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경인 탁
6 years ago
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1 2007 년도한국해양과학기술협의회공동학술대회 선박연료유유종변경시스템구축에따른기관운전상태평가에관한연구 정해종 *, 권기생, 김용복 ( 한국해양수산연수원 ), 조인천 (( 주 ) 남북수산 ) A study on evaluation of vessel engine's operational condition following by installing fuel oil change system H. J. Jeong, K. S. Kwon, Y. B. Kim(KIMFT), I. C. Jo(NAMBUK FISHERIES CO., LTD.) ABSTRACT An Alaska Pollack fishing has become less competitive caused by shortening fishery work because of reduced quarter quantity in north pacific sea and continuously increasing international oil price that made oil be bigger portion of the cost. Therefore, M.V Nam Buk Ho has installed Mixing Clean Heater to change the type of fuel into low quality low price fuel "bunker A or MF 30 class" oil from the high price and good quality marine gas oil or marine diesel oil that has been used at main engine so far. This study it established a system and evaluates fuel oil changing system of the vessel conducting fishing work in a severely cold sea, estimates the ship's engine operation and suggests problems and solutions. As a result, the Cylinder liner, Cylinder Cover, Piston, Connecting Rod, Crank Pin & Bearing etc maintained a normal conditions according to KR CMS engine result after changing fuel oil from marine diesel oil to MF 30 with mixing Clean Heater for 6 months and the vessel has generated substantial economical benefits by using about 1,200 tons of MF30 instead of marine diesel oil, without any abnormal condition. Key Words : 쿼터량 (Quota quantity), 주기관 (Main Engine), M.G.O(Marine Gas Oil), M.D.O(Marine Diesel Oil), MF 30 혼합유 (Marine Fuel 30 Mixed Oil), 연료유미립가열교반기 (Mixing Clean Heater), KR(korean Register of Shipping), 기관계속검사 (CMS; Continuous Machinery Survey) 1. 서론 본선박은 34 년째북태평양러시아해역에서조업하는 5,549 톤급의트롤어선으로 7 년전에는 1 년중약

10개월동안조업을하였으나, 2002년부터쿼터량감소로인한조업단축으로인한어획부진요인과최근지속적인국제유가상승으로출어비용중연료비가차지하는비중이계속증가되어명태어업의채산성을약화시키는주요한요인이되고있다. 이러한여건에서본선의연료비절감을위하여지금까지주기관과발전기관의연료유로사용하고있던가격이비싼 M.G.O(Marine Gas Oil) 또는 M.D.

2 10개월동안조업을하였으나, 2002년부터쿼터량감소로인한조업단축으로인한어획부진요인과최근지속적인국제유가상승으로출어비용중연료비가차지하는비중이계속증가되어명태어업의채산성을약화시키는주요한요인이되고있다. 이러한여건에서본선의연료비절감을위하여지금까지주기관과발전기관의연료유로사용하고있던가격이비싼 M.G.O(Marine Gas Oil) 또는 M.D.O(Marine Diesel Oil)) 를가격이싼 Bunker A 또는 MF 30 혼합유로유종을변경을검토하게되었다. 따라서산업자원부와해양수산부에서범정부차원에서에너지절약정책으로추진하고있는연료유미립가열교반기 (Mixing Clean Heater) 를도입하여 1) 사용함으로써국가선박인해양수산연수원실습선인한반도호에서연료유의유종변경으로막대한연료비절감을하고있다는것을확인하고, 본선에서도주기관과발전기에사용하던 M.G.O 또는 M.D.O를가격이저렴한 MF 30으로유종변경을하는경우에는 6개월간약 3억원이상의부가가치를창출할수있다고판단하여연료유미립가열교반기 (Mixing Clean Heater) 를설치하게되었다. 본연구에서는이러한혹한지역에서조업하는선박의경우에대한유종변경을위한시스템구축과그에따른선박의주기관의운전상태를조사 평가하고, 아울러문제점을도출하여개선방안을제시하고자한다. 2. 남북호의제원및연료유종변경을위한시스템의구축 2.1 남북호의제원 2)~4) 1) 선명 : 남북호 (NAM BUK HO) 2) 선종 : 트롤어선 3) 선적항 : 부산 4) 총톤수 : 5,549 Gross Tons 5) 주기관 : Maker; KOBE HATSUDOKI CO., LTD. 9MET, 45/75c, 5700PS, 230RPM 발전기 : Maker; YANMAR 6GL x 1,100PS x 3set 6) 조업구역 : 북태평양 Fig. 1 M.V NamBuk(5,549 G/T) 2.2 연료유종변경을위한시스템의구축 본연구에서는기존선박용주기관인디젤기관에연료유로사용하던 Marine Gas Oil(M.G.O) 또는 Marine Diesel Oil(M.D.O) 를값이저렴한중유혼합유인 MF 30급의유종으로변경하여운전하기위하여전

