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WO2016122030A1 - 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2016122030A1
WO2016122030A1 PCT/KR2015/001034 KR2015001034W WO2016122030A1 WO 2016122030 A1 WO2016122030 A1 WO 2016122030A1 KR 2015001034 W KR2015001034 W KR 2015001034W WO 2016122030 A1 WO2016122030 A1 WO 2016122030A1
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WO
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pressure
lng
region
supply
pump
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2015/001034
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English (en)
French (fr)
Inventor
김동찬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hanwha Ocean Co Ltd
Original Assignee
Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co Ltd filed Critical Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co Ltd
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Priority to US15/107,077 priority patent/US9896179B2/en
Priority to RU2017130437A priority patent/RU2686651C2/ru
Priority to EP15880211.6A priority patent/EP3252289B1/en
Priority to PCT/KR2015/001034 priority patent/WO2016122030A1/ko
Priority to CN201580074705.0A priority patent/CN107208559B/zh
Priority to SG11201706183QA priority patent/SG11201706183QA/en
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a fuel supply control system and method for a marine engine, and more particularly, to a control system for fuel supplied to a marine engine, the system operating region for pumping and vaporizing LNG with a pump, and pumping in the system operating region And a supply operation region for receiving vaporized LNG and supplying it to a marine engine, and setting a setting pressure of the system operation region higher than a setting pressure of the supply operation region, and controlling the two regions separately. It is about.
  • 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.
  • cryogenic LNG When LNG is used as fuel in ships, cryogenic LNG must be boosted and vaporized to meet the pressure and temperature requirements of the engine.
  • the load of the engine may be variably operated according to the operating speed of the ship. Therefore, the supply pressure should be able to be operated at the time of supplying fuel according to the load of the engine.
  • the opening rate can be varied by providing a valve at the front of the engine in the fuel supply line, but the entire system relies on such a valve for frequent maintenance and valve replacement due to valve damage and shortened life. The problem may arise.
  • valve is momentarily closed to shut off the fuel supply of the engine, in which case the pressure in the system may increase momentarily.
  • the present invention solves this problem and proposes a fuel supply control system that can stably supply fuel while allowing a variable fuel supply to be made according to a load change of an engine.
  • It includes a supply operation area for supplying the pumped and vaporized LNG in the system operation region and supplying to the marine engine,
  • a fuel supply control system for a marine engine wherein the setting pressure of the system operating region is set higher than the setting pressure of the supply operating region.
  • the system operating region includes a high pressure pump for pumping LNG, a vaporizer for vaporizing LNG pumped from the high pressure pump, and a pumped LNG introduced into the vaporizer downstream of the high pressure pump in a storage tank or the high pressure. And a return line for recovering upstream of the pump.
  • the system operating region may include a recirculation valve provided in the return line, a first pressure sensing unit configured to sense a pressure in the system operating region downstream of the vaporizer, and a first pressure sensing unit sensed by the first pressure sensing unit.
  • a first controller configured to receive a pressure value and to control the opening degree of the recirculation valve and the speed of the high pressure pump according to the set pressure of the system operating region to control the pressure of the system operating region.
  • the system comprises a heat medium circulation line through which a heat medium for vaporizing the LNG is circulated in the vaporizer, a heat medium pump provided in the heat medium circulation line to pump the heat medium to be introduced into the vaporizer, and a downstream of the heat medium pump.
  • the heat medium may further include a heat medium heater for heating.
  • the supply operation region is divided into a supply line for supplying LNG vaporized from the vaporizer to the marine engine, a main gas valve provided in the supply line, and a branch from the supply line upstream of the main gas valve.
  • a vent line if the pressure in the supply line is higher than the set pressure of the supply operation region, the main gas valve is shut off and the vaporized LNG can be discharged to the vent line.
  • the supply operation region may include a pressure control valve provided in the vent line, a second pressure sensing unit sensing a pressure in the supply operation region downstream of the main gas valve, and the second pressure sensing unit.
  • the control unit may include a second control unit configured to receive the pressure value sensed at and to control the opening and closing of the main gas valve and the pressure control valve according to the set pressure of the supply operation region to control the pressure of the supply operation region.
  • the apparatus may further include a first shut-off valve provided downstream of the vaporizer and a second shut-off valve provided upstream of a point where the vent line branches from the supply line.
  • a fuel supply control method for a marine engine wherein the setting pressure of the region where the step 1) is performed is set higher than the setting pressure of the region where the step 2) is performed.
