상기한 카고 탱크(50)에서 가스를 강제 기화시키도록 강제기화기(56) 및 라인이 제2액상분리기(강제기화용액상분리기)(57)를 통해 저용량 히터(54)에 연결되어 있고, 가스의 용량에 따라 선택 사용하도록 자연기화라인에는 고용량컴프레서(58) 및 고용량히터(59)가 설치되어 있다.

물론, 상기한 저용량 및 고용량 히터(54, 59)에는 가스를 연소시키도록 가스연소장치(GCU;GAS COMBUSTION UNIT)가 연결되어 있게 된다.

그러나, 상기한 바와 같이 2개의 액상 분리기를 설치하고 저용량, 고용량히터를 사용하게 되면 동일한 작용을 하는 기기를 중복하여 설치하게 되는 것으로서 장치의 구성이 불필요하게 복잡해지고 자재비 및 설치비가 증가하는 문제점이 있다.

또한, 액상 분리기로의 리턴 라인이 없기 때문에 초기 스타팅 문제로 저용량 컴프레서를 2 SPEED 모터를 사용하게 되어 불필요한 기자재비의 증가를 초래하게 된다. 따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 한개의 액상분리기와 고용량 히터만을 사용함과 아울러 저용량 컴프레서를 1 SPEED 타입 모터를 사용할 수 있도록 액상분리기로의 리턴라인을 설치함으로써 장치의 구성을 단순하고 자재비 및 설치비를 절감할 수 있는 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템을 제공함에 있다.

또한 엔진이 요구하는 전범위에서 연료가스를 공급할 수 있도록 강제기화기 및 고용량 히터의 전단부에 컨트롤 밸브(7) 및 바이패스라인(8)을 설치하여 가스의 유동 제어 범위를 확대함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 카고탱크에서 자연 기화된 증발가스가 공급되도록 설치된 액상분리기와, 상기한 액상분리기에서 토출되는 증발가스를 압축하도록 설치된 저용량 컴프레서와, 상기한 저용량 컴프레서를 통해 토출 된 가스의 온도를 냉각 또는 가열시켜 가스 연소장치 또는 엔진으로 공급하는 애프터 쿨러/히터와, 상기한 액상분리기로 증발가스가 유입되기 전에 우회라인을 통해 증발가스가 우회하도록 설치된 고용량컴프레서 및 그 바이패스라인과, 상기한 고용량 컴프레서를 우회 통과한 가스가 엔진에 적합한 온도로 조절되도록 하는 고용량 히터를 포함하는 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템에 있어서,

유량 제어 범위를 확대하기 위하여 강제 기화기 및 고용량 히터 도입부에 컨트롤 밸브와 초가 바이패스 라인을 설치하고, 도2의 강제 기화기용 액상분리기(7)를 삭제하고 도1의 액상 분리기(3) 하나로 두 개의 액상 분리기를 통합하는 한편, 컴프레서의 컨트롤 및 다양한 시스템 작동 모드를 고려하여, 저용량 컴프레서의 부하 분할 목적으로 독립된 별도의 라인/밸브(13)를 설치하며, 상기한 저용량 컴프레서에 1 스피드 타입의 모터를 사용하고, 저용량 컴프레서에서 토출된 가스를 다시 액상분리기로 유입시켜 가스의 온도를 조절하도록 순환시키는 리턴 라인을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 카고탱크에서 자연 기화된 증발가스가 공급되도록 설치된 액상분리기와, 상기한 액상분리기에서 토출되는 증발가스를 압축하도록 설치된 저용량 컴프레서와, 상기한 저용량 컴프레서를 통해 토출된 가스의 온도를 냉각시켜 가스 연소장치 또는 엔진으로 공급하는 애프터 쿨러와, 상기한 액상분리기로 증발가스가 유입되기 전에 우회하여 증발가스가 통과하도록 설치된 고용량컴프레서 바이패스라 인과, 상기한 고용량컴프레서를 우회한 가스가 엔진에 적합한 온도로 조절되도록 하는 고용량 히터를 포함하는 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템에 있어서,

상기한 저용량 컴프레서에 1스피드 타입의 모터를 사용할 수 있도록 저용량 컴프레서에서 액상 분리기로의 라인을 설치하여 적당한 온도가 될 때까지 순환시켜 줌으로써 저용량 컴프레서의 모터를 2 스피드에서 1 스피드로 변경하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기한 저용량 컴프레서에서 토출되는 가스의 부하 분배 효율을 향상시키도록 설치된 우회라인/밸브(13)을 포함한다.

