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KR100845819B1 - 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의가스연료공급장치 - Google Patents

메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의가스연료공급장치 Download PDF

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KR100845819B1
KR100845819B1 KR1020060130687A KR20060130687A KR100845819B1 KR 100845819 B1 KR100845819 B1 KR 100845819B1 KR 1020060130687 A KR1020060130687 A KR 1020060130687A KR 20060130687 A KR20060130687 A KR 20060130687A KR 100845819 B1 KR100845819 B1 KR 100845819B1
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이춘식
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치에 관한 것으로, 특히 기화가스를 연료로 사용하는 액화천연가스 수송선에서 가스애널라이져, 통합자동화시스템(Integrated Automation System) 및 강제기화기 컨트롤러를 장착하여 적정 메탄가의 기화가스를 연료로 공급할 수 있는 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치는 엔진의 연료가스공급배관 입구측에 장착되어, 연료로 공급될 기화가스의 메탄가(Methane Number)를 분석하는 가스애널라이져; 상기 가스애널라이져로부터 분석된 메탄가를 전송받아 기 입력된 조건 메탄가와 비교 처리하는 통합자동화시스템; 상기 통합자동화시스템에서 산출된 메탄가 비교 데이터를 이용하여, 강제 기화시킬 액화가스의 유량을 조절하는 제 1 조절밸브와, 강제기화된 기화가스의 냉매로 사용될 액화가스의 유량을 조절하는 제 2 조절밸브를 제어하는 강제기화기 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치를 포함한다.
액화천연가스 수송선, 강제기화기, 가스애널라이져, 통합서버, 강제기화기 컨트롤러

Description

메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치{Gas fuel supply device for controlling methane number in LNGC}
도 1은 종래 기술에 따른 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치의 일실시예를 도시한 개념도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 액화천연가스 화물탱크 10: 압축기
20: 펌프 22: 제 1 조절밸브
24: 제 2 조절밸브 26: 강제기화기
30: 미스트세퍼레이터 40: 히터
50: 이중연료엔진 100: 가스애널라이져
110: 통합자동화시스템 120: 강제기화기 컨트롤러
본 발명은 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기화가스를 연료로 사용하는 액화천연가스 수송선에서 가스애널라이져, 통합자동화시스템 및 강제기화기 컨트롤러를 장착하여 적정 메탄가의 기화가스를 연료로 공급할 수 있는 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치에 관한 것이다.
액화천연가스 수송선에는 고속 및 대(大)마력의 성능을 발휘할 수 있는 스팀터빈추진방식이 주로 사용되었다. 하지만 타 선박에서 주로 사용되는 디젤 엔진에 비하여 효율이 낮은 단점이 있었다. 이러한 연유로 최근에는 스팀터빈추진방식에 비해 친환경적이며, 효율이 높은 전기추진방식이 도입되었다. 전기추진방식의 액화천연가스 수송선은 낮은 산화탄소화합물(Cox)을 배출시킬 수 있어 친환경적이며, 비교적 높은 운항 안정성을 가지고, 스팀터빈추진방식의 액화천연가스 수송선에 비해 약 30% 이상 효율이 높은 장점을 가지고 있다.
이러한 전기추진방식의 액화천연가스 수송선은 이중연료엔진의 등장으로 인해 더욱 다양한 형태로 개발이 진행되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치를 도시한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 전기추진방식의 액화천연가스 수송선은 오일연료(예: HFO, DO)와 선택적으로 자연기화가스(NBOG: Natural Boiled-off Gas) 또는 강제기화가스(FBOG: Forced Boiled-off Gas)를 포함하는 기화가스를 연료로 사용할 수 있다.
자연기화가스란 액화천연가스 화물탱크(1) 내부에 보관된 극저온(-160℃ 정도) 액화가스가 자연적으로 기화된 소량의 기화가스인데, 압축기(10)와 히터(40)에 의해 적정 압력 및 온도로 가압 및 가열된 후 이중연료엔진(50)의 연료로 사용된다.