  • the pressure in the region where the process of step 1) is performed by detecting the pressure value of the pumped and vaporized LNG, to control the speed of the pump or to recover the pumped LNG upstream of the storage tank or the pump Can be controlled.
  • the pressure in the region where the process of step 2) is performed detects the pressure of the pumped and vaporized LNG introduced into the marine engine, and if the pressure is higher than the set pressure, opening and closing the valve to enter the marine engine Blocked and vaporized LNG can be controlled by discharging to the outside of the region where the process of step 2) is made.
  • It includes a supply operation area for supplying the pumped and vaporized LNG in the system operation region and supplying to the marine engine,
  • a fuel supply control system for a marine engine characterized in that for controlling the pressure of the system operating region and the supply operating region separately.
  • a fuel supply control method for a marine engine wherein the pressure of the region where the process of step 1) is performed and the pressure of the region where the process of step 2) is separated and controlled respectively are controlled.
  • the fuel supply control system and method for a marine engine of the present invention comprises a system operation region for pumping and vaporizing LNG with a pump, and a supply operation region for supplying the pumped and vaporized LNG from the system operation region to a marine engine. Then, the setting pressure of the system operation region is set higher than the setting pressure of the supply operation region, and the two regions are controlled separately.
  • the fuel can be stably passed by allowing the fuel to pass through the system operating region and controlling the system operating region and the supply operating region before supplying fuel directly to the engine.
  • supply pressure control is not achieved solely with the main gas valve, which extends the life of the valve, reducing maintenance and valve replacement costs, thereby preventing system downtime.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel supply control system of a marine engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 schematically illustrates a fuel supply control system of a marine engine E according to an embodiment of the present invention.
  • the fuel supply control system of this embodiment includes a system operation region 100 for pumping and vaporizing LNG with a pump in a control system of fuel supplied to a marine engine E, and a system operation region. And a supply operation region 200 which receives the pumped and vaporized LNG from the supply vessel 100 and supplies it to the marine engine E, wherein a setting pressure of the system operation region 100 is greater than a setting pressure of the supply operation region 200. It is characterized by the high setting.
  • the ship to which the present embodiment can be applied includes not only a ship including an LNG carrier or an LNG fueled ship (LFS) but also a marine plant such as a floating storage power plant (LNG-FSPP). It includes all ships or offshore structures with engines supplied by fuel for power generation.
  • LFS LNG fueled ship
  • LNG-FSPP floating storage power plant
  • the marine engine E provided in such a vessel a DF engine or a ME-GI engine can be mentioned.
  • the marine engine E of the present embodiment may be a high-pressure gas injection engine, a ME-GI (Man Eletric Gas Injection) engine supplied with a high-pressure gas of 150 to 400 bar as a fuel.
  • ME-GI Man Eletric Gas Injection
  • the ME-GI engine is a high pressure natural gas injection engine of an LNG carrier developed to reduce nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) emissions as an engine that can be used for ships.
  • ME-GI engines can be installed on ships or offshore structures, such as LNG carriers that store and transport LNG (Liquefied Natural Gas) in cryogenic storage tanks, and can use natural gas and diesel as fuel.
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • ME-GI requires high-pressure gas supply pressure of about 150-400 bara (absolute pressure) depending on the load.
  • pollutant emissions are 23% for carbon dioxide, 80% for nitrogen compounds, Sulfur compounds are in the spotlight as next-generation, environmentally friendly engines that can reduce by more than 95%.
  • the fuel supply system may be configured to supply BOG generated from the storage tank, or to compress and supply LNG to high pressure and vaporize it.
  • the system operation region 100 of the present embodiment is provided with a high pressure pump 110 for pumping LNG and a vaporizer 120 for vaporizing LNG pumped from the high pressure pump 110, and the vaporizer 120.
  • a heat medium supply region 300 for supplying a heat medium that exchanges heat with LNG.
  • the heat medium supply region 300 has a heat medium circulation line HL through which the heat medium for vaporizing LNG in the vaporizer 120 is circulated, and a heat medium pump provided in the heat medium circulation line HL to pump the heat medium to be introduced into the vaporizer 120.
  • glycol water glycol water
  • the heat medium heater 320 in the heat medium through the steam generated by the waste heat generated from the internal combustion engine of the vessel, such as the engine Can be heated.
  • the system operating region 100 stores pumped LNG introduced into the vaporizer 120 downstream of the high pressure pump 110 in a storage tank (not shown) or a high pressure pump 110. And a return line RL for recovering upstream of the upstream, and a return valve 130 is provided in the return line RL.