3 처리장치인 M.C.H 를설치한연료유공급계통의시스템변경개략도와구성요소는 Fig. 2 와같다. Fig. 2 Fuel oil piping diagram

3 Mixing clean heater system 2) 침전탱크 (Settling tank) 의신설중 저질연료중에는일정량 ( 통상 1% 이하 ) 의수분이잔존하고있어이들수분을제거해주어야한다. 본선에서는 Fig. 4에서보는것과같은수분침전탱크를설치하였다.

4 1) 연료유미립교반가열기 (Mixing Clean Heater) 의설치본선은연료유의전처리를위하여현재개발된여러가지의전처리장치및조연제등을조사하였다. 이들중산업자원부에서신기술로인증받고, 해양수산부에서정책적으로추진하고있고, 에너지절감형연료유미립교반가열기 (Mixing Clean Heater, Type 100LB) 가이미설치한선박의연료유절감효과를고려하여 2006년 7월 15일본선에설치하였다. Fig. 3 Mixing clean heater system 2) 침전탱크 (Settling tank) 의신설중 저질연료중에는일정량 ( 통상 1% 이하 ) 의수분이잔존하고있어이들수분을제거해주어야한다. 본선에서는 Fig. 4에서보는것과같은수분침전탱크를설치하였다. 침전탱크의제원은다음과같다. - 높이 : 1,200mm - 직경 : 300mm - 용량 : 60l - 드레인배출주기 : 1~2회 /1시간( 주기관운전중평균드레인배출주기 ) Fig. 4 Settling tank with pump system 3) 필터의설치 연료중혼합안정성과열안정성의문제또는본래연료중의불순물을제거하기위하여연료유미립교반가열기전 후의위치에 1차 100Mesh와 2차 320Mesh 필터를설치하였다.

5 Fig. 5 Duplex filter system 4) 온도상승을위한보온장치의신설 M.G.O 또는 M.D.O는겨울철에도가열할필요가없었으나 MF 30급이하의연료유인경우는필수적으로가열하여야한다. 특히 M.C.H에서일정온도이상으로가열된경우도기관실의온도가저하된경우에는연료가압펌프 (Booster pump) 까지온도저하가심하므로온도저하를방지하기위한보온 (Lagging) 이필수적이어서 M.C.H에서주기관또는발전기까지보온조치를하여연료유공급온도의저하를방지하고자하였다. 3. 유종변경전 후의기관운전상태 본선박의유종변경전 후주기관의운전조건에관한특성은 Table 1 과같고 5), 다음과같이분석 고찰하 였다. 1) 유종변경전의운전상태주조업지가북태평양이고, 조업시겨울철대기온도는혹한시 -15 에서 -20 정도로낮았으며, 해수의온도도 5 이하로연료의질이좋은 M.G.O 또는 M.D.O를통상사용해왔다. 부산에서북태평양러시아해역으로항해중 2006년 1월 1일 12시부터 1월 2일 12시까지 24시간동안의주기관의운전에관한특성은 Table 1과같으며, 운전조건은조업해역으로항해중이었다. 사용한연료유는 Marine Diesel Oil이었으며, 항해중주기관의회전수는 175 RPM 이었고, Load Index는 40, Governor position은 5.4이며, 기관실의온도는 20, 해수온도는 3.5 로매우추운날씨가계속되었다. 운전중배기가스온도는 2번실린더의평균온도가 310 로최고온도이었고, 8, 9번실린더의평균온도가 220 로최저온도이었으며, 평균배기가스온도는 이였다. 과급기 (Turbo charger) 의입 출구온도는 1호기과급기의경우 395/295, 2호기과급기의경우 370/275 이고, 3호기과급기의경우는 385/290 이였다. 2) 유종변경후운전상태조업을완료후러시아해역에서부산으로항해중 2006년 12월 22일 12시에서 23일 12시까지 24시간동안항해를하면서사용한연료는 MF 30 혼합유을사용하였다. 항해중주기관의회전수는연료변경전과동일한 175RPM 이었고, Load Index는 39이며, Governor position은 5.4로수치상으로는유종변경전 후의운전조건은비슷한상태이며, 기관실의온도는 23, 해수온도는 2.7 로 Table 1과같다. 운전중배기가스의평균온도는 1, 8번실린더가 233 로서최저온도를기록하였고, 2번실린더의평균온도는 297 로최고온도를나타내었다. 주기관의평균배기가스온도는 로유종변경전 보다약 10.8 가상승하였다. 그리고각실린더의평균배기가스의연료유유종변경전 후대비표는 Fig. 6과

