한국선급 기술영업지원팀
“저유황유 사용전 반드시 연료계통 점검해야”
현재 해운산업은 다가오는 2020년에 시행되는 강화된 Global SOx(황산화물) 규제를 준수해야 할 뿐만 아니라 시장에서의 경쟁력을 유지하기 위한 방안을 모색해야 하는 상황에 당면해 있다.
강화된 Global SOx 규제에 적절하게 대응하기 위한 방안들 중 저유황유를 선박용 주연료로 사용할 경우 선주사는 운영 중인 선박에 탑재된 디젤엔진과 보일러 등과 같은 연소장치와 관련 시스템들의 특징을 적절하게 분석해 해당 선박이 운영상 안정성을 확보할 수 있는 방안을 마련할 필요가 있다.
특히 저유황유는 기존의 고유황유와는 점도, 밀도, 인화점, 윤활성 등 다른 성상의 특성을 가지므로 선주사가 고유황유에 최적화된 기존 선박에 적절한 조치 없이 그대로 사용할 경우에는 연료유 필터 폐색, 연료유 펌프 플런저 고착, 실린더 광택 등과 같은 예상치 못한 선박 운영 및 안정상의 어려움에 처할 수 있다.
저유황유를 선박용 주연료로 사용하고자 하는 선주사가 보유선박의 특성을 분석해 해당 선박이 저유황유를 선박용 주연료로써 안전하게 사용할 수 있도록 주요장비들과 관련시스템들의 개선 방향과 주의 사항등 주요 논의사항을 살펴본다.
(1) 선주사가 저유황유를 선박용 주연료로 안전하게 사용하기 위해서는 고유황유를 선박용 주연료로 사용할 수 있도록 설계된 기존 선박의 특성을 분석한 후 계획된 저유황유의 특성(비중, 점도, 유동점 등)을 고려해야 한다.
특히 낮은 유동점을 갖는 저유황유를 적재한 선박이 겨울철에 해수온도가 매우 낮은 해역을 항해할 경우 연료유 속의 왁스성분이 고착화되는 현상이 발생돼 연료유 필터 폐색 및 엔진 가동중지 등의 우려가 있다. 이러한 경우 해당 선박의 운항 해역의 특성을 고려해 저유황유 저장탱크의 온도가 적정 온도 이상으로 유지될 수 있도록 조치해야 한다.
(2) 저유황유는 고유황유에 비해 비중이 낮으므로 기존선박의 고유황유 저장탱크를 용도 변경후 저유황유로 채우는 경우 미미하지만 기존선박의 복원성 및 화물 적재량에 영향을 미칠 수 있다. 보통의 경우 연료유 저장탱크는 해당 선박의 무게 중심점보다 낮은 위치에 있으므로 복원성이 떨어지게 돼 평형수를 추가로 더 실어야 될 수도 있다.
(3) 저유황유는 고유황유에 비해 점도가 낮으므로 연료공급라인에는 별도의 가열설비들이 요구되지 않지만 윤활성 저하로 인한 연료유 펌프의 고착현상이 발생될 우려가 있다. 이를 방지하기 위해서는 연료공급 라인상에 Cooler/chiller를 추가로 설치해 엔진 입구측에 유입되는 기름의 점도를 40℃에서 최소 2 cst 이상으로 유지될 수 있도록 해야 한다.
또한 연료유 펌프가 기어펌프인 경우에는 5 cst 이하의 점도에서는 펌프 성능이 감소될 뿐만 아니라 펌프 윤활에 대한 문제가 발생될 우려가 있으므로 해당 펌프에 유입되는 저유황유의 점도를 적정 수준 이상으로 유지될 수 있도록 조치해야 하며 경우에 따라서는 1대의 펌프를 추가로 설치하거나 스크류 펌프로 변경할 필요가 있다.
(4) 기존의 고유황 중질유를 연소하는데 최적화된 보일러에 증류유나 혼합유와 같은 저유황유를 그대로 사용하는 경우에는 연료의 미립화, 분무와 공기의 혼합이 적절하지 않아 연소 불안정 및 노(furnace)내에 과도한 퇴적물이 쌓일 우려가 있다. 또한 연료 미립화를 증기매체를 이용하는 경우 연료 증발우려가 있으며, 이는 화염의 불안정성 및 부적절한 연소를 야기할 수 있다.