  • the system operating region 100 includes a first pressure sensing unit 140 for detecting a pressure in the system operating region 100 downstream of the vaporizer 120, and a pressure value detected by the first pressure sensing unit 140.
  • the first control unit for controlling the pressure in the system operating region 100 by receiving the transmission, controlling the opening degree of the recirculation valve 130 and the speed (rpm) of the high-pressure pump 110 in accordance with the set pressure of the system operating region 100 150 is provided.
  • the supply operation region 200 is provided in the supply line SL and the supply line SL to open and close the supply line SL to supply LNG vaporized from the vaporizer 120 to the marine engine E.
  • the valve 210 is provided.
  • the supply operation region 200 is connected to the vent line VL branched from the supply line SL upstream of the main gas valve 210 and to the vent line VL.
  • the pressure control valve 220 is provided, and the second pressure sensing unit 230 for sensing the pressure of the supply operation region 200 downstream of the main gas valve 210.
  • the main gas valve 210 When the second controller 240 receives the pressure value detected by the second pressure detector 230, and the pressure in the supply line SL is higher than the set pressure in the supply operation region 200, the main gas valve 210. Is blocked and vaporized LNG is discharged to the vent line VL to control the pressure of the supply operation region 200.
  • the set pressure in the supply operation region 200 is set to the required supply pressure according to the load of the marine engine E, and when the excess pressure is detected in the supply operation region 200, the main gas valve 210 is shut off. The pressure is controlled by opening the pressure regulating valve 220 to discharge the gas to the vent mast by the excess pressure.
  • the pressure of the supply driving region 200 is controlled by controlling the opening and closing of the main gas valve 210 and the pressure regulating valve 220 according to the setting pressure of the supply driving region 200 in the second controller 240.
  • the system of the present embodiment sets the setting pressure of the system operation region 100 higher than the supply operation region 200, and controls each of the regions to operate the variable fuel supply system according to the load of the engine. This is possible.
  • This embodiment can reduce the variation in the supply pressure by allowing the fuel to pass through the system operating region 100 before directly supplying fuel to the engine.
  • the setting pressure of the system operation region 100 higher than the supply operation region 200, there is an advantage that the following time can be shortened by securing a kind of margin even when the output of the engine is increased quickly.
  • the setting pressure of the system operation region 100 than the supply operation region 100 is to be operated by the actual commissioning process according to the installation position of the engine and the fuel gas supply system. For example, if the MEGI engine is applied and the pressure in the supply operating area is 230 barg, the pressure in the system operating area is about 20 barg, and when the supply operating area is 300 barg, the setting pressure in the system operating area is about 5 barg. Can be set.
  • the first shutoff valve 160 and the second shutoff valve 250 may be provided upstream of the branch line where the vent line VL branches from the supply line SL. have. By configuring such a shutoff valve and distinguishing each area, it is possible to control by setting a different setting pressure in each area.
  • the fuel supply is made as follows.
  • the supply of fuel to the marine engine E comprises: 1) pumping and vaporizing LNG with a pump; 2) supplying the pumped and vaporized LNG to the marine engine (E).
  • the setting pressure of the region where the process of step 1) is performed is set to be higher than the setting pressure of the region where the process of step 2) is performed, that is, the supply operation region 200.
  • the pressure in the system operation region 100 senses the pressure value of the pumped and vaporized LNG to control the speed (rpm) of the pump or store the pumped LNG through the return line RL. It can be controlled by recovering upstream of.
  • the pressure of the supply operation region 200 senses the pressure of the pumped and vaporized LNG introduced into the marine engine E, and when the pressure is higher than the set pressure, opens and closes the valve to introduce the marine engine E into the marine engine E.
  • vaporized LNG may be controlled by discharging the vaporized LNG to a vent mast through a vent line VL branched from a supply line SL.

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Abstract

선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템은 선박용 엔진에 공급되는 연료의 제어 시스템에 있어서, LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 시스템 운전 영역; 및 상기 시스템 운전 영역에서 펌핑 및 기화된 LNG를 공급받아 상기 선박용 엔진으로 공급하는 공급 운전 영역을 포함하되, 상기 시스템 운전 영역의 세팅 압력이 상기 공급 운전 영역의 세팅 압력보다 높게 세팅되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템 및 방법
본 발명은 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박용 엔진에 공급되는 연료의 제어 시스템에 있어서, LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 시스템 운전 영역과, 시스템 운전 영역에서 펌핑 및 기화된 LNG를 공급받아 선박용 엔진으로 공급하는 공급 운전 영역을 포함하여, 시스템 운전 영역의 세팅 압력을 공급 운전 영역의 세팅 압력보다 높게 세팅하고, 두 영역을 구분하여 제어하는 연료 공급 제어 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, 그중 하나로 LNG에서 자연 기화 또는 강제 기화된 기화가스를 연료로 사용할 수 있는 DF(Dual Fuel)엔진 등이 개발되어 선박에 사용되고 있다.
