KR102608685B1 - 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템이 개시된다. 본 발명의 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템은, 암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서, 선내 주엔진 및 발전엔진을 포함하는 주요 장비의 화재 발생 시 화재 진압을 위해 공급되는 청수를 저장하는 청수탱크; 상기 청수탱크로부터 상기 주요 장비로 연결되는 청수공급라인; 상기 청수공급라인에 마련되어 상기 주요 장비로 청수를 공급하는 청수공급펌프; 및 기관실을 지나는 상기 청수공급라인에 마련되어 화재 발생 시 상기 기관실로 청수를 분무하는 청수 분무장치:를 포함하되, 상기 기관실에서 암모니아 누출 발생 시, 상기 청수 분무장치를 가동시켜 청수를 분무하여 암모니아 확산을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템{Ammonia Leakage Treatment System In Engine Room For Ammonia Fueled Ship}

본 발명은 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기관실에서 암모니아 누출 발생 시, 기관실에 화재 진압을 위해 마련된 청수 분무장치를 가동시켜 청수를 분무하여 암모니아 확산을 방지하는 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템에 관한 것이다.

지구온난화 현상의 심화에 따라 전세계적으로 온실가스 배출을 감축하려는 노력이 이루어지고 있고, 선진국들의 온실가스 감축 의무를 담았던 1997년 교토의정서가 2020년 만료됨에 따라, 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔기후변화협약에서 채택되고 2016년 11월 발효된 파리기후변화협약(Paris Climate Change Accord)에 의해 협정에 참여한 195개 당사국들은 온실가스 감축을 목표로 다양한 노력을 기울이고 있다.

이러한 세계적인 추세와 함께 화석연료와 원자력을 대체할 수 있는 무공해에너지로서 풍력, 태양광, 태양열, 바이오에너지, 조력, 지열 등과 같은 재생가능에너지(또는 재생에너지)에 대한 관심이 높아지고 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다.

액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소 시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다. 그에 따라 근래 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.

액화석유가스는 조성에 따라 액화 온도의 차이는 있으나 프로판을 주성분으로 하는 석유가스의 경우 상압 약 -42℃의 저온에서 액화되고, 18 bar에서는 약 45℃의 온도까지, 7 bar에서는 20℃까지 액체 상태로 저장가능하다.

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.

LNG나 LPG는 기존에 선박 연료로 사용되던 다른 화석 연료에 비해 친환경 연료로 평가받지만 연소 시 여전히 이산화탄소가 발생하며, 이를 연료로 사용하는 선박에서는 여전히 운항 중 이산화탄소를 배출하게 된다.

선박의 항로, 교통규칙, 항만시설 등을 국제적으로 통일하기 위해 설치된 유엔 전문기구인 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구) 역시 온실가스에 대해 08년과 대비하여 2050년 50% 저감, 2100년 100% 저감(GHG Zero Emission)을 목표로 제시하고, 그에 따라 각 국가 및 지역의 규제가 강화될 것으로 예상된다.

IMO가 신조 선박에 적용하는 강제성 있는 이산화탄소 저감 규정인 EEDI(Energy Efficiency Design Index, 에너지효율설계지수)에 따르면, 초기 EEDI 발표에서는 2013 내지 2015년의 이산화탄소 배출량을 기준으로 2015년 이산화탄소 배출량을 10% 저감하는 EEDI Phase 1이 적용되고, 5년 마다 1 단계씩 강화·적용하여 2025년 Phase 3를 적용하도록 예정되어 있었으나, LPG 운반선에 대해서는 EEDI Phase 2 적용 후 2년만인 2022년부터 EEDI Phase 3를 조기 적용하도록 하고 있다. 이와 같이 이산화탄소 배출에 대한 규제가 급격히 강화되고 있으며, 15,000 DWT 이상인 LPG 운반선의 경우 향후 Phase 4 (이산화탄소 배출량 40% 저감) 이상의 기준이 적용되면 현재의 LPG를 연료로 사용하는 LPGC로는 이산화탄소 배출 규정 달성이 어려울 수 있다.

