선박용 디젤기관의 재킷 냉각 청수 시스템의 성능 비교에 관한 연구

Abstract

과거에는 불황이 지속되고 운송 운임이 하락해도 선주사들은 많은 선박을 확보하여 운송에 투입해서 이익을 기대하는 생존 전략으로 인해 선박의 발주가 멈추지 않았다. 또한, “보다 많이, 보다 큰, 보다 빠르게”라는 모토는 선박 공급 과잉으로 인한 악순환을 초래하였고 오늘날 조선 경기의 위축으로 변질되어 선사간의 경쟁 및 동맹, 운임 전쟁 등의 양상을 띄게 되었다. 특히 선사간의 경쟁은 고효율 신조선박으로부터 이익을 기대하는 해운 불황기의 새로운 전략으로 떠오르게 되었으며 선박 공급 과잉으로 인한 악순환은 지속되었다.

2008년 금융위기로 인하여 세계 경제가 어려워지면서 국제 유가 상승과 물동량이 감소하였으며, 대다수의 대형 선사들은 차선책으로 대형선박 발주, 항로변경 및 운항방식 등을 개선하여 적자를 줄였다. 특히, 저속 운항방식은 눈에 띄는 연료비 절감으로 많은 선주사로부터 호응을 얻었으나 예상치 못한 문제점을 맞이하게 되면서 난관에 부딪히게 되었다. 당시 운항하던 대다수 선박의 엔진은 저속 운전보다 더 높은 부하에 최적화 되었음으로 지속적인 저속운전은 실린더 라이너의 온도를 낮게 유지하고 공급되는 공기의 습도가 고부하 대비 높아지는 등의 복합적인 문제로 저온 부식(cold corrosion)이 발생되었다.

이 문제점에 대응하고자 여러 가지 방법들이 엔진업체들로부터 개발되었으며, 저속 2행정 디젤엔진의 선두주자인 MAN Diesel & Turbo(이하 MDT)에서는 S60ME-C8.2 및 S65ME-C8.2, S70ME-C8.2 엔진에 기본적으로 적용되는 JBB(Jacket Bypass Basic)시스템과, Mark 9.2 S형 엔진과 G형 엔진에 기본적으로 적용되는 LDCL(Load Dependent Cylinder Liner)시스템을 개발하여 사용 하였으며, 1)Wartsila에서는 완충(buffer)시스템을 개발하여 상용화 하였다.

저온부식에 대응하기 위해서 개발된 LDCL, JBB, 완충 시스템 등의 주된 공통점은 재킷 냉각 청수 시스템의 온도를 높이고 더불어 압력을 높임으로써 저부하 운전에 발생되는 저온부식을 방지하는 것이다. 즉 고속 운전에 최적화된 주기관 냉각수 시스템을 장기간 저속 운전하면 과다한 냉각수 유량으로 인해 냉각수의 온도가 상승하지 않고 오히려 낮아지게 된다. 이러한 냉각수 온도 저하를 방지하기 위해서 냉각수 열원의 사용 제한 및 추가적인 방법에 의해서 냉각수의 온도와 압력을 높여야 한다.

그럼으로, 엔진의 부하가 낮을 경우 기존에 설치되는 재킷 냉각수 냉각기의 사용 빈도는 줄어들고 조수기의 사용은 제한되고 있음으로 재킷 냉각수 냉각기의 필요성에 대해 재검토할 필요가 있다.

본 논문에서는 재킷 냉각수 냉각기가 저속 2행정 디젤기관의 추진 성능에 어떠한 역할을 하는지 알아보기 위하여, 파나막스급(Panmax) 산적화물선(bulk carrier)인 82k와 케이프급(Cape) 산적화물선 180k 선박들을 대상으로 주기관 재킷 냉각수 냉각기를 설치 및 미설치하여 주기관 청수 냉각 시스템의 성능 결

과를 검토 및 비교 분석 하였다.