LNG Bunkering Advisory 1

General Information on LNG

천연 가스는 오늘날 사용 가능한 가장 깨끗한 연소 연료 중 하나이며 황 또는 ash의 함량은 무시할 수 있을 정도입니다.

엔진이나 보일러에서 연소될 때 석유 기반 연료보다 낮은 수준의 NOx(엔진 유형에 따라 다름) 및 적은 이산화탄소를 생성합니다.

 

전세계 천연가스 매장량은 석유보다 상당히 많을 것으로 생각되며, 국제 에너지 기구는 250년 동안 소비할 수 있는 충분한 공급이 있다고 추정합니다.

 

천연 가스는 여러 가스의 무색 혼합물이지만, 가스의 원산지에 따라 일반적으로 70~99 질량%의 메탄(CH4)으로 구성되며, 흔히 발견되는 다른 구성 성분은 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10)이며, 질소(N2)와 같은 소량의 다른 가스가 존재할 수 있습니다.

대기압에서 약 -162°C의 온도로 낮아지면 메탄 증기는 액체(LNG)가 되며, 메탄 증기 부피의 약 600분의 1로 부피가 줄어듭니다.

따라서, 메탄은 일반적으로 극저온 액체로 수송되는데, LNG의 밀도는 물의 절반 이하이며, 이는 LNG가 floating 하게된다는 것을 의미합니다.

게다가, LNG의 메탄 증기는 처음에는 공기보다 더 무거울 것입니다. 이와 같이, LNG 탱크로부터의 증기 방출은 수면, 지면 또는 갑판 근처를 맴돌 다가 증기가 약 -100°C 이상으로 따뜻해지면, 공기보다 더 가벼워지고 더 소멸되기 시작할 것입니다.

 

LNG는 전통적인 HFO(Heavy Fuel Oil)에 비해 밀도가 대략 절반이지만, calorific value은 대략 20% 높습니다. 밀도가 낮고 가열 가치가 높다는 점을 고려하면, 부피 기준(m3)으로 HFO에 비해 동일한 범위를 달성하려면 대략 1.8배의 LNG를 벙커링해야 합니다.

 

예) LNG 의 밀도 = 500kg/m3, 열량 = 1.2 kJ/kg 이고, HFO 의 밀도 = 1,080kg/m3, 열량 = 1.0 kJ/kg 이라면,

      1000kg 기준, LNG는 2.0m3, 1,200kJ이고,

                            HFO는 0.9m3, 1,000kJ이다.

 

연료탱크의 단열재를 통한 열누출로 인하여 저장 중인 LNG는 증발하면서 천연가스가 끊임없이 방출되는데, 증발가스가 선박의 엔진이나 보일러에서 소모되면 연료탱크의 LNG의 온도와 압력이 유지되고, 증발가스가 소모되지 않으면 연료탱크의 압력과 온도가 상승하게 됩니다.

 

천연 가스는 다른 가연성 액체와 마찬가지로, 액체 상태에서는 가연성이 없어 점화할 수 없습니다. 그러나 증기 상태에서는 가연성이 강하여 공기와 5~15% 부피 혼합물이 될 때 쉽게 연소됩니다.

메탄은 무색이지만, 차가운 메탄 증기는 공기 중의 수분을 응축시켜 하얀 구름으로 보이는 것을 만들어냅니다. 일반적인 지침은 눈에 보이는 구름 내에서 메탄 농도가 여전히 가연성 범위 내에 있다는 것입니다.

따라서 인화성 혼합물이 발생하는 것을 방지하기 위한 장비와 절차가 마련되어야 하며, 인화성 혼합물이 발생할 가능성이 있는 지역과 주변에는 점화원이 존재하지 않아야 합니다.