그에 따라 이산화탄소 배출을 줄일 수 있는 친환경 선박 연료에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있고, 최근에는 LNG나 LPG 등의 연료와 함께 암모니아를 연료로 사용할 수 있는 선박 엔진에 관한 기술이 개발되고 있다.

암모니아(NH₃)는 1개의 질소에 3개의 수소가 결합된 물질로, 분자 사이에 강한 수소 결합을 형성할 수 있어 액화가 용이하며, 상압에서 끓는점 -33.34℃, 녹는점 -77.73℃이다.

이러한 암모니아는 LNG보다 저장이 용이하면서, 기존 HFO와 비교해 SPECIFIC ENERGY와 ENERGY DENSITY에서는 조금 떨어지지만 이산화탄소가 전혀 배출되지 않아 국제적인 온실가스 배출기준의 강화 추세에 대응할 수 있는 친환경 선박 연료로 주목받고 있다.

그런데 선박에서 선원이 머무는 기관실에는 연료공급 관련 배관이 지나는데, 암모니아는 유독성 물질로 기관실에서 암모니아 누출 발생 시 선원 건강에 악영향을 줄 수 있다.

본 발명은 선박 엔진의 연료로 암모니아를 채택하면서 안전 구역(safe space)인 기관실에서 암모니아 누출 발생이 발생하더라도 신속하게 처리하여 선원 안전을 확보할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.

암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서,

선내 주엔진 및 발전엔진을 포함하는 주요 장비의 화재 발생 시 화재 진압을 위해 공급되는 청수를 저장하는 청수탱크;

상기 청수탱크로부터 상기 주요 장비로 연결되는 청수공급라인;

상기 청수공급라인에 마련되어 상기 주요 장비로 청수를 공급하는 청수공급펌프; 및

기관실을 지나는 상기 청수공급라인에 마련되어 화재 발생 시 상기 기관실로 청수를 분무하는 청수 분무장치:를 포함하되,

상기 기관실에서 암모니아 누출 발생 시, 상기 청수 분무장치를 가동시켜 청수를 분무하여 암모니아 확산을 방지하는 것을 특징으로 하는 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 기관실의 환기를 위해 마련되는 기관실 팬:을 더 포함하며, 암모니아 누출 발생 시 상기 기관실 팬을 가동하여 기관실을 환기할 수 있다.

바람직하게는, 선내 화재를 감지하는 화재감지시스템; 상기 화재감지시스템에서 화재 감지 시 상기 청수공급펌프를 가동시키는 펌프 스타터 패널; 및 선내 소방관제부에 마련되며 상기 펌프 스타터 패널과 연계되어 화재 발생 시 상기 청수 분무장치를 제어하는 워터미스트 컨트롤러:를 더 포함하고, 기관실 내 암모니아 누출 발생 시, 상기 펌프 스타터 패널에서 상기 청수공급펌프를 가동하고 상기 워터미스트 컨트롤러에서 상기 청수 분무장치를 가동하여 기관실에 청수를 분무할 수 있다.

바람직하게는, 상기 기관실에서의 암모니아 누출을 감지하는 암모니아 누출 감지기:를 더 포함하며, 상기 암모니아 누출 감지기를 통해 기관실 내 암모니아 누출을 모니터링하면서, 누출 감지 시 상기 기관실 팬 및 청수 분무장치를 가동시켜 기관실 내 암모니아 확산을 방지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 청수공급펌프는 상기 청수공급라인에 연결되는 청수탱크의 흡입구 높이보다 낮거나 같은 높이에 배치될 수 있다.

본 발명에서는 선박용 엔진의 연료로 친환경 연료인 암모니아를 공급하여 선박 운항 시 온실가스 배출량을 감축하고 국제협약이 정하는 규제기준을 충족하도록 한다.

특히 안전구역인 기관실에서 암모니아 누출 발생 시 이를 신속하고 안전하게 처리하여 선원 안전을 확보하고, 장비와 선체의 부식 위험을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템을 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.