또한, 본 발명은 상기한 강제 기화기와 고용량 히터의 도입부에 컨트롤 밸브와 추가 바이패스 라인 및 그 라인에 상기한 컨트롤 밸브와 유량 제어 범위가 상이한 콘트롤 밸브를 설치하고 있다.

또한, 본 발명은 LNG 분사방식 애프터 쿨러대신 청수를 사용하여 가스를 냉각/가열시키는 타입의 애프터쿨러를 사용하게 된다.

또한, 본 발명은 강제 기화기로부터 나온 가스에 있는 액상을 분리해주는 강제 기화기용 액상 분리기(7)를 삭제하되, 액상 분리기(3) 하나로 두 개의 액상 분리기를 통합 구성하고 있다.

도1은 본 발명에 따른 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템을 도시한 개략도로서, 카고탱크(1)에서 자연 기화된 증발가스가 인라인 믹서(2)를 통과하여 공급되도록 설치된 액상분리기(3)와, 상기한 액상 분리기(3)에서 토출되는 증발가스를 압축하도록 설치되고 1스피드(SPEED) 타입의 모터가 적용된 2대의 저용량 컴프레서(4)와, 상기한 저용량 컴프레서(4)를 통해 토출된 가스의 온도를 물을 분사하면서 냉각시켜 가스 연소장치(GCU) 또는 엔진으로 공급하는 애프터 쿨러/히터(5)와, 상기한 카고 탱크(1)에서의 가스를 강제 기화시켜 액상 분리기(3)로 공급하도록 설치된 강제기화기(6)와, 증발가스가 액상 분리기(3)로 유입되기 전에 증발가스가 우회하도록 설치된 고용량컴프레서(8) 바이패스라인과, 상기한 고용량컴프레서(8)를 우회한 가스가 엔진에 적합한 온도로 조절되도록 하는 고용량 히터(9)로 이루어져 있다.

물론, 상기한 각 구성요소들로 가스가 유입되거나 토출될 때 및 서로 합쳐지거나 분기될 때 이를 제어하도록 다수의 밸브가 설치되어 있고, 애프터 쿨러/히터(5)에서 히터 부분은 강제기화된 가스의 온도를 높이기 위한 것인 바, 가스의 온도 조절 폭이 보다 확대될 수 있게 되는 것이다.

상기한 강제기화기(6)의 입구 및 고용량 히터(9)의 입구에는 바이패스라인(10)이 설치됨과 아울러 기본 라인(L)에 설치된 밸브(V)의 용량과 상이한 용량의 콘트롤 밸브(11)가 설치되어 엔진 및 가스연소장치에 공급되는 가스의 유동 제어 범위를 보다 크게 할 수 있게 됨으로써, 풀레인지 제어(FULL RANGE)가 가능하게 된다.

즉, 강제기화기(6)로 유입되는 가스와 고용량 히터(9)로 유입되는 가스의 용량 제어를, 서로 유량 제어 용량이 상이한 기본 라인(L)에 설치된 컨트롤 밸브(V) 및 바이패스 라인(10)에 설치된 콘트롤 밸브(11)에 의해 2중으로 제어되는 것이다.

예를 들면, 밸브(V)는 매우 작은 양의 가스 제어를 하는 밸브이고, 콘트롤밸브(11)는 큰 용량의 가스 제어를 할 수 있는 밸브로 구성하게 되면, 매우 미세한 가스 제어가 가능하기 때문에, 가스의 유동 제어 범위를 극대화할 수 있는 것이다.

특히, 상기한 저용량 컴프레서(4)에서 토출된 가스를 다시 액상분리기(3)로 유입시켜 가스의 온도를 저하시킴으로써, 컴프레서 모터의 스타팅을 용이하게 하도록 하는 리턴 라인(12)이 설치되어 있는 바, 상기한 리턴 라인(12)에 의한 컴프레서의 온도 조절로 1 스피드 타입의 모터를 사용할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기한 저용량컴프레서(4)에서 토출된 가스를 분산시키도록 우회라인(13)이 설치되어 있는 바, 이는 토출되는 가스의 부하를 분산시켜 부하의 분배를 용이하게 할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 작용 효과를 설명하면 카고 탱크(1)에서 자연 기화된 증발가스가 발생되면, 상기한 증발가스는 배관과 인라인 믹서(2)를 통해 액상분리기(3)로 유입된다.

액상분리기(3)로 유입된 증발가스는 수분이 제거된 상태로 저용량 컴프레서(4)로 유입되고 이를 통과하여 물 분사 타입의 쿨러/히터(5)에서 적합한 온도로 조절된다.