강제기화가스란 자연기화가스의 부족 시 액화천연가스 화물탱크(1)로부터 액화가스를 인출하여 강제기화시킨 기화가스를 말한다. 강제기화가스는 액화천연가스 화물탱크(1)로부터 액화가스를 인출하는 펌프(20)와, 상기 펌프(20)에 의해 인출된 액화가스를 강제기화시키는 강제기화기(26, Forcing Vaporizer)와, 상기 펌프(20)와 상기 강제기화기(26) 사이의 배관 상에 설치되어 관내 유량을 조절하는 제 1 조절밸브(22)와, 상기 강제기화기(26)로부터 기화된 기화가스의 감온을 위해 냉매로서 사용될 액화가스의 바이패스유량을 조절하는 제 2 조절밸브(24)와, 기화되고 감온된 기화가스에 존재하는 액상입자를 걸러내는 미스트세퍼레이터(30, Mist Separator) 및 상기 미스트세퍼레이터(30)에 의해 액상입자가 걸러진 기화가스를 연료조건에 맞춰 가열하는 히터(40)를 포함하는 구성에 의해 생성되고, 이중연료엔진(50)의 연료로 사용된다.
그런데, 이러한 기화가스를 이중연료엔진(50)의 연료로 사용할 때에는 기화가스의 메탄가(Methane Number)가 이중연료엔진(50)에서 요구하는 조건 메탄가 보다 수준 이상이 되어야 한다. 이는 이중연료엔진(50)에서 노킹(Knocking)현상이 발생되는 것을 방지하기 위함이다. 자연기화가스는 성분이 대부분 메탄으로 이루어져 있기 때문에 메탄가가 엔진 요구치보다 높아 별도의 주의가 필요하지 않지만 강제기화가스는 메탄외에도 에탄, 프로판, 부탄 같은 성분이 함유되어 있어 메탄가가 엔진 요구치보다 낮을 수 있어 주의가 필요하다. 이를 위해 강제 기화된 천연가스를 저온으로 유지하여 중탄화수소 성분들이 액상으로 남아 미스트세퍼레이터(30)에서 걸러질 수 있도록 하고 있다.
하지만, 종래 기술에 따르면 이중연료엔진(50)으로 공급되기 전에 기화가스 내 메탄가를 제어해 줄 수 있는 장치가 없었다. 단지, 이중연료엔진(50)에 노킹경보기(60, Knocking Alarm)를 설치하여, 노킹현상을 감지한 운전자에 의해 문제를 해결하는 방식이 전부였다. 하지만, 이러한 노킹경보기(60)와 같은 사후 대책으로는, 이중연료엔진(50)의 손상을 미리 방지할 수 없는 문제점으로 작용하였다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여, 기화가스를 연료로 사용하는 액화천연가스 수송선에서 이중연료엔진으로 공급되기 전에 기화가스 내 메탄가를 제어하여 노킹현상을 사전에 방지할 수 있는 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 엔진의 연료공급배관 입구측에 장착되어, 연료로 공급될 기화가스의 메탄가(Methane Number)를 분석하는 가스애널라이져; 상기 가스애널라이져로부터 분석된 메탄가를 전송받아 기 입력된 조건 메탄가와 비교 처리하는 통합자동화시스템; 상기 통합자동화시스템에서 산출된 메탄가 비교 데이터를 이용하여, 강제기화시킬 액화가스의 유량을 조절하는 제 1 조절밸브와, 강제기화된 기화가스의 냉매로 사용될 액화가스의 유량을 조절하는 제 2 조절밸브를 제어하는 강제기화기 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도면에서, 도 2는 본 발명에 따른 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치의 일실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예는 액화천연가스 화물탱크(1)와, 상기 