이하 본 발명에서의 선박은 암모니아를 선내 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되는 모든 종류의 선박을 가리키며, 대표적으로 LPG 운반선(LNG Carrier), LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, 액체수소운반선, 암모니아운반선, 컨테이너운반선, 원유운반선, 광물이나 곡물 등의 벌크운반선, Ro-Ro(Roll on/Roll off) 선 등과 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 풍력운반선 및 풍력설치선 등의 해상 구조물도 포함될 수 있다.

엔진의 연료로 암모니아를 공급받는 엔진이라 함은 LNG, LPG, HFO, Diesel Oil 등의 다른 선박용 연료와 함께 연료로 공급받는 것과 암모니아를 단독으로 연료로 공급받는 것을 포함하는 의미이고, 선박의 추진용 엔진 및 발전용 엔진을 모두 포함한다.

암모니아를 연료로 공급받는 엔진이 마련된 선박에서 암모니아는 연료공급부를 거쳐 고압 액체 상태로 엔진에 공급되고, 엔진에서 소비되지 않은 연료는 엔진 상류로 회수되어 재순환될 수 있다.

이를 위해 연료로 공급될 암모니아가 저장된 연료탱크(미도시)로부터 엔진으로 연료공급라인이 연결되고, 엔진으로부터 다시 엔진 상류로 암모니아를 재순환시키는 연료리턴라인이 마련된다.

이러한 연료공급라인과 연료리턴라인 일부는 기관실, 즉 엔진 룸을 일부 통과하여 배치되는데, 연료공급라인 및 연료리턴라인이 엔진 룸의 안전 구역을 통과할 때 암모니아 누출 시 위험 방지를 위해 이중관(double wall pipe)으로 마련된다.

그러나 암모니아 가스는 냄새와 독성이 있어 인체에 치명적인 악영향을 줄 수 있고 선체를 부식시킬 수 있으므로, 선원이 머무르는 안전 구역인 기관실에는 암모니아 누출이 발생하더라도 신속하게 처리하여 선원들의 안전을 확실하게 확보할 수 있는 추가 방안이 필요하다.

본 실시예는 이를 위해 기관실에서의 화재 발생에 대비하여 마련된 설비들을 이용하여 기관실 내 암모니아 누출에 대응할 수 있도록 시스템을 구성하였다.

도 1에는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예 시스템은, 암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서, 선내 주엔진(ME) 및 발전엔진(GE)을 포함하는 주요 장비의 화재 발생 시 화재 진압을 위해 공급되는 청수를 저장하는 청수탱크(WT)와, 청수탱크로부터 상기 주요 장비로 연결되는 청수공급라인(WSL), 청수공급라인에 마련되어 주요 장비로 청수를 공급하는 청수공급펌프(100), 기관실을 지나는 상기 청수공급라인에 마련되어 화재 발생 시 기관실로 청수를 분무하는 청수 분무장치(200)를 포함한다.

청수탱크(WT)는 선박의 제2 데크(2nd Deck)에 복수로 마련될 수 있고, 청수공급펌프(100)는 청수공급라인에 연결되는 청수탱크의 흡입구(suction) 높이보다 낮거나 같은 높이에 배치되어 고정형으로 마련될 수 있다.

이러한 장비는 화재 발생 시 주엔진(ME), 발전엔진(GE), 보일러(B) 등 주요 장비로 화재 진압을 위한 청수(fresh water)를 공급하기 위한 것으로, 청수공급라인(WSL)은 각 주요 장비로 청수를 공급할 수 있도록 단부에서 각 장비로 분기된다(DL).

선박에는 또한, 선내 화재를 감지하는 화재감지시스템(FDS)과, 화재감지시스템에서 화재 감지 시 청수공급펌프를 가동시키는 펌프 스타터 패널(PSP)이 마련되며, 선내 소방관제부에 상기 펌프 스타터 패널과 연계되어 화재 발생 시 청수 분무장치를 제어하는 워터미스트 컨트롤러(MC)가 마련된다.

펌프 스타터 패널은 조타실의 Repeat Panel(RP)과 연계되며, 엔진컨트롤룸의 알람모니터링시스템(AMS)과도 연계되어 가동된다.

본 실시예 시스템은 기관실에서 암모니아 누출 발생 시, 청수 분무장치(200)를 가동시켜 친수성인 암모니아에 청수를 분무하여 암모니아 확산을 방지할 수 있도록 한다.