이때, 상기한 저용량 컴프레서(4)의 초기 스타팅시, 저용량 컴프레서를 통과한 증발가스의 온도가 너무 높은 경우, 이를 리턴라인(12)을 통해 다시 액상 분리기(3)로 순환시켜 적정 온도가 되도록 한다.

가스의 온도가 적정 온도로 조절되면 히터 및 쿨러(5)를 통과시켜 엔진 또는 가스연소장치로 공급하게 된다.

물론, 상기한 히터 및 쿨러(5)의 작동 및 증발가스가 리턴라인(12)으로 유입되도록 하는 동작등과 같은 각 밸브의 제어는 별도의 제어 장치에서 이루어지게 된다.

여기서, 상기한 자연기화된 증발가스외에 강제기화기(6)에서 가스를 강제 기화시키게 되면, 상기한 밸브(V) 및 콘트롤 밸브(11)를 작동시키게 되는 바, 강제기화기(6)로 유입되는 가스의 양을 보다 세밀하게 제어할 수 있게 됨으로써, 가스의 유량 제어폭이 매우 증대되어 풀레인지 제어가 가능하게 되는 것이다.

상기한 강제기화기(6)에 의해 강제 기화된 가스는 다시 액상분리기(3)로 유입되어 수분이 제거된 상태에서 저용량 컴프레서(4) 및 히터/쿨러(5)를 통해 엔진으로 공급되도록 한다.

상기한 자연기화된 가스가 액상분리기(3) 및 인라인 믹서(2)를 통하지 않고 고용량 컴프레서(8)로 유입되면 고용량히터(9)에 설치된 바이패스 라인(10) 및 콘트롤 밸브(11)에 의해 유량의 공급폭을 보다 큰 범위로 조절 가능하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 강제기화기와 고용량히터의 입구에 바이패스 라인 및 콘트롤 밸브를 설치하여 유량의 제어폭을 확대하여 풀레인지 제어가 가능하도록 함과 아울러 저용량 컴프레서에서 액상분리기로 리턴라인을 설치하여 1 SPEED 타입 컴프레서를 설치하고, 또한 LNG SPRAY TYPE 애프터 쿨러를 청수를 사용하는 애프터 쿨러/히터로 바꿈으로써 선박의 다양한 작동 모드에서도 사용할 수 있게 하고, 과 도한 증발 가스가 생성 되는 것을 방지하며, 2중으로 설치된 히터와 액상분리기를 한 개만 설치하게 되어 전체적인 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 시스템을 단순화하고 설치비를 절감할 수 있는 잇점이 있는 것이다.

Claims (5)

1. 카고탱크에서 자연 기화된 증발가스가 공급되도록 설치된 액상분리기와, 상기한 액상분리기에서 토출되는 증발가스를 압축하도록 설치된 저용량 컴프레서와, 상기한 저용량 컴프레서를 통해 토출된 가스의 온도를 냉각시켜 가스 연소장치 또는 엔진으로 공급하는 애프터 쿨러와, 상기한 액상분리기로 증발가스가 유입되기 전에 우회하여 증발가스가 통과하도록 설치된 고용량컴프레서 바이패스라인과, 상기한 고용량컴프레서를 우회한 가스가 엔진에 적합한 온도로 조절되도록 하는 고용량 히터를 포함하는 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템에 있어서,

   상기한 저용량 컴프레서에 1스피드 타입의 모터를 사용할 수 있도록 저용량 컴프레서에서 액상 분리기로의 라인을 설치하여 적당한 온도가 될 때까지 순환시켜 줌으로써 저용량 컴프레서의 모터를 2 스피드에서 1 스피드로 변경하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기한 저용량 컴프레서에서 토출되는 가스의 부하 분배 효율을 향상시키도록 설치된 우회라인/밸브(13)를 포함함을 특징으로 하는 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기한 강제 기화기와 고용량 히터의 도입부에 컨트롤 밸브 와 추가 바이패스 라인 및 그 라인에 상기한 컨트롤 밸브와 유량 제어 범위가 상이한 콘트롤 밸브를 설치함을 특징으로 하는 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, LNG 분사방식 애프터 쿨러대신 청수를 사용하여 가스를 냉각/가열시키는 타입의 애프터쿨러를 사용함을 특징으로 하는 이중 연료 사용 엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템.
5. 제1항에 있어서, 강제 기화기로부터 나온 가스에 있는 액상을 분리해주는 강제 기화기용 액상 분리기(7)를 삭제하되, 액상 분리기(3) 하나로 두 개의 액상 분리기를 통합하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템.

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