LNG를 선박에서 연료로 사용하는 경우, 극저온의 LNG는 엔진에서 요구하는 압력 및 온도 조건에 맞추어 승압하고 기화시켜야 한다.
선박의 엔진, 예를 들어 추진 엔진인 경우 선박의 운항 속도에 따라 엔진의 부하(load)가 가변적으로 운전될 수 있으므로, 엔진의 부하에 따라 연료 공급시 공급 압력을 가변적으로 운용할 수 있어야 한다.
이를 위해 연료가 공급되는 라인에서 엔진의 전단에 밸브를 마련하여 개도율을 가변할 수 있으나, 시스템 전체가 이 같은 밸브에 의존하는 것은 밸브의 시트 손상 및 수명 단축 등으로 잦은 유지보수 및 밸브 교체를 필요로 하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 엔진의 연료 공급을 차단하기 위하여 밸브가 순간적으로 닫히게 되는데, 이 경우 시스템의 압력이 순간적으로 높아질 수 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하여 엔진의 부하 변화에 따라 가변적인 연료 공급이 이루어지도록 하면서 안정적으로 연료 공급이 이루어질 수 있는 연료 공급 제어 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박용 엔진에 공급되는 연료의 제어 시스템에 있어서,
LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 시스템 운전 영역; 및
상기 시스템 운전 영역에서 펌핑 및 기화된 LNG를 공급받아 상기 선박용 엔진으로 공급하는 공급 운전 영역을 포함하되,
상기 시스템 운전 영역의 세팅 압력이 상기 공급 운전 영역의 세팅 압력보다 높게 세팅되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템이 제공된다.
바람직하게는 상기 시스템 운전 영역은, LNG를 펌핑하는 고압 펌프와, 상기 고압 펌프에서 펌핑된 LNG를 기화시키는 기화기와, 상기 고압 펌프의 하류에서 상기 기화기로 도입되는 펌핑된 LNG를 저장탱크 또는 상기 고압 펌프의 상류로 회수하는 리턴 라인을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 시스템 운전 영역은, 상기 리턴 라인에 마련되는 재순환 밸브와, 상기 기화기의 하류에서의 상기 시스템 운전 영역의 압력을 감지하는 제1 압력 감지부와, 상기 제1 압력 감지부에서 감지된 압력 값을 전송받고, 상기 시스템 운전 영역의 세팅 압력에 따라 상기 재순환 밸브의 개도 및 상기 고압 펌프의 속도를 제어하여 상기 시스템 운전 영역의 압력을 제어하는 제1 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 시스템은, 상기 기화기에서 상기 LNG를 기화시키기 위한 열매체가 순환되는 열매체 순환라인과, 상기 열매체 순환라인에 마련되어 상기 기화기로 도입될 상기 열매체를 펌핑하는 열매체 펌프와, 상기 열매체 펌프의 하류에서 상기 열매체를 가열하는 열매체 히터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 공급 운전 영역은, 상기 기화기에서 기화된 LNG를 상기 선박용 엔진으로 공급하는 공급 라인과, 상기 공급 라인에 마련되는 메인 가스 밸브와, 상기 메인 가스 밸브의 상류에서 상기 공급 라인으로부터 분기되는 벤트 라인을 포함하되, 상기 공급 운전 영역의 세팅 압력보다 상기 공급 라인 내의 압력이 높아지면 상기 메인 가스 밸브는 차단되고 기화된 상기 LNG는 상기 벤트 라인으로 배출될 수 있다.