액화천연가스 화물탱크로부터 액화가스를 인출하는 펌프(20)와, 인출된 액화가스를 강제기화시키는 강제기화기(26)와, 상기 강제기화기(26)로 공급될 액화가스의 유량을 조절하는 제 1 조절밸브(22)와, 상기 강제기화기(26)로부터 강제기화된 기화가스의 감온을 위해 냉매로서 사용될 액화가스의 바이패스유량을 조절하는 제 2 조절밸브(24)와, 감온된 기화가스에 존재하는 액상입자를 걸러내는 미스트세퍼레이터(30, Mist Separator)와, 상기 미스트세퍼레이터(30)에서 걸러진 기화가스를 연료조건에 맞춰 가열하는 히터(40)와, 자연기화가스를 저압 압축시키는 압축기(10)를 포함하는 액화천연가스수송선의 가스연료공급장치에서, 이중연료엔진(50)으로 공급되기 전 배관 상에 장착되는 가스애널라이져(100, Gas Analyzer)와, 상기 가스애널라이져(100)에서 분석된 메탄가에 대한 데이터를 전송 받아 비교 처리하는 통합자동화시스템(110)과, 상기 통합자동화시스템(110)에서 산출된 메탄가 비교 데이터를 이용하여 제 1 조절밸브(22) 및 제 2 조절밸브(24)의 개도(開道)를 제어하는 강제기화기 컨트롤러(120)를 포함하여 구성된다.
가스애널라이져(100)는 기화가스 내의 성분을 분석하는 분석장치로서, 본 실시예에서는 이중연료엔진(50)으로 공급되는 기화가스 내 메탄(Methane)을 일정 주기로 분석 처리해야 하므로, 구체적으로는 메탄 검지기를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 가스애널라이져(100)는 히터(40)를 통과한 기화가스가 상기 이중연료엔진(50)으로 공급되기 전 배관 상에 장착되는 것이 좋다. 가스애널라이져(100)에서 일정 주기마다 측정 분석된 기화가스의 메탄가에 대한 데이터는 통합자동화시스템(110)으로 전송된다.
통합자동화시스템(110)은 액화천연가스 수송선의 통합자동화시스템(IAS: Integrated Automation System)을 말하는 것으로, 액화천연가스 수송선의 운항상태를 감시 및 제어하여 운항 및 항해와 관련된 모든 상황을 예측 분석하는 장치이다. 이러한 통합자동화시스템(110)은 액화천연가스 수송선의 현재 주요 상태를 데이터베이스화하여 기 입력된 기준 수치 또는 과거의 수치와 비교 분석함으로써, 각종 현상을 원격 감시하는 기능을 보유하고 있다.
본 실시예에 따른 통합자동화시스템(110)은 상기 가스애널라이져(100)로부터 측정 분석된 기화가스 메탄가를 전송 받은 후, 전송 받은 메탄가를 기 입력된 조건 메탄가(이는 "이중연료 엔진에서 노킹현상이 유발되지 않는 최소 요구 메탄가"를 뜻한다)와 비교하는 작업을 수행한다. 이후 산출된 메탄가 비교 데이터는 강제기화기 컨트롤러(120)로 전달된다.
강제기화기 컨트롤러(120)는 제 1 밸브(22)와 제 2 밸브(24)의 개도를 제어하는 장치이다. 이러한 강제기화기 컨트롤러(120)는 강제기화기(26)로 공급되는 액화가스의 유량을 조절하는 제 1 밸브(22)를 제어함으로써, 강제기화된 기화가스의 공급량을 제어할 수 있으며, 또한, 강제기화된 기화가스의 냉매로 작용될 액화가스의 유량을 조절하는 제 2 밸브(22)를 제어함으로써, 강제기화된 기화가스의 온도를 감온시켜 기화가스 성분 중 미스트세퍼레이터(30)에서 액상입자로 걸러질 중탄화수소(Heavy Hydrocarbon, 예를 들면 Propane, Butane 등)의 양을 제어할 수 있다. 기화가스 성분 중 중탄화수소의 양이 감소한다는 것은 메탄가가 높아진다는 의미이다.