기관실의 환기를 위해 기관실 팬(미도시)이 마련되는데, 암모니아 누출 발생 시 기관실 팬도 가동하여 기관실을 환기할 수 있다.

기관실에는 기관실 내 암모니아 누출을 감지하는 암모니아 누출 감지기(미도시)가 마련되고, 암모니아 누출 감지기를 통해 기관실 내 암모니아 누출을 모니터링하면서, 누출이 감지되면 기관실 팬 및 청수 분무장치(200)를 가동시켜 기관실 내 암모니아 확산을 방지할 수 있다.

보다 구체적으로는 감지기를 통해 기관실 내 암모니아 누출 발생이 감지되면, 펌프 스타터 패널(PSP)에서 청수공급펌프(100)를 가동하고 워터미스트 컨트롤러에서 청수 분무장치(200)를 가동하여 기관실에 청수를 분무할 수 있다. 청수 분무장치(200)는 기관실 내에 복수로 마련될 수 있고, 암모니아 누출 감지기 역시 복수로 마련될 수 있다.

청수 분무장치에 의해 분사된 청수는 암모니아 가스를 중화시키면서 암모니아수를 생성한다. 생성된 암모니아수는 탱크로 회수하여 따로 처리할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예는 친환경 연료인 암모니아를 공급하여 선박 운항 시 온실가스 배출량을 감축하면서, 기관실에서의 암모니아 누출 시, 주요 장비에서의 화재 발생에 대비하여 마련된 청수공급펌프와 청수 분사장치를 활용하여 신속하고 안전하게 암모니아 누출 가스를 중화하여 선원 안전을 확보하고, 선체 및 기관실 내 장비 부식 위험을 방지할 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 자에게 있어서 자명한 것이다.

ME: 주엔진
GE: 발전엔진
WT: 청수탱크
WSL: 청수공급라인
100: 청수공급펌프
200: 청수 분무장치

Claims (5)

1. 암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서,
   선내 주엔진 및 발전엔진을 포함하는 주요 장비의 화재 발생 시 화재 진압을 위해 공급되는 청수를 저장하는 청수탱크;
   상기 청수탱크로부터 상기 주요 장비로 연결되는 청수공급라인;
   상기 청수공급라인에 마련되어 상기 주요 장비로 청수를 공급하는 청수공급펌프;
   기관실을 지나는 상기 청수공급라인에 마련되어 화재 발생 시 상기 기관실로 청수를 분무하는 청수 분무장치;
   선내 화재를 감지하는 화재감지시스템;
   상기 화재감지시스템에서 화재 감지 시 상기 청수공급펌프를 가동시키는 펌프 스타터 패널; 및
   선내 소방관제부에 마련되며 상기 펌프 스타터 패널과 연계되어 화재 발생 시 상기 청수 분무장치를 제어하는 워터미스트 컨트롤러:를 포함하되,
   상기 기관실에서 암모니아 누출 발생 시, 상기 펌프 스타터 패널에서 상기 청수공급펌프를 가동하고 상기 워터미스트 컨트롤러에서 상기 청수 분무장치를 가동하여 기관실에 청수를 분무하여 암모니아 확산을 방지하는 것을 특징으로 하는 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 기관실의 환기를 위해 마련되는 기관실 팬:을 더 포함하며,
   암모니아 누출 발생 시 상기 기관실 팬을 가동하여 기관실을 환기하는 것을 특징으로 하는 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템.
3. 제 2항에 있어서.
   상기 기관실에서의 암모니아 누출을 감지하는 암모니아 누출 감지기:를 더 포함하며,
   상기 암모니아 누출 감지기를 통해 기관실 내 암모니아 누출을 모니터링하면서, 누출 감지 시 상기 기관실 팬 및 청수 분무장치를 가동시켜 기관실 내 암모니아 확산을 방지하는 것을 특징으로 하는 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 청수공급펌프는 상기 청수공급라인에 연결되는 청수탱크의 흡입구 높이보다 낮거나 같은 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 암모니아 추진 선박의 기관실 누출 암모니아 처리 시스템.
5. 삭제

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