바람직하게는 상기 공급 운전 영역은, 상기 벤트 라인에 마련되는 압력 조절 밸브와, 상기 메인 가스 밸브의 하류에서의 상기 공급 운전 영역의 압력을 감지하는 제2 압력 감지부와, 상기 제2 압력 감지부에서 감지된 압력 값을 전송받고, 상기 공급 운전 영역의 세팅 압력에 따라 상기 메인 가스 밸브 및 압력 조절 밸브의 개폐를 제어하여 상기 공급 운전 영역의 압력을 제어하는 제2 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 기화기의 하류에 마련되는 제1 차단 밸브와, 상기 공급 라인에서 상기 벤트 라인이 분기되는 지점의 상류에 마련되는 제2 차단 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박용 엔진에 공급되는 연료의 제어 방법에 있어서,
1) LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 단계;
2) 펌핑 및 기화된 LNG를 상기 선박용 엔진으로 공급하는 단계를 포함하되,
상기 단계 1)의 공정이 이루어지는 영역의 세팅 압력을 상기 단계 2)의 공정이 이루어지는 영역의 세팅 압력보다 높게 세팅하여 운전하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 단계 1)의 공정이 이루어지는 영역의 압력은, 펌핑 및 기화된 LNG의 압력 값을 감지하여, 상기 펌프의 속도를 제어하거나 펌핑된 LNG를 저장탱크 또는 상기 펌프의 상류로 회수하여 제어될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 2)의 공정이 이루어지는 영역의 압력은, 상기 선박용 엔진으로 도입되는 펌핑 및 기화된 LNG의 압력을 감지하여, 상기 세팅 압력보다 높으면 밸브를 개폐하여 상기 선박용 엔진으로의 도입을 차단하고 기화된 LNG를 상기 단계 2)의 공정이 이루어지는 영역의 외부로 배출하여 제어될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 선박용 엔진에 공급되는 연료의 제어 시스템에 있어서,
LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 시스템 운전 영역; 및
상기 시스템 운전 영역에서 펌핑 및 기화된 LNG를 공급받아 상기 선박용 엔진으로 공급하는 공급 운전 영역을 포함하되,
상기 시스템 운전 영역과 상기 공급 운전 영역의 압력을 분리하여 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 선박용 엔진에 공급되는 연료의 제어 방법에 있어서,
1) LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 단계;
2) 펌핑 및 기화된 LNG를 상기 선박용 엔진으로 공급하는 단계를 포함하되,
상기 단계 1)의 공정이 이루어지는 영역과 상기 단계 2)의 공정이 이루어지는 영역의 압력을 분리하여 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템 및 방법은 LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 시스템 운전 영역과, 시스템 운전 영역에서 펌핑 및 기화된 LNG를 공급받아 선박용 엔진으로 공급하는 공급 운전 영역을 포함하여 구성하고, 시스템 운전 영역의 세팅 압력을 공급 운전 영역의 세팅 압력보다 높게 세팅하고, 두 영역을 구분하여 제어한다.
이와 같이, 엔진에 직접적으로 연료를 공급하기 이전에 연료가 시스템 운전 영역을 통과하도록 하고, 시스템 운전 영역과 공급 운전 영역을 구분하여 제어함으로써, 가변적인 연료공급이 안정적으로 이루어질 수 있다.
또한, 메인 가스 밸브로만 공급 압력 제어가 이루어지지 않으므로 밸브의 수명을 연장하여 유지 보수 및 밸브 교체 비용을 절감하여 이로 인한 시스템의 가동 중단을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템의 개략도이다.
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 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진(E)의 연료 공급 제어 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 연료 공급 제어 시스템은 선박용 엔진(E)에 공급되는 연료의 제어 시스템에 있어서, LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 시스템 운전 영역(100)과, 시스템 운전 영역(100)에서 펌핑 및 기화된 LNG를 공급받아 선박용 엔진(E)으로 공급하는 공급 운전 영역(200)을 포함하되, 시스템 운전 영역(100)의 세팅 압력이 공급 운전 영역(200)의 세팅 압력보다 높게 세팅되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예가 적용될 수 있는 선박이라 함은, LNG carrier나 LFS(LNG Fueled Ship)을 포함하는 선박뿐만 아니라, LNG-FSPP(Floating Storage Power Plant)와 같은 해양 플랜트를 포함하는 것으로, LNG를 추진용이나 발전용 연료로 공급받는 엔진을 갖춘 모든 선박 또는 해양 구조물을 포함하는 것이다.
이러한 선박에 마련되는 선박용 엔진(E)으로는 DF엔진이나 ME-GI엔진을 예로 들 수 있다. 바람직하게는 본 실시예의 선박용 엔진(E)은 고압가스 분사엔진, 150 내지 400 bar의 고압가스를 연료로 공급받는 ME-GI(Man Eletric Gas Injection) 엔진일 수 있다.