6 같다. 또한 Table 1과같이과급기 (Turbo charger) 의입 출구온도는 1호기과급기에서의온도는 420/310 로유종변경전인 395/295 보다입 출구온도가 25 /15 상승하였으며, 2호기과급기에서온도는 380/285 로유종변경전인 370/275 보다입 출구온도가 10 /5 상승하였으며, 3호기과급기에서온도는 395/300 로유종변경전인 385/290 보다입 출구온도가각각 10 상승하였다. Table 1. 연료유유종변경전 후주기관의운전상태대비표 유종변경전의 Abstract of chief engineer log book 유종변경후의 Abstract of chief engineer log book on Jan. 1~ (Voy ) for Main engine on Dec. 22~ (Voy ) for Main engine Hour 20:00 Hour 20:00 RPM 175 RPM 175 Load Ind 40 Load Ind 39 Gov.Ind 5.4 Gov.Ind 5.4 E/R Temp 20 E/R Temp 23 S.W Temp 3.5 S.W Temp 2.7 Jacket C.W Out Exhaust Gas Temp' Jacket C.W Out Exhaust Gas Temp' Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Cyl Average Average Turbo charger In/Out Temp Turbo charger In/Out Temp No.1 395/295 No.1 420/310 No.2 370/275 No.2 380/285 No.3 385/290 No.3 395/300 F.O cons. for 24Hrs about 16.1 kl F.O cons. for 24Hrs about 12.3 kl Fig. 6 C ˆ š G ˆ ŒG G Exhaust Gas Temp'[ ]

33kgf/ cm2의압력을유지한상태에서최고폭발압력과배기가스등을촬취한결과는 Fig. 8과같다. Fig. 8 P_max data base with Marine MF 30 fuel oil (3) 상기연료유유종변경전 후의상태를비교하면동일한회전수에서부하변화는 35에서 36.5로 1.

7 3) 연료유유종변경전 후의부하특성 (1) 유종변경전부하특성본선박에서사용중인 M.D.O로정상적으로운전시회전수 145RPM, Load 35, 소기압력은 0.35kgf/ cm2을유지한생태에서최고폭발압력과배기가스등을촬취한결과는 Fig. 7과같다. Fig. 7 P_max data base with Marine Diesel Oil (2) 본선에서유종을 M.D.O에서 MF 30으로변경후정상조업 (Trawling) 중주기관의회전수를 145RPM 으로조정한상태에서 Load는 36.5, 소기압력은 0.33kgf/ cm2의압력을유지한상태에서최고폭발압력과배기가스등을촬취한결과는 Fig. 8과같다. Fig. 8 P_max data base with Marine MF 30 fuel oil (3) 상기연료유유종변경전 후의상태를비교하면동일한회전수에서부하변화는 35에서 36.5로 1.5가증가되었고, 각실린더연료펌프랙포지션 (Rack position) 의평균치는 36.11에서 36.00으로약 0.11정도감소하였다. 그리고유종변경전 후의각실린더의최고폭발압력 (p_max) 을비교하면 Fig. 9와같이 MF 30으로유종변경후가다소높게나타나며, 각실린더의최고폭발압력 (p_max) 평균치는약 60.44kgf/ cm2에서약 61.33kgf/ cm2으로약 0.91kgf/ cm2증가하였다.

