LNG선
LNG선(LNG carrier)은 액화천연가스(LNG)를 수송하는 선박이다. LNG 운반선 또는 LNG 탱커(liquefied natural gas tanker)라고도 한다. 큰 저온 단열 탱크를 선체 내에 몇 개 갖추고 있어 내부에는 극저온의 LNG가 충전된다.
LNG선은 VLCC에 비해 약 3배 정도가 비싸고 LNG선은 선박들 중에서도 고도의 첨단기술을 요하기 때문에 "선박의 꽃"이라 불린다. 현재 LNG선은 한국 조선산업이 전 세계 시장의 89%를 점유하고 있다.
목차
개요[편집]
액화천연가스(LNG)는 비중이 가볍고 0.5 이하이며, 메탄을 주성분으로 하고 있어 섭씨 -161.5°C이하가 아니면 상압하에서 액체는 되지 않기 때문에, 가압 탱크나 단열층을 갖추고 있지만, 원유의 비중 약 0.85와 비교해도 꽤 가볍기 때문에, 다른 탱커와 비교해도 선체에 대한 짐의 체적이 필연적으로 커져, 선체의 실루엣에서도 흡수선상의 부분이 크게 보인다. 초저온 조건하에서도 선체 구조재가 취성파괴를 일으키지 않는 궁리나 화기 사용에 관한 규제가 있다. 천연가스의 발화 온도는 632°C이며 화염 속도는 38cm/초로 비교적 늦다.
형태[편집]
LNG선은 그 선박 형태에 따라 두가지 형태의 운반선으로 나뉜다
모스(Moss)형[편집]
둥근 원형의 화물창이 밖으로 나와 있는 형태로 모스(Moss)형이라 불린다. 구형 탱크 방식이다. 모스(Moss) 방식의 독립 구형 탱크는 노르웨이의 오슬로의 남 50km의 모스시에서 개발된 방식이다. 한국에서는 현대중공업에서 13만7천m³급의 현대유토피아호를, 일본에서는 미츠비시, 미츠이, 카와사키가 라이센스 계약을 행하고 있다. 일본에서는 125,000m/153,000m의 LNG선 47척이 건조되고 있다.(2009년 시점)
탱크가 선체로부터 독립하고 있어, 그것 자신으로 내부의 LNG를 가두기 위한 압력을 유지해, LNG의 중량을 받아 들이는 방식이다. 고압에 견디는 것과 동시에 내부에 열의 침입을 최소로 하기 위해서 구형이 된다. 탱크가 열변화에 의한 팽창과 수축이 일어나기 때문에, 선체에의 고정 방법이 강구되어야 한다.
구형이기 때문에 선창의 공간 이용 효율이 나쁘고, 원래 중량의 보다 큰 체적을 차지하는 LNG라고 하는 화물의 특징도 있어, 큰 구상 탱크의 상부가 상갑판으로부터 크게 튀어나온다.
극저온에 노출된 LNG 탱크를 구성하는 부재는 극저온하에서도 탱크내를 고압에 유지하기 위해서 강인하지 않으면 안 되기 때문에, 극저온에도 견딜 수 있는 합금이 사용된다. 구형 탱크 방식으로는 알루미늄 합금, 9% 니켈 강철, 스텐레스강철이 사용되고 있다.
선체에서는 독립한 구형 탱크의 적도부가 원통형의 금속제의 탱크 지지부(스커트)의 상단에서 유지되어 지지 부하단은 대좌 갑판으로 불리는 선창 내벽에 용접된다.