ME-GI 엔진은, 선박에 사용될 수 있는 엔진으로서, 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx) 배출량을 저감하기 위하여 개발된 LNG 운반선의 고압 천연가스 분사 엔진이다. ME-GI 엔진은 LNG(Liquefied Natural Gas)를 극저온에 견디는 저장탱크에 저장하여 운반하도록 하는 LNG 운반선 등과 같은 선박 또는 해상 구조물에 설치될 수 있으며, 천연가스 및 디젤을 연료로 사용할 수 있다. ME-GI는 그 부하에 따라 대략 150 - 400 bara(절대압력) 정도의 고압의 가스 공급 압력이 요구되는데, 동급출력의 디젤엔진에 비해 오염물질 배출량을 이산화탄소는 23%, 질소화합물은 80%, 황화합물은 95%이상 줄일 수 있는 차세대 친환경적인 엔진으로서 각광받고 있다. ME-GI 엔진에 LNG를 공급하는 경우, 저장탱크에서 발생하는 BOG를 공급하거나, LNG를 고압으로 압축한 후 기화시켜 공급하도록 연료공급 시스템을 구성할 수 있다.
이 같은 연료 공급을 위해 본 실시예의 시스템 운전 영역(100)에는 LNG를 펌핑하는 고압 펌프(110)와, 고압 펌프(110)에서 펌핑된 LNG를 기화시키는 기화기(120)가 마련되며, 기화기(120)에서 LNG와 열교환되는 열매체를 공급하기 위한 열매체 공급 영역(300)을 구성한다.
열매체 공급 영역(300)에는 기화기(120)에서 LNG를 기화시키기 위한 열매체가 순환되는 열매체 순환라인(HL)과, 열매체 순환라인(HL)에 마련되어 기화기(120)로 도입될 열매체를 펌핑하는 열매체 펌프(310)와, 열매체 펌프(310)의 하류에서 열매체를 가열하는 열매체 히터(320)와, 기화기(120)의 하류에서 기화기(120)에서 열교환을 마친 열매체가 저장되는 열매체 탱크(330) 등이 마련될 수 있다. 기화기(120)에 열원을 공급하는 열매체로는 예를 들어 글리콜 워터(glycol water)가 사용될 수 있고, 열매체 히터(320)에서는 엔진 등 선박의 내연기관에서 발생하는 폐열로 발생시킨 스팀을 통해 열매체를 가열할 수 있다.
시스템 운전 영역(100)에서의 압력 제어를 위해, 시스템 운전 영역(100)은 고압 펌프(110)의 하류에서 기화기(120)로 도입되는 펌핑된 LNG를 저장탱크(미도시) 또는 고압 펌프(110)의 상류로 회수하는 리턴 라인(RL)을 포함하고, 리턴 라인(RL)에는 재순환 밸브(130)가 마련된다.
또한 시스템 운전 영역(100)에는 기화기(120)의 하류에서의 시스템 운전 영역(100)의 압력을 감지하는 제1 압력 감지부(140)와, 제1 압력 감지부(140)에서 감지된 압력 값을 전송받고, 시스템 운전 영역(100)의 세팅 압력에 따라 재순환 밸브(130)의 개도 및 고압 펌프(110)의 속도(rpm)를 제어하여 시스템 운전 영역(100)의 압력을 제어하는 제1 제어부(150)가 마련된다.
공급 운전 영역(200)은, 기화기(120)에서 기화된 LNG를 선박용 엔진(E)으로 공급하기 위하여 공급 라인(SL)과, 공급 라인(SL)에 마련되어 공급 라인(SL)을 개폐하는 메인 가스 밸브(210)가 마련된다.
공급 운전 영역(200)에서의 압력 제어를 위해, 공급 운전 영역(200)은 메인 가스 밸브(210)의 상류에서 공급 라인(SL)으로부터 분기되는 벤트 라인(VL)과, 벤트 라인(VL)에 마련되는 압력 조절 밸브(220)와, 메인 가스 밸브(210)의 하류에서의 공급 운전 영역(200)의 압력을 감지하는 제2 압력 감지부(230)를 포함한다.
제2 압력 감지부(230)에서 감지된 압력 값을 제2 제어부(240)가 전송받고, 공급 운전 영역(200)의 세팅 압력보다 공급 라인(SL) 내의 압력이 높아지면 메인 가스 밸브(210)는 차단되고 기화된 LNG는 벤트 라인(VL)으로 배출함으로써 공급 운전 영역(200)의 압력을 제어하게 된다. 공급 운전 영역(200)에서의 세팅 압력은 선박용 엔진(E)의 부하에 따라 필요한 공급 압력으로 설정되고, 공급 운전 영역(200)에서 이를 넘는 초과 압력이 감지되면 메인 가스 밸브(210)는 차단되고 압력 조절 밸브(220)를 개방하여 초과 압력 분만큼 가스를 벤트 마스트로 배출시켜 압력을 조절하게 된다.