8 전체적으로 M.D.O보다저질유인 MF 30을사용한결과연료소모량은줄어들고, 출력은약간높아지며이에따라각실린더배기가스및과급기전후의온도는상승하였다. 4. 유종변경시스템구축에따른기관운전상태평가 4.1 설치운전중문제점과해결방법 1) 연료유계통 (1) 문제점 : 저질연료사용으로인한적정점도의유지가문제되었다. (2) 해결점 : 연료유파이프라인을보온재로 Lagging하여온도저하를최대한방지하였다. 2) 연료펌프의고착 (1) 문제점 : 온도저하로인하여연료유펌프 (F.O pump) 가고착되었다. 현재에도주의를하지않으면동일한현상이발생할우려가있다 (2) 해결점 : 계속 M.C.H를운전하여연료를순환시켜연료계통파이프라인의연료가급속히온도저하를방지하였다. 3) 연료유중에함유된수분의제거 (1) 문제점 : MF 30에는수분이최대 1% 정도함수되어있어서수분함유로인한부식또는폄프의고착등문제가발생한다. (2) 해결점 : 수분을제거하기위하여원통형침전탱크 (Cylinder type settling tank) 를특수제작하여사용하였다. 4.2 유종변경으로인한장 단점 1) Sludge 발생량감소 본선은용량이큰연료유청정기 (F.O purifier(alfa-laval) 가설치되어있으며, 형식은

9 FMAPX309-BGV-10-70) 이며, 청정기에서충분히 Sludge와수분을분리한후 Service tank 1차 Strainer F.O heater 2차 Strainer Booster Pump Mixing Cleaner heater 3차 Strainer(320mesh) 를통해서 M/E에공급되므로 Sludge로인해서 nozzle의막힘또는 Blow-by, 오염등은문제될것이없을것으로판단된다. 또한 Sludge의과다발생은원료유를공급받은 tank에따라상이하였다. 2) Filter의눈막힘본선에신설한필터에서연료유미립교반가열기 (M.C.H) 를운전하지않았을경우에는 2차필터의오손의눈막힘이매우심각한수준이었으나 M.C.H를운전한후필터의눈막힘은현저히줄어들어원만한운전을할수있었다. 1, 2차 Strainer에서는 M.D.O 사용시보다약 20~30% 정도많이막혔으나 M.C.H 후방의 3차 Strainer에서는 Filter의상태가양호하였다. M.C.H를사용하지않았을경우에는 3차필터의눈막힘과슬러지발생이과다하게나타났다. 3) Strainer의소제주기 M.D.O 사용시는 3~4일에 Filter의막힘과관계없이정비 Schedule 차원에서주기적으로소제하였으나 MF 30을사용하고부터는 2일에 1회청소하여주는데 M.C.H 전방의 1,2차 Strainer는 M.D.O 사용시대비약 20~30% 정도 Filter의눈막힘현상이발생하였다. 4) 실린더라이너및피스톤과실린더헤드등본선의유종변경은 2006년 7월 15일 Mixing Clean Heater를설치하여 2006년 7월 19일출항후 2006년 12월 27일부산항에입항하였으며, 유종변경을위하여전처리장치인연료유미립교반가열기를약 6개월동안사용하였으며, 북태평양조업과정에서운반선으로전제작업중 (Main Engine Stop) Cylinder liner, Piston 그리고 Piston ring 등을관찰하였으나이상이없었으며, 2007월 3월 13일주기관과발전기에대한 KR의기관계속검사 (Continuous Machinery Survey) 결과로도아무런문제점이없는것으로나타났다. 연료 Pump 고착, Injector의 Carbon Flower 현상, 흡 배기밸브관련운전결과는다음과같다. (1) Plunger 및 barrel의고착 -> 없었음. (2) Injector Carbon Flower -> 유종변경전 (M.D.O 연소시와동일함 ) (3) 배기밸브의카본 -> M.D.O 사용시보다는다소많았음. (4) Main Bearing 또는 Crank Pin Bearing의상태 -> KR의기관계속검사 (Continuous Machinery Survey) 결과는이상없음으로나타남. 5) Turbo-charger 계통의문제점조업중북태평양에서피항시 Turbo-charge를개방 검사하였으나 M.D.O 사용시때와크게다른점을발견하지못했으며, Carbon 형성도정상으로깨끗함을발견함. 6) Blow-by 현상 Mixing Clean Heater를설치한후등급이낮은 MF 30을사용하였으나 Blow-by 현상때문에문제된점이없는것으로조사됨. 4.3 향후해결및보완사항 1) 시동 (Engine starting) 본선의특성상 ( 어선 ) M/E을수시로 Full Speed에서 Dead Slow까지 RPM을변동시켜야하고 Stop/Start 를자주반복해야되는데상선과는달리시간을정하여 Bunker Change를할수없고, MF 30 사용중 Main engine을갑작스럽게 Stop 한후재 Starting시시동이쉽게되지않았으므로이와같은문제는 Bosch Pump까지 Heating Oil을순환시켜야될것판단된다. 2) 연료유의이송 (Double Bottom Tank의 F.O 이송 ) 북태평양에서는 11~12월의해수온도가 5 이하까지내려감으로인하여 Double Bottom Tank의기름을 Transfer Pump를이용하여 Settling Tank로이동하는데어려움이많았으므로 Heating Coil을설치하여보완

