LNG선

위키백과, 우리 모두의 백과사전.
이동: 둘러보기, 검색
바다위의 LNG 탱커
보스턴바다로 나아가는 LNG 탱커

LNG 탱커 (liquefied natural gas tanker) , 혹은 LNG선 (LNG carrier)는 액화천연가스(LNG)를 수송하는 이다. 큰 저온 단열 탱크를 선체 내에 몇 개 갖추고 있어 내부에는 극저온의 LNG가 충전된다.

개요[편집]

액화 가스 증기압 곡선

LNG 탱커는 액화천연가스를 전문에 수송하는 선박이다. 액화천연가스는 비중이 가볍고 0.5 이하이며,메탄을 주성분으로 하고 있어 섭씨 -161.5℃이하가 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 화기에 대한 배려를 도모되고 있다. 천연가스의 발화 온도는 632℃이며 화염 속도는 38cm/초로 비교적 늦다.

LNG 탱크[편집]

탱크의 형상[편집]

탱크의 형식[편집]

21세기 초두 현재, LNG를 적재하는 탱크에는 크게 2개의 방식이 있다.

모스(구형 탱크) 방식
탱크가 선체로부터 독립하고 있어, 그것 자신으로 내부의 LNG를 가두기 위한 압력을 유지해, LNG의 중량을 받아 들이는 방식. 고압에 참는 것과 동시에 내부에 열의 침입을 최소로 하기 위해서 구형이 된다.
열변화에 의한 팽창과 수축이 일어나기 위해, 선체에의 고정 방법으로 궁리가 요구된다.
구형이기 위해 선창의 공간 이용 효율이 나쁘고, 원래 중량의 나누기에 큰 체적을 차지하는 LNG라고 하는 화물의 특징도 있어, 큰 구상 탱크의 상부가 상갑판으로부터 크게 뛰쳐나온 위치에서의 적재가 요구되어 버린다.
극저온에 노출된 LNG 탱크를 구성하는 부재는 극저온하에서도 탱크내를 고압에 유지하기 위해서 강인하지 않으면 안 되기 때문에, 극저온에도 참는 합금이 사용된다.모스(Moss) 방식 등 LNG 탱커의 예부터의 방식.
멤브레인 방식
구형 독립 탱크의 결점을 개선하기 위해서 개발된 방식.내부의 LNG의 압력과 중량을 탱크 뿐만이 아니라 선체도 사용하고 받아 들이는 방식.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.
왼쪽이 모스식, 오른쪽이 멤브레인식
모스식 멤브레인식
밀폐 기능 탱크 탱크
내압 기능 탱크 선체
지지 기능 탱크 선체
단열 기능 탱크 탱크

모스 방식[편집]

LNG 탱커 측면 단면도(모스 방식)
LNG 탱커 정면 단면도(모스 방식)

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
  • 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
모스방식의 단점·문제점
  • 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 

모스(Moss) 방식의 독립 구형 탱크는 노르웨이오슬로의 남 50km의 모스시에서 개발된 방식이다. 한국에서는 현대중공업에서 13만7천㎥급의 현대유토피아호를, 일본에서는 미츠비시, 미츠이, 카와사키가 라이센스 계약을 행하고 있다. 일본에서는 125,000m/153,000m의 LNG선 47척이 건조되고 있다.(2009년 시점)

멤브레인 방식[편집]

멤브레인 방식으로는 그 이름대로, 탱크는 박막이라고 불러도 좋을 정도의 두께의 저온 대응의 인 바 합금으로 만들어, 수축에 의한 변형에도 유연에 대응한다.

멤브레인식에 의한 이점
  • 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
  • 탱크 외부로부터 검사·보수를 행할 수 없다
  • 멤브레인, 방열재, 2차 방벽의 설치에 고정밀의 작업이 요구된다
  • 규칙에 의해, 선체는 이중선각구조, 옆격벽·갑판도 쌍꺼풀 수술이 불가피하다

2가지의 멤브레인 방식[편집]

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]

멘브렌 방식은 「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.

멤브레인(GTT MkIII) 방식
GTT 마크 III 방식
(테크니가스마크 III 방식)
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)
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
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 있는[1].

그 외의 방식[편집]

상기의 모스 방식으로 대표되는 구형 탱크 방식이나 테크니가스 방식·가스 트랜스포트 방식으로 대표되는 멘브렌 방식 외에도 다음과 같은 각종 방식이 제안이나 실험이 행해졌다.