이처럼 제2 제어부(240)에서 공급 운전 영역(200)의 세팅 압력에 따라 메인 가스 밸브(210) 및 압력 조절 밸브(220)의 개폐를 제어함으로써 공급 운전 영역(200)의 압력을 제어하게 된다.
이와 같이 본 실시예의 시스템은 시스템 운전 영역(100)의 세팅 압력을 공급 운전 영역(200)보다 높게 설정해두고, 각각의 영역을 나누어 컨트롤함으로써 엔진의 부하(load)에 따른 가변적인 연료 공급 시스템의 운전이 가능하다.
본 실시예는, 엔진에 직접적으로 연료를 공급하기 이전에 연료가 시스템 운전 영역(100)을 통과하도록 함으로써, 공급 압력의 편차를 줄일 수 있다. 또한, 시스템 운전 영역(100)의 세팅 압력을 공급 운전 영역(200)보다 높게 함으로써, 엔진의 빠른 출력 증가시에도 일종의 여유분이 확보됨으로써 추종 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
시스템 운전 영역(100)의 세팅 압력을 공급 운전 영역(100)보다 얼마나 높게 설정하여 운전할지는, 엔진 및 연료 가스 공급시스템의 설치 위치 등에 따라 실제 commissioning과정을 통하여 결정할 수 있다. 일 예를 들어 MEGI 엔진이 적용되고 공급 운전 영역의 압력이 230 barg인 경우 시스템 운전 영역의 압력은 20 barg 정도 높게 하고, 공급 운전 영역이 300 barg인 경우 5 barg 정도 높게 시스템 운전 영역의 세팅 압력을 설정할 수 있다.
본 실시예의 시스템에서 기화기(120)의 하류에는 제1 차단 밸브(160), 공급 라인(SL)에서 벤트 라인(VL)이 분기되는 지점의 상류에는 제2 차단 밸브(250)가 각각 마련될 수 있다. 이 같은 차단 밸브를 구성하여 각각의 영역을 구분함으로써 각 영역에 세팅 압력을 다르게 하여 제어하는 것이 가능하다.
이와 같은 본 발명에서 연료 공급은 다음과 같이 이루어지게 된다.
선박용 엔진(E)에 대한 연료의 공급은, 1) LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 단계; 2) 펌핑 및 기화된 LNG를 선박용 엔진(E)으로 공급하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이때 본 발명에서는 단계 1)의 공정이 이루어지는 영역, 즉 시스템 운전 영역(100)의 세팅 압력을 단계 2)의 공정이 이루어지는 영역, 즉 공급 운전 영역(200)의 세팅 압력보다 높게 세팅하여 운전하게 된다.
상술한 바와 같이 시스템 운전 영역(100)의 압력은, 펌핑 및 기화된 LNG의 압력 값을 감지하여, 펌프의 속도(rpm)를 제어하거나 펌핑된 LNG를 리턴 라인(RL)을 통해 저장탱크 또는 펌프의 상류로 회수함으로써 제어될 수 있다.