이외에도 고유황 중질유의 연소 감지에 적절한 기존의 화염감지기로는 저유황유의 연소를 제대로 감지하기 어려울 수 있다. 따라서 선주사는 보일러의 안전한 운영을 위해서 제조자의 권고사항에 따라 노즐, 화염감지기 및 공연비를 적절하게 변경해야 할 필요가 있다.
(5) 선박용 주연료로 저유황 중질유를 사용하는 경우, 탈황과정 중에 연료유 속에 촉매분말(Catalyst fines)이 과도하게 함유돼 실린더 라이너, 피스톤 링, 분사펌프 플런저, 연료밸브 노즐의 과도한 마모현상을 초래할 수 있다.
이러한 이유로 연료유 속의 촉매분말을 제거하기 위해서는 두 대의 원심분리기를 병렬 운전하는 청정과정이 추가로 요구되며 엔진 입구 측에 최대 10 micron 정도인 연료유 필터를 추가로 설치해 엔진 입구 측에서의 연료유내 촉매분말 함유량이 최대 15mg/kg을 넘지 않도록 조치해야한다.
(6) 연료유속 황은 실린더 라이너, 피스톤링 등의 저온부식을 야기하므로 연료유 속의 황함유량에 적합한 알칼리가를 갖는 실린더 윤활유를 사용하는 것이 중요하다. 만약 저유황유를 사용하는 선박용 엔진에 알칼리가가 높은 실린더 윤활유를 사용하는 경우 과다한 CaCO3가 석출돼 피스톤 톱랜드와 피스톤 링 주변에 퇴적되며 보어 광택, 라이너 마모 및 스커핑 현상이 발생될 우려가 있다. 이를 방지하기 위해서는 실린더 라이너와 실린더 커버 사이에 별도의 피스톤 청소링을 설치해 피스톤 톱랜드에 지속적으로 생성되는 연소 퇴적물을 긁어주어 퇴적물 축적을 방지할 수 있다.
(7) 서로 성상이 다른 저유황유를 수급한 저유황유가 저장탱크 내에서 혼용될 경우에는 부적합성이 우려된다. 이는 탱크 하부에 다량의 슬러지 생성을 야기해 연료유 폐색 및 엔진 기동 불가능의 문제를 야기할 수 있다. 따라서 가능하면 제조공정과 품질이 유사한 저유황유를 사용할 수 있도록 기름 수급 계획을 수립하고 벙커링 전에 기름공급업자로부터 ISO 8217 시험 항목에 대한 시험성적서를 제공받아 벙커링전 계획된 저유황유의 특성을 파악해 문제될만한 사항을 사전 검토하고 필요한 경우 적합성 시험이 시행돼야 한다. 또한 벙커링 작업중 동일한 탱크내에 서로 다른 성상의 저유황유가 최대한 적게 혼합되도록 조치해야 한다.
(8) 저유황유 사용시 해당 선박에 탑재된 디젤엔진의 지속적인 관찰과 검사가 요구된다. 선주사 및 선박운영자는 보유선박에 탑재된 선박용 엔진의 실린더 하부로 드레인 된 실린더 오일을 채취·분석해 실린더 라이너의 상태를 주기적으로 점검하고 소기공 검사를 통해서 실린더 라이너와 피스톤, 피스톤링의 마모상태와 연소퇴적물의 축적 상태를 점검해야 한다. 또한 피스톤링의 코팅상태, CL(controlled leakage grooves)를 측정해 정기적으로 실린더 상태를 점검해야 할 필요가 있다.
이번에 한국선급이 발행한 선주지침서 III(저유황유편) 외에 KR연구소에서 ISO 8217에서 제시되고 있는 약 17가지 시험항목에 대한 저유황유 특성과 본선에서 관리해야 할 사항에 대해 기술한 보고서를 발행할 예정이다.