모스방식의 장점[편집]
- 입열이 작기 때문에 LNG의 증발 가스(BOG)가 적게 된다
- 열응력의 집중을 배제할 수 있다
- 역학적인 구조 해석이 완벽하게 할 수 있기 위해, 안전성을 확보하면서 부재후를 얇게 할 수 있다
- 슬로싱(충격)이 낮다
- 용접 개소가 적고 단순한 맞댄 용접만으로 건조할 수 있기 위해, 짧은 공사기간에 만들어지고, 품질관리가 용이해지는 자동 용접에도 대응하기 쉽다
- 검사나 보수를 위한 공간이 선창내에서 확보되고 있다
- 선체의 다소의 폐해가 그대로 탱크의 변형은 되지 않기 때문에, 타선과의 충돌이나 좌초등의 사고 발생시에도 멤브레인 방식등과 비교해도 누설 등에 대하는 안전성이 높다
단점·문제점[편집]
- 구형이기 위해 선창의 공간 이용 효율이 나쁘다
- 상갑판상의 돌출부에 의해서 배의 전방 시야가 나빠진다
- 구형의 강판 제조에는 고도의 기술이 요구된다
- 신축을 고려하면서 적절한 중량 지지를 행하는데 어려움이 많다
- 용접의 불비하고 균열이 생기는 등, 상정보다는 품질관리가 어렵다
멤브레인(Membrane)형[편집]
선박 내부에 화물창을 설치한 형태로 멤브레인(Membrane)형이라 불린다. 대표적으론 프랑스의 Gaz Transport 시스템, Technigaz 시스템 두 가지가 존재한다.
- Gaz Transport 시스템은 내조로부터 0.7mm 두께의 인바(Invar) 멤브레인을 사용하고 그 뒷면에 230mm 두께의 '퍼얼라이트' 단열재 박스를 설치하고, 그 뒤에는 이차방벽으로 0.7mm 두께의 인바를 적용하고 다시 300mm 두께의 퍼얼라이트 박스 단열재를 사용한다.
- Technigaz 시스템은 1.2mm 두께의 스테인리스강(STS 304L)을 주름지게 한 멤브레인과 약 300mm 두께의 R-PUF(Reinforced Polyurethane Foam) 보냉재를 보통 사용한다.
구형 독립 탱크의 결점을 개선하기 위해서 개발된 방식이다. 내부의 LNG의 압력과 중량을 탱크 뿐만이 아니라 선체도 사용하고 받아 들이는 방식으로 탱크 외벽은 선창 내벽과 밀착하고 있어, 얇은 탱크는 밀폐와 초저온을 유지하는 기능만을 담당해, 압력이나 중량의 지지는 선체가 부담한다.네모진 선창 공간을 낭비 없게 사용할 수 있기 위해서 상갑판으로부터의 돌출이 적고, 탱크의 중량도 가볍게 할 수 있다.
멤브레인 방식으로는 그 이름대로, 탱크는 박막이라고 불러도 좋을 정도의 두께의 저온 대응의 인 바 합금으로 만들어, 수축에 의한 변형에도 유연에 대응한다.
멤브레인식에 의한 이점[편집]
- 선창의 공간 이용 효율이 좋기 때문에, 탑재량 증대와 상갑판상의 돌출을 최소한으로 할 수 있다
- 탱크의 열용량이 작기 위해(때문에) 적사시의 열의 헛됨이 적다
멤브레인에 의한 결점·문제점[편집]
- 탱크 외부로부터 검사·보수를 행할 수 없다
- 멤브레인, 방열재, 2차 방벽의 설치에 고정밀의 작업이 요구된다
- 규칙에 의해, 선체는 이중선각구조, 옆격벽·갑판도 이중 선체 구조가 불가피하다.
- 2가지의 멤브레인 방식
- 테크니가스 방식 : 멤브레인 방식의 LNG 탱크에서는, 미충전시의 상온과 충전시의 극저온시라고 하는 격렬한 온도 변화에 의해서 팽창과 수축을 반복해도, 고정·설치에 영향을 받지 않게 미리 탱크 내면을 구성하는 금속판에 주름 상자장의 놀이를 갖게한 콜 게이트 금속층을 갖게하는 등의 궁리가 행해져 왔다.이 방법은 1960년대에 테크니가스사가 개발했기 때문에, 테크니가스 방식이라고도 불린다.
- 가스 트랜스포트 방식 : 인 바 특성의 이용에 의해서 금속판을 콜 게이트장에 가공하는 일 없이 평판의 금속을 사용할 수 있는 용이하게 용접을 행할 수 있게 되었다.이 방법은 1960년대에 가스 트랜스포트사가 개발했기 때문에, 가스 트랜스포트 방식(GT방식)으로 불린다.
GTT 방식[편집]
멘브레인 방은 「가스 트랜스포트＆테크니가스사」(GTT사, 1994년에 2사가 합병했다.)의 설계한 형식이 주체를 차지하기 위해, GTT 방식이라고도 불린다.
