천연가스(LNG) 운반선의 이해 (2/3)

4. 화물 관리

일반적으로 LNG 운반선은 배의 중심선을 따라 4~6개의 탱크를 가지고 있습니다. 탱크 주변은 발라스트 탱크, 코퍼담, 보이드 스페이스로 구성되어 있으며, 이에 따라 선박은 이중 선체 타입으로 설계됩니다.

LNG운반선은 항공모함과 마찬가지로 건조가 가장 어려운 선박 중 하나로 최장 30개월이 소요됩니다.

일반적으로 각 탱크 내부에는 3개의 submerged pump가 있습니다. 하역 작업에 사용되는 2대의 메인 카고 펌프와 스프레이 펌프라고 불리는 훨씬 작은 펌프가 있습니다. 스프레이 펌프는 (기화기를 통해) 연료로 사용하는 액체 LNG를 퍼내거나 화물 탱크를 냉각할 때 사용됩니다. 스프레이 펌프는 양하항에서 마지막 화물을 'stripping' 하기 위해 사용할 수도 있습니다. 펌프 타워에는 탱크 바닥부에 설치된 모든 펌프 및 탱크 게이지 시스템, 탱크 보충 라인이 포함됩니다.

멤브레인 타입 선박에는 무게와 압력으로 열 수 있는 스프링식 풋 밸브를 갖춘 빈 파이프도 있습니다. 여기가 비상용 펌프 타워입니다. 두 메인 카고 펌프에 장애가 발생한 경우 이 파이프에서 상부를 분리할 수 있으며 비상 카고 펌프는 파이프 하부까지 하강할 수 있습니다. 상단은 컬럼으로 대체되며 펌프는 풋 밸브를 눌러 열 수 있습니다. 그 후 화물을 퍼낼 수 있습니다.

모든 카고 펌프는 배의 갑판을 따라 흐르는 공통 파이프로 배출합니다. 그것은 적하 또는 양하 시 사용되며 본선의 양측 카고 메니폴더로 나눠집니다.

5. 일반적인 화물 사이클

 

일반적인 화물 사이클은 '가스 프리' 상태의 탱크에서 시작됩니다. 즉, 탱크는 공기로 채워져 있어 탱크와 펌프의 유지 보수가 가능합니다. 산소의 존재로 탱크 내에서 폭발이 일어날 수 있고, -162℃(-260°F)의 LNG를 적재함에 따른 급격한 온도변화로 탱크가 손상될 수 있으므로 화물을 탱크에 바로 적재할 수 없습니다.

우선 폭발 위험을 없애기 위해 탱크에 불활성가스를 주입(이너팅)해야 합니다. 불활성 가스 플랜트는, 공기 중에서 디젤을 연소시켜 혼합 가스(통상은 5% 미만의 O2와 약 13%의 CO2 + N2)를 생성합니다. 이너팅은 산소 레벨이 4% 이하가 될 때까지 탱크에 불어 넣어집니다.

다음으로 배는 '가스업'과 '쿨다운'을 위해 입항을 하는데, 이는 아직 탱크에 화물을 직접 실을 수 없기 때문입니다. CO2가 동결되어 펌프가 손상되고, 콜드 쇼크로 탱크의 펌프 컬럼이 손상될 수 있기 때문입니다.

LNG는 선박으로 이송되어 스프레이 라인을 통해 액체가 기체로 되고 메인 베이퍼라이저로 전달됩니다. 이때 가스히터로 약 20℃(68°F)까지 데운 뒤 탱크에 불어 넣어 불활성가스를 치환합니다. 이것은 모든 이산화탄소가 탱크에서 제거될 때까지 계속됩니다. 초반에, IG(불활성 가스)는 대기 중으로 방출됩니다. 탄화수소 함유량이 5%(메탄의 가연성 범위가 낮음)에 도달하면 HD(HIGH DUTY) 압축기에 의해 파이프라인과 매니폴드 연결을 통해 불활성가스를 육상으로 다시 전달합니다. 육상 터미널은 폭발할 가능성이 있는 대량의 탄화수소 존재로 인한 위험을 피하기 위해 이 증기를 연소합니다.

지금 배는 가스로 채워지고 따뜻해집니다. 탱크는 아직 주변 온도로 유지하고 있고, 메탄으로 가득 차 있습니다.

다음 단계는 쿨다운입니다. LNG는 스프레이 헤드를 통해 탱크에 분사되고 그것이 기화되어 탱크를 냉각하기 시작합니다. 여분의 가스는 다시 육상에 불어 재액화되거나 플레어 스택에서 연소됩니다. 탱크가 약 -140℃(-220°F)에 도달하면 탱크는 벌크 양하가 준비됩니다.

벌크 로딩이 시작되고 액체 LNG가 저장 탱크에서 선박 탱크로 이동합니다. 가스는 HD 컴프레서에 의해 육상으로 불어냅니다. 통상 98.5% 가득 찰 때까지 계속 쌓습니다 (화물의 열팽창/수축을 가능하게 하기 위해).

이제 배는 양하항으로 나아갈 수 있습니다. 통과 중에는 다양한 보일오프 관리 전략을 사용할 수 있습니다. 보일러로 보일오프 가스를 연소시켜 추진하거나 선박의 설계에 따라 재액화하여 화물 탱크로 되돌릴 수 있습니다.

양하항에서 카고 펌프로 카고를 운반합니다. 탱크가 비게 되면 그 공간은 카고 베이퍼 또는 육상으로부터 전달된 베이퍼로 채워집니다. 선박은 가능한 한 화물을 전달하고 마지막 것은 스프레이 펌프로 퍼내거나 "힐"로 배에 저장할 수 있습니다. 

 

일반적으로 양하 후 한 탱크에 화물의 5~10%를 남깁니다. 이것을 "힐"이라 하고, 다음 화물 적하 전에 빈 탱크 쿨다운에 사용됩니다. 따뜻한 탱크에 바로 화물을 실으면 탱크가 콜드 쇼크 될 수 있으므로, 탱크 쿨다운은 서서히 이루어져야 합니다. 쿨다운은 모스 타입 선박의 경우 대략 20시간 걸립니다. (멤브레인 타입 선박은 10~12시간 소요)

시간 소요를 줄이기 위해 적하항 도착 전 적절한 시간에 미리 쿨다운을 진행합니다. 

 

만약 모든 화물을 육상으로 양하했다면, 발라스트 항차에 탱크는 주위 온도까지 따뜻해지고, 선박은 "가스업" "웜" 상태로 되돌아갑니다. 선박은 화물 적하를 위해 다시 쿨다운을 시행합니다.

 

6. 격납 시스템

 

현재 새로 건조된 선박에는 4개의 격납용기 시스템이 사용되고 있습니다. 디자인 중 2개는 자립형이고, 나머지 2개는 멤브레인형으로 현재 Gaztransport & Technigaz (GTT)가 특허를 소유하고 있습니다.

 

자립형 격납 시스템 대신 2개의 다른 멤브레인 타입이 사용되는 경향이 있다. 이것은 프리즘 멤브레인 탱크가 선체 형상을 더욱 효율적으로 이용하기 때문이며, 그 결과 카고 탱크와 발라스트 탱크 사이 보이드 스페이스를 줄일 수 있다. 그 결과 모스 타입 디자인은 같은 용량의 멤브레인타입 디자인과 비교했을때 수에즈 운하를 통과 하는데 훨씬 비싸다. 그러나 자립탱크는 보다 튼튼하고 슬로싱 힘에 대한 저항이 더 커 향후 악천후가 중요한 요인이 되는 오프쇼 스토리지로 고려될 수 있다.