다음에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 크게 두 가지 경우로 나누어 살펴보고자 한다.
먼저, 가스애널라이져(100)에서 측정된 기화가스의 메탄가가 통합자동화시스템(100)에 기 입력된 조건 메탄가보다 낮아지려고 하면, 강제기화기 컨트롤러(120)는 제 2 조절밸브(24)를 개방하여, 강제기화된 기화가스와의 열교환 시 냉매로 사 용할 액화가스를 바이패스 유동시킨다. 이로 인하여, 강제기화된 기화가스가 감온되면, 기화가스의 성분 중 중탄화수소인 프로판 또는 부탄은 액상입자로 만들어진다. 이후 이러한 중탄화수소 액상입자들은 미스트세퍼레이터(30)에서 걸러져 다시 액화천연가스 화물탱크로 송급되어 저장되고, 메탄가가 높은 기화가스가 이중연료엔진의 연료로 사용될 수 있다.
이때, 상기 미스트세퍼레이터(30)에선 많은 중탄화수소가 액상입자의 형태로 걸러지게 되므로, 공급 연료 유지 차원에서 강제기화기(26)로 유입되는 액화가스의 양을 증가시키기 위해, 이의 기능을 담당하는 제 1 조절밸브(22)를 더 많이 개방해주는 것이 좋다.
한편, 상기 가스애널라이져(100)에서 측정된 기화가스의 메탄가가 상기 통합자동화시스템(100)에 기 입력된 조건 메탄가에 비해 지나치게 높은 경우에는, 상기 강제기화기 컨트롤러(120)가 상기 제 2 조절밸브(24)를 폐쇄하여 강제기화된 기화가스를 감온시키지 않는다. 이로 인하여, 노킹이 발생되지 않는 메탄가 범위 내의 기화가스가 이중연료엔진의 연료로서 공급될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 메탄가 제어 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치에 대해 설명하였다.
이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한적적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치에 따르면, 기화가스를 연료로 사용하는 액화천연가스 수송선에서 기화가스 내 메탄가를 분석하는 가스애널라이져, 분석된 메탄가를 연료에서 요구하는 조건 메탄가와 비교 처리하는 통합자동화시스템 및 메탄가 비교 데이터를 통해 강제기화된 기화가스의 메탄가를 제어할 수 있는 강제기화기 컨트롤러를 이용하여, 기화가스를 이중연료엔진의 연료로 사용 시 메탄가 저하로 인한 노킹(Knocking)현상을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 엔진의 연료공급배관 입구측에 장착되어, 연료로 공급될 기화가스의 메탄가(Methane Number)를 분석하는 가스애널라이져;
    상기 가스애널라이져로부터 분석된 메탄가를 전송받아 기 입력된 조건 메탄가와 비교하는 통합자동화시스템; 및
    강제기화시킬 액화가스의 유량을 조절하는 제 1 조절밸브와, 강제기화된 기화가스의 냉매로 사용될 액화가스의 유량을 조절하는 제 2 조절밸브를 제어하는 강제기화기 컨트롤러;를 포함하고,
    상기 통합자동화시스템에서 산출된 메탄가 비교 데이터를 이용하여 분석된 상기 기화가스의 메탄가가 상기 조건 메탄가보다 낮은 경우 상기 제1 및 제2 조절밸브를 개방하고, 상기 기화가스의 메탄가가 상기 조건 메탄가보다 소정 범위 이상 높은 경우에는 상기 제2 밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의 가스연료공급장치.
KR1020060130687A 2006-12-20 2006-12-20 메탄가 제어가 가능한 액화천연가스 수송선의가스연료공급장치 Expired - Fee Related KR100845819B1 (ko)

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