1960년대부터는 모스 이전의 독립 탱크 방식으로부터 멤브레인 방식으로 한때 지났지만, 1970년의 모스의 독립 구형 탱크 방식의 등장이나, 멤브레인 방식으로의 저액위 및 고액위로의 스롯싱에 의한 파손이나 크랙의 발생에 의해서 다시 독립 탱크 방식이 우세가 되어, 특히 멤브레인 방식의 배가 오래되어 지면 보수 수선의 과정에서 평가가 내려, 신조선에서는 멤브레인 방식이 불리하게 되었다.21 세기 초두의 현재는 멤브레인 모스가 각축을 벌이면서도, 멤브레인 방식의 하나의 GTT 방식이 모스 방식을 갈라 놓고 있다.
IGC 코드에서는 어느 방식에서도 기본적으로는 2차 방벽의 설치가 의무지워지고 있다.
마크 III와 No.96에 이어 2007년의 시점에서의 최신 설계는 GTT-CS방식이 된다.
GTT 마크 III 방식 (테크니가스마크 III 방식)[편집]
탱크 영주의 실제 녹봉로10~70%의 사이는 스롯싱 충격에 의한 내벽의 손상을 회피하기 위해서 적부가 금지되고 있다.
멘브렌의 두께는 1.2 mm로 스텐레스제. GE사제의 유리 섬유 강화형 발포폴리우레탄제 방열상자는 1층만으로 270 mm이다. 이 폴리우레탄이 접착된 합판이 선창 내벽에 볼트 고정된다.
GTT No.96 방식(가스 트랜스포트 No.96 방식)[편집]
최대 200,000m3의 LNG선이 건조되고 있다. 탱크 영주의 실제 녹봉로10-70%의 사이는 스롯싱 충격에 의한 내벽의 손상을 회피하기 위해서 적부가 금지되고 있다. 멤브레인의 두께는 0.7mm로 인 바·니켈강제. 발포펄라이트제 방열상자는 2층으로 나뉘어 있어 안쪽의 일차 방벽은 230 mm, 2차 방벽은 300 mm이다. 이 폴리우레탄이 접착된 합판이 선창 내벽에 볼트 고정된다.
GTT CS방식[편집]
상기 양방식을 개량한 기술이다. 멤브레인 방식과 모스 방식은 탱크가 진공에 약하기 때문에 탱크의 내외의 압력을 제어하는 장치가 갖춰지고 있다.자립각형 탱크에서는 압력에 강하기 때문에 특히 이러한 장치는 갖춰지지 않았다. 멤브레인 방식은, 탱크간의 옆격벽이 냉각되면 취성파괴의 리스크가 높아지기 위해서 가열 보온 장치가 갖춰져 있다.
선체[편집]
구조[편집]
- 이중선각구조
안전성이나 단열성, 탱크의 특수한 형상을 흡수하는 필요성등에 의해서, 모든 LNG 탱커는 이중선각구조를 갖춘다.이것은 당초, LNG선의 설계에 대하고 LNG가 새었을 경우에 탱크를 거둔 선창부에 해수를 도입하는 것으로 극저온의 LNG가 직접 선체를 차게 하는 것이 없게 고려된 자취이기도 하다.이러한 설계는 「Floodable cofferdam」라고 불려 극저온에 의한 선체의 취성 파괴를 피하는 궁리였지만, 선창에 해수가 들어가도 충분한 부력을 확보하기 위해서 이중선각으로 여겨진 것이다.LPG선에서는 저온의 정도가 조금 높여모아 두어도 있어 이미 단각선이 되어 있다.LNG선에서도 멘브렌선은 이중선각이 필요하지만 탱크가 자립하는 모스 방식등에서는 단각선에서도 탱크는 탑재할 수 있으므로 장래단각선이 등장할 가능성은 있다.
LNG선에서는 안전을 위해서 LNG 탱크에 걸리는 충격을 가속도로서 규정되고 있다.전과 좌우로 0.5 G, 뒤로 0.25 G이다.
- 격벽
탱크내의 LNG는 유동성을 가 대한 자유수 영향」에 의한 선체의 불안정화나 「스롯싱」에 의한 탱크 내벽의 파손을 피하기 위해서, 격벽에 의해서 나뉘고 있다.
