LNGC 이중연료기관 가스연료 메탄가 향상을 위한 공정 해석 및 연료가스 가열온도 변화에 대한 연구

Abstract

국제해사기구(IMO)의 선박기인 대기오염 물질에 대한 규제가 강화되면서, 액화천연가스(LNG)를 선박의 연료로 사용하는 것이 대두되고 있다. LNG를 연료로 사용할 경우 중유를 연료로 사용하는 경우보다 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 발생량을 현저히 줄일 수 있기 때문이다. 따라서 액화천연가스운반선(LNGC)을 비롯한 다양선 선종의 선박들이 LNG를 연료로 사용하는 LNG 추진선박으로 건조되고 있다. LNG 추진 선박의 경우 이중연료기관과 연료가스공급시스템이 필요하다. 이중연료기관은 가스연료의 분사방식에 따라 디젤사이클을 적용한 고압이중연료기관과 오토사이클을 적용한 저압이중연료기관으로 나누어진다. 오토사이클을 적용한 저압이중연료기관의 경우 기관의 안정적인 운전을 위해 메탄가(MN; Methane Number)가 고려되어야 한다. 메탄가는 가스연료의 항노크성을 나타내는 수치이다. LNG의 경우 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등 여러 탄화수소 성분들이 섞여있으며, 메탄의 성분비가 증가할수록 메탄가가 높아진다. 이중연료기관 제조사는 기관의 노크를 방지하기 위해 일정수치 이상의 메탄가를 요구한다. LNGC의 경우 화물이 곧 연료이며, LNG 화물의 산지에 따라 메탄가가 다르다. 이중연료기관 제조사에서 요구하는 수치보다 메탄가가 낮은 산지의 LNG를 이송하는 경우 오토사이클을 적용한 이중연료기관에 이상연소가 발생할 수 있기 때문에 메탄가를 향상시킬 수 있는 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 이중연료기관을 탑재한 LNGC의 연료가스공급시스템을 공정 해석하여 안정적인 연료가스 공급여부를 분석하고, 메탄가 향상을 위한 중질탄화수소 분리시스템을 구성하여 시뮬레이션을 수행하였다. 연료의 가열온도에 따른 메탄가 및 유량의 변화를 고찰하는 연구를 수행하여 메탄가를 만족하고 펌프의 가장 효율적인 운전을 위한 최적의 연료 가열온도를 도출하였다.