구형 탱크
세로에 한 개의 지지재로 구형 탱크를 지지하는 로렌트 구형 탱크 방식이나, 테크니가스 매달아 구형 탱크 방식.
적도부를 일주 하는 수평 링가다에 의해서 구형 탱크를 지지하는 히타치/CBI 가다 지지 구형 탱크 방식.
구형 탱크의 지지부(스커트)의 원통을 2중통으로 한 스페인의 세나사의 세나 이중벽스커트 구형 탱크 방식.
원통형 탱크
가는 원통형의 고압 탱크를 세로에 다수 묶은 것(영대양 트랜스포트 고압 원통 탱크 방식과 독일 린데사의 다원통형 탱크 방식)
가는 원통형의 고압 탱크를 선체 에 따르게 해 옆에 다수 묶은 것(독일 리퀴드 가스·안라겐사의 제란탄크 방식)
멀티 로브로 한 것 - 독일 린데사의 린데·멀티 로브
4책의 원통형 탱크를 탑재한 LNG 화물 운반선 「매사추세츠」의 미 평의회-&알렌사/미 테크니가스사 공동의 원통형 탱크 방식, 미 피츠버그·데모 인사/가스 트랜스포트사 공동의 PDM/GT견형원통형 탱크 방식, 미 대양 훼닉스사의 대양 훼닉스·멀티 로브 탱크, 네덜란드의 페로르메사의 페로르메견형원통 탱크, 구형 탱크의 크기로 바닥이 평평하게 되어 있는 것(미츠비시견형원통 탱크 방식)
세미멘브렌
멘브렌 방식보다 후판의 금속의 사용에 의해 경량화와 용이한 용접 작업을 실현하고 있다.열흡수는 탱크 코너의 모퉁이의 원호부에서 흡수된다.브리지스톤의 후랏트멘브렌,IHI(당시의 이시카와지마 하리마 중공업 주식회사)의 플랫 탱크등.
방형 탱크
2개의 각형탱크의 개략
왼쪽은 자립각형 탱크로, 선체에서는 독립하고 있다.오른쪽은 종래형 멘브렌 방식.
네모진 탱크를 선창내에 만들어 축구나 저부의 지지부에서 지지를 받는 것.
과거에는, 방형 탱크의 콘치 방식으로부터 몇개의 파생 형식이 만들어졌다.
1960연대에는 미 J.J.마크마렌사에 의해서 콜 게이트 이중벽구조의 마크마렌·콜 게이트 방형 탱크(마크마렌 방식 탱크)가 고안 되었지만, 배는 만들어지지 않았다.
엣소사는 1960년대에 엣소 이중벽방형 탱크를 개발하고, 1969년 1970년에 이탈리아에 3척, 스페인에서 1척의 40,000m3급 「엣소·브레이가」를 건조했다.내부의 알루미늄 합금제 일차 방벽(일차 탱크)의 밖을 T-웹이 지지해 알루미늄 합금제의 2차 방벽의 밖에 150 mm250mm 간격의 폴리우레탄·폼이 합판을 끼우고 방열을 담당했다.탱크 지지의 키가 탱크의 전후좌우에 있어, 선체측의 키 웨이를 미끄러지게 되어 있었다.이 방식은 고비용이었기 때문에 그 후의 채용은 없었다.
마크마렌 방식도 엣소 이중벽방형 탱크도 모두 내부에 스롯싱을 방지하는 액밀종격벽을 갖추고 있었다.
1970년경에는 일본의히타치 조선이 히타치 구형 탱크를 개발했다.9% 니켈강을 사용한 일차 방벽(일차 탱크)에 폴리우레탄·폼을 붙일 수 있어 2차 방벽으로서 합판이 이중선각중각면에 붙일 수 있었다.실험선에 1개가 장착된 이외는 채용되지 않았다.
이색의 설계예
콘크리트제 LNG선(콘트란스토, 미 다이탐 방식)이나 빙해 LNG선(가아크틱·프로젝트, 핀란드의 와르치라사안), 빙해아래를 기어드는 잠수 LNG선(미 제너럴 다이나믹스사)등이 이색의 아이디어가 존재했지만 어느 것도 건조까지는 도달하지 않았다.

상기대로 다수의 형상이 고안 되어 몇개의 것은 배가 만들어졌지만 주류로는 되지 않았다. 또, 비교적 최근 고안 되어 향후 주류가 될 수 있을 가능성이 있는 설계 방식으로 이하의 것이 있다.

방형 탱크의 발전형
1982해에 일본의 IHI가 발표한 IHI-SPB(Self-support prismatic shape IMO type-B)는, 일본 독자적인 LNG선용의 탱크로서는 얼마 안되는 성공예이다.
알루미늄제의 방형 탱크가 단열 지지재 위에 실리고 있어 경감 이중 방벽이 선창 하부에 설치되고 있다.탱크 형상이 선창에 맞추어 자유롭게 설계할 수 있어 액밀종격벽이 있기 위해서내부액량에 관련되지 않고 스롯싱에 대해서 강하고, 탱크 외면이 상온 환경에 접하고 있기 위해서 인간이 용이하게 점검·보수를 실시할 수 있는, 등의 이점이 있다.
1993해에는 「폴라-·이글」급의 2척을 준공했다.
2002해에는 일차 방벽에 스텐레스강철을 사용하는 설계도 승인을 취득했다.

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 가져 「복원성에 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
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.
구명정

주석[편집]

  1. 일본 에너지 학회편「잘 아는 천연가스」사단법인 일본 에너지 학회 2000년 2월 16일 초판 발행 ISBN 4-339-08232-5