- 안전 공간의 확보
기관실은 안전 때문에, 탱크의 후방에 배치해, 탱크와의 사이를 빈 방이나 펌프 룸, 연료유에 의해 격리하도록(듯이)해상 인명 조약은 요구하고 있다.
설비[편집]
- 하역의 펌프
탑재시에는 적하인 LNG는 육상에서(보다) LNG 탱커에 펌프로 이송되지만, 양하의 경우에는 LNG 선측의 펌프에 의해서 송출된다.또, 받는 측의 탱크에서는 동용적의 LNG 가스를 역시 보내는 측이 펌프에 의해서 송출하는 것으로, 쌍방의 가압 상태를 유지해, 공기의 침입을 허락하지 않는다.
이러한 하역시나 검사를 위해서 LNG 탱크를 비우고 공기로 채우는 경우 등, LNG 탱크 내부가 LNG 가스와 공기의 혼합 상태가 되는 모든 경우에, 공기 대신에 한 번 이나트가스를 보내고, LNG 가스가 충분히 배출된 후에 이나트가스와 공기를 바꿔 넣는다.이것에 의해 폭발·연소라고 하는 사고를 막을 수 있다.이 경우의 이나트가스 장치는 육상의 것을 사용한다.
벨러스터 탱크[편집]
LNG 탱커는 그 짐의 성질상, 생산국으로부터 소비국에 LNG의 일방통행의 수송을 행하고 있다.항상 편도는 짐을 쌓지 않는 상태로 운항되고 있다.
그러한, 탱크내가 하늘때에는, 거대한 탱크가 모두 부력을 가지기 위해서, 선체가 비정상으로 떠올라, 선미의 키나 프로펠라나 뱃머리의 발바스·바우가 수면상에 나와 버린다.이것으로는 추진 효율이 저하하기 위해서, 전용의 벨러스터 탱크에 해수를 주수 해 부력의 상쇄를 행한다.
여담[편집]
- LNG선이 많이 필요해졌는데 LNG선을 만드는 나라는 한국,중국, 일본 3개국 뿐이다.
- 이중연료엔진은 가스와 디젤연료를 같이 쓸수 있는 하이브리드엔진으로 기존 스팀터빈에 비해 30%정도 연비가 좋고 오염물질이 적게 나오는 엔진이었음. 삼성중공업이 2001년 12월 처음 개발했고, 이후 한국과 일본 LNG선들이 이 엔진을 개발해 왔음.
- 일본과 한국의 LNG선은 스타일이 다름. 일본은 모스형이라고 하는 선체와 독립된 구형 탱크를 싣고 다니는 배이며, 한국은 2006년부터 모스형에서 엠브레인형으로 갈아 탐. 엠브레인형은 별도로 독립된 탱크를 싣는게 아니라 선체자체가 탱크인 배임.
- 결국 2017년부터 세계 LNG선 수주는 한국이 독식하고 있음. 대형LNG는 100%이고 일부 중형 약간만 빼앗기고 있어 전체로 보면 세계 LNG선 수주의 143억불 중 131억불을 수주해서 91%를 차지하게 됨.
- LNG를 싣고 다니는 LNG선은 전세계에 500척 정도가 떠다님. 2011년에는 200척 정도였는데 8년동안 2.5배가 늘어 남. 10년뒤인 2030년에는 860척 정도까지 늘어날 것이라고 예상됨.
- 오래된 노후LNG선 120척 정도가 10년 간 폐선될 것 감안하면 480척 정도가 10년 간 필요하고 현재 조선소들이 수주받아 만들고 있는 107척 제외하면 373척 정도를 10년간 추가로 수주 받을 수가 있음.
- 중국은 신형LNG선이 바다 한가운데서 고장이 나고 수리불가 상태로 폐선되면서 해외 주문이 끊김. 현재 수주가 되는 LNG선들은 중국기업이 중국에 들어오는 LNG수송선박을 주문하는 정도임.
- 일본은 방향을 잘 못 잡는 바람에 시장에서 퇴출 됨. 일본도 멤버레인으로 갈아타려고 일본 가스회사에서 발주한 선박 4척을 멤버레인형으로 수주 받았으나, 첫번째 배부터 건조에 실패함.