10 되어야할것으로사료된다. 본선박의경우 F.O Transfer Pump의용량이시간당 30kl /h 인데해수온도 5 이하에서는 0.8kl /h 정도밖에 Pumping이되지않았다. 그러므로대부분어선의경우 M.D.O와 M.G.O를사용하도록설계되어있어서 Double bottom tank에 heating coil이설치되어있지않으므로이에대한보완조치가강구되어야할것으로판단된다. 3) Service tank에서 Mixing Clean Heater까지의온도유지 M.D.O 사용시엔문제가없으나등급이낮은 MF 30을사용할시 Service Tank와 M.C.H까지 piping 간격이원거리일경우에는 F.O Pipe Line의기름유속저하로 Air Pocket 현상이발생할우려가있으므로이에대한대책이요구된다. 6. 결론 본연구에서는북태평양의혹한지역에서조업하는어선의유종변경을위한효과적인시스템구축과그에따른선박기관의운전상태를조사 평가하고, 제시된개선방안을요약하면다음과같다. 1) 연료유유종변경전 후주기관의유사한운전조건에서운전상태결과는주기관의평균배기가스온도가약 10.8 증가하였고, 과급기 (Turbo charger) 의입 출구온도도약 10~25 /5~15 정도상승하였다. 전체적으로 M.D.O보다저질유인 MF 30을사용한결과연료소모량은줄어들고, 출력은약간높아지며이에따라각실린더배기가스및과급기전후의온도는상승하였다. 2) 부하특성평가에서도주기관이동일회전수 145RPM일때각실린더의최고폭발압력 (p_max) 평균치는약 60.44kgf/ cm2에서약 61.33kgf/ cm2으로약 0.91kgf/ cm2증가한반면연료펌프의 Rack Position은약 0.11감소하였다. 3) 어선의경우 M/E을수시로 Full Speed에서 Dead Slow까지 RPM을변동과 Stop/Start를자주반복해야하는운전조건변동에따른보완대책을제시하였으며, M.D.O와비교하여중 저질혼합유인 MF 30 혼합유를사용할경우유종의특성상적정온도유지및연료펌프고착방지를위한보온유지등이요구된다. 4) MF 30으로유종을변경하여조업을마치고입항후주기관을개방하여 KR의기관계속검사 (Continuous Machinery Survey) 결과특별한이상이없는것으로나타났다. 5) 본선은유종변경을위하여연료유미립가열교반기를사용하여 M.D.O를 MF 30으로성공리에유종변경한결과 6개월조업시연료비를대폭절감하였다. 참고 문헌 [1] Mixing clean heater instruction book, Yoo Nam Machinery CO [2] Fuel oil piping diagram M.V NamBuk Ho, 1960 [3] Main engine instruction book, Maker-UEC, 1960 [4] Diesel generator instruction book, Maker-Yanmar, 1960 [5] Chief engineer log book, M.V NamBuk, 2006 [6] Technical report for New Excellent Product, Ministry of Industrial and technical, 2006

Contents 02 COMPANY INTRODUCTION 04 COMPANY Certification status HYUNDAI MACHINERY PRODUCTS 05 H6D8&9 Series 06 H6D2 Series 07 H4D Series 08 HYUNDAI L

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