또한 상술한 바와 같이 공급 운전 영역(200)의 압력은, 선박용 엔진(E)으로 도입되는 펌핑 및 기화된 LNG의 압력을 감지하여, 세팅 압력보다 높으면 밸브를 개폐하여 선박용 엔진(E)으로의 도입을 차단하고 기화된 LNG를 공급 라인(SL)에서 분기된 벤트 라인(VL)을 통해 벤트 마스트(vent mast)로 배출하여 제어될 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 (12)

  1. 선박용 엔진에 공급되는 연료의 제어 시스템에 있어서,
    LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 시스템 운전 영역; 및
    상기 시스템 운전 영역에서 펌핑 및 기화된 LNG를 공급받아 상기 선박용 엔진으로 공급하는 공급 운전 영역을 포함하되,
    상기 시스템 운전 영역의 세팅 압력이 상기 공급 운전 영역의 세팅 압력보다 높게 세팅되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 시스템 운전 영역은
    LNG를 펌핑하는 고압 펌프;
    상기 고압 펌프에서 펌핑된 LNG를 기화시키는 기화기; 및
    상기 고압 펌프의 하류에서 상기 기화기로 도입되는 펌핑된 LNG를 저장탱크 또는 상기 고압 펌프의 상류로 회수하는 리턴 라인을 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 시스템 운전 영역은
    상기 리턴 라인에 마련되는 재순환 밸브;
    상기 기화기의 하류에서의 상기 시스템 운전 영역의 압력을 감지하는 제1 압력 감지부; 및
    상기 제1 압력 감지부에서 감지된 압력 값을 전송받고, 상기 시스템 운전 영역의 세팅 압력에 따라 상기 재순환 밸브의 개도 및 상기 고압 펌프의 속도를 제어하여 상기 시스템 운전 영역의 압력을 제어하는 제1 제어부를 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 기화기에서 상기 LNG를 기화시키기 위한 열매체가 순환되는 열매체 순환라인;
    상기 열매체 순환라인에 마련되어 상기 기화기로 도입될 상기 열매체를 펌핑하는 열매체 펌프; 및
    상기 열매체 펌프의 하류에서 상기 열매체를 가열하는 열매체 히터를 더 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 공급 운전 영역은
    상기 기화기에서 기화된 LNG를 상기 선박용 엔진으로 공급하는 공급 라인;
    상기 공급 라인에 마련되는 메인 가스 밸브; 및
    상기 메인 가스 밸브의 상류에서 상기 공급 라인으로부터 분기되는 벤트 라인을 포함하되,
    상기 공급 운전 영역의 세팅 압력보다 상기 공급 라인 내의 압력이 높아지면 상기 메인 가스 밸브는 차단되고 기화된 상기 LNG는 상기 벤트 라인으로 배출되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 공급 운전 영역은
    상기 벤트 라인에 마련되는 압력 조절 밸브;
    상기 메인 가스 밸브의 하류에서의 상기 공급 운전 영역의 압력을 감지하는 제2 압력 감지부; 및
    상기 제2 압력 감지부에서 감지된 압력 값을 전송받고, 상기 공급 운전 영역의 세팅 압력에 따라 상기 메인 가스 밸브 및 압력 조절 밸브의 개폐를 제어하여 상기 공급 운전 영역의 압력을 제어하는 제2 제어부를 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기화기의 하류에 마련되는 제1 차단 밸브; 및
    상기 공급 라인에서 상기 벤트 라인이 분기되는 지점의 상류에 마련되는 제2 차단 밸브를 더 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템.
  8. 선박용 엔진에 공급되는 연료의 제어 방법에 있어서,
    1) LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 단계;
    2) 펌핑 및 기화된 LNG를 상기 선박용 엔진으로 공급하는 단계를 포함하되,
    상기 단계 1)의 공정이 이루어지는 영역의 세팅 압력을 상기 단계 2)의 공정이 이루어지는 영역의 세팅 압력보다 높게 세팅하여 운전하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 단계 1)의 공정이 이루어지는 영역의 압력은, 펌핑 및 기화된 LNG의 압력 값을 감지하여, 상기 펌프의 속도를 제어하거나 펌핑된 LNG를 저장탱크 또는 상기 펌프의 상류로 회수하여 제어되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 단계 2)의 공정이 이루어지는 영역의 압력은, 상기 선박용 엔진으로 도입되는 펌핑 및 기화된 LNG의 압력을 감지하여, 상기 세팅 압력보다 높으면 밸브를 개폐하여 상기 선박용 엔진으로의 도입을 차단하고 기화된 LNG를 상기 단계 2)의 공정이 이루어지는 영역의 외부로 배출하여 제어되는 것을 특징으로 선박용 엔진의 연료 공급 제어 방법.
  11. 선박용 엔진에 공급되는 연료의 제어 시스템에 있어서,
    LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 시스템 운전 영역; 및
    상기 시스템 운전 영역에서 펌핑 및 기화된 LNG를 공급받아 상기 선박용 엔진으로 공급하는 공급 운전 영역을 포함하되,
    상기 시스템 운전 영역과 상기 공급 운전 영역의 압력을 분리하여 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 시스템.
  12. 선박용 엔진에 공급되는 연료의 제어 방법에 있어서,
    1) LNG를 펌프로 펌핑하고 기화시키는 단계;
    2) 펌핑 및 기화된 LNG를 상기 선박용 엔진으로 공급하는 단계를 포함하되,
    상기 단계 1)의 공정이 이루어지는 영역과 상기 단계 2)의 공정이 이루어지는 영역의 압력을 분리하여 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급 제어 방법.
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