- 의외로 조선업이라는게 오랜기간 경험이 쌓인 숙련노가다 김씨가 필요한 산업임. 일본도 LNG선을 설계할 수는 있지만, 많이 만들어본 김씨들이 부족해 진도를 못 내고 있음. 이렇다보니 LNG선은 한국 독점 사업이 됨. 운빨도 좋은게 물량이 터짐. 2010년이후 평균적으로 일년에 40척 정도 LNG선이 발주가 됨. 그런데 2016~17년 2년간 합쳐서 28척 밖에 발주가 안되다가, 2018년 69척으로 물량이 터지면서 이중 60척을 현중, 대우, 삼성이 따냄.
- 2019년도 15월간 27척을 따냈고, 하반기에 나올 카타르 80척,러시아 북극 프로젝트15척, 엑슨모빌의 모잠비크 프로젝트 30척 등이 대기를 타고 있음. 특히 북극 프로젝트는 바다 얼음을 깨면서 LNG선이 북극해를 다녀야하는 특수선이라 배 한척 값이 보통LNG선의 2배 값인 4천억대 대형 프로젝트임. 1차 15척은 대우조선이 작년에 따서 이번에 나올 2차 15척도 딸거라고 봄.
- LNG선은 가장 표준이 되는 17만4천급 기준으로 2억불은 받아야 조선소에 1천만불 정도 마진이 생기는 구조임. 2018년년 12월에 대우조선이 6척을 척당 1.85억불에 수주함 노마진이거나 약간 손해를 보면서 수주를 한 것임. 2019년 2월에 1.93억불로 올랐고, 3월에 삼성이 1.95억불로 수주를 함 한국이 독점하는 시장인데, 아직도 제대로 수익을 못 챙기고 있다는 것임. 한가지 변수가 있음. 현재 LNG선의 경우 배값의 5%를 화물창 로열티로 프랑스 GTT라는 회사에 주고 있음. 배 한척당 1천만불이 로얄티로 나가고 있다는 것임.
- LNG가스는 영하162도 이하로 내려가면 기체가 액체로 바뀌며 부피가 600분의 1로 압축이 됨. LNG를 배로 운반한다는 것은 LNG가스를 액체로 만드는 시설이 항구에 있어야되고, 액체로 압축된 가스를 영하 162도이하를 계속 유지하며 배로 날라야 되고, 다시 항구에 도착하면 LNG를 받아서 필요한 곳에 기체로 공급해주는 시설이 필요함.
- GTT사의 특허는 액체상태인 LNG를 안전하게 배로 운반 할 수 있는 화물창이라고 부르는 보관탱크에 관한 기술특허임. 600배로 압축된 LNG가 LNG선에 완충된 상태에서 만약 터지게 되면 핵폭발 수준의 위력이 나오기 땨문에 화물창의 안전은 무지 중요한 일임.
- 한국 조선 3사와 가스공사가 공동으로 10년간 500억의 연구개발비를 들여 KC1이라는 화물창 기술을 하나 개발함. GTT사와 유사한 성능이 나옴. 이 기술을 적용해서 삼성조선에서 LNG선 2척을 만들었고 2018년 3월 운행을 시작함. 세레니티호와 스피카호임.
- SK와 운송계약을 맺고 미국에 가서 LNG를 받아오는 배로 운항을 시작했는데 미국 사빈패스라는 LNG항구에서 가스를 채우고 나니 문제가 생김. 한대는 가스가 새어나오고 외벽이 부분적으로 얼어붙음. 또 한대는 가스창 온도가 비정상적으로 높아짐 두대 다 문제가 발생된 것임.
- . LNG선은 터지면 100% 선원 전원이 디지는 배라 아무도 그 배를 안타려고 함. 가스 반납하고 다시 한국이 가져와서 고치고 있음. 2019년 7월에 수리된 배로 한번 더 재운항을 할 계획임.
- 대우조선도 비슷한 독자기술이 있음. 솔리더스라는 기술인데 GTT보다 30%정도 성능이 좋고 로이드등 인증도 완료함
참고자료[편집]
- 〈LNG선〉, 《위키백과》
- 〈초대형LNG선을 알아보자(한국 조선 근황) 2편〉, 《티스토리》
- 〈초대형LNG선을 알아보자(한국 조선 근황) 1편〉, 《티스토리》
- 유재준 기자, 〈2021년 국내 조선사 전 세계 LNG선 89% 수주〉, 《가스신문》, 2022-01-06
같이 보기[편집]