General Considerations for LNG Bunkering

연료의 특성에 약간의 독특한 차이가 있기 때문에 연료 탱크에 LNG를 싣는 것은 HFO를 싣는 것과는 다른 과정입니다.
한가지 차이점은 LNG가 boiling liquid로 운반된다는 것인데, 이것은 온도와 압력이 액체의 행동에 영향을 준다는 것을 의미합니다. 두 번째 차이점은 LNG가 약 -162°C(-259°F)의 온도에서 극저온 액체라는 것이고, 결과적으로 사람 및 기존의 강철 구조물이나 배관이 접촉할 경우 위험합니다. 세 번째 차이는 일반적인 석유 벙커링에서 나오는 증기는 인화점이 60°C (140 °F)이상이기 때문에 hazardous zone으로 간주되지 않으며, 단순히 flame screen을 통해 대기로 배출된다는 것입니다.
이와는 대조적으로, LNG 증기는 좁은 공간에서 폭발적인 구름을 형성할 수 있고 위험하다고 여겨집니다. 이는 벙커링을 할 때 증기의 특별한 취급이 필요합니다.

 

LNG 저장 탱크를 채우는 방법들은 탱크들로부터 증기를 빼내지 않거나, 증기를 벙커링 선박 또는 터미널로 되돌려 보내는 것으로부터  발전되어 왔습니다. 벙커링을 위해 사용되는 라인들은 반드시 LNG를 빼내고, 남은 가스 증기들은 질소를 사용하여 제거되어야 합니다.

닫힌 밸브 사이에 갇힌 파이프에 남아 있는 액체는 증발하고 팽창하여 해당 공간을 채웁니다. 그 공간이 작으면 팽창하는 증기에 의해 발생하는 압력이 위험 수준으로 증가하여 파이프가 터지거나 밸브가 손상될 수 있습니다.

LNG 저장 탱크, 배관 시스템과 같이 천연가스 압력 증가의 위험이 있는 경우, 최종 안전 조치로 초과 압력을 안전하게 방출할 수 있도록 릴리프 밸브가 필요합니다. 릴리프 밸브는 증기의 방출로 인해 생성된 위험 구역이 선박의 어떤 운영 구역 근처에도 있지 않도록 적절히 위치되어야 합니다.

일반적으로 릴리프 밸브는 가스를 모든 중요 부위에서 멀리 떨어지게 하는 벤트 마스트에 묶어야 합니다.

 

LNG는 극저온에서 벙커링되므로 특별한 장비와 절차가 필요합니다.

연료에 대한 인력의 접촉은 심각한 동상을 유발할 수 있습니다. 소량의 LNG라도 유출되면 보호받지 못한 일반 구조용 강철이 차가운 액체에 취해져 파손으로 이어질 수 있기 때문에 구조적 문제를 야기할 수 있습니다.

스테인레스강 드립 트레이, break-away couplings 및 분리 커플링을 해제하기 전에 밀봉하는 특수 호스 연결부는 종종 유출을 방지하기 위해 사용됩니다.

수신 선박과 벙커링 시설 간의 통신은 항상 중요하지만, LNG를 취급할 때는 더욱 중요합니다.

LNG 벙커링은 위험한 상황이 발생할 가능성이 크기 때문에 벙커링 시설의 담당자와 receiving ship 사이에 적절한 절차를 준수하고 이해해야 합니다.

LNG 위험으로 인한 재산 및 인원의 손상 위험을 줄이고, LNG 벙커링 작업에 대한 외부 간섭 위험을 줄이고, LNG 또는 천연가스 방출이 발생할 경우 위험 상황의 확대 가능성을 제한하기 위해 벙커링 작업 주변의 보안 및 안전 구역을 설정할 필요가 있습니다.

Key Characteristics Affecting Tank Capacity for Bunkering LNG

다음 특성은 LNG를 처리하기 위한 주요 고려 사항을 나타내며, 일반적인 액체 연료 저장 및 벙커링과의 중요한 차이점을 강조합니다.

 

Bunkering (Loading) Temperature :

대기압에서 천연가스는 약 -162°C(-260°F)의 온도에서 액화됩니다. LNG는 온도가 증가하면 증기압이 증가하고 액체 밀도가 감소합니다. 이러한 물리적 변화는 저장탱크 부피와 압력 등급을 증가시킬 수 있기 때문에 고려할 필요가 있습니다.

 

Filling Limit :

LNG 탱크의 filling limit는 탱크 내 최대 허용 액체 부피이며, 전체 탱크 부피의 백분율로 표시되며, Filling limit와 Loading limit는 동일하지 않습니다. 기준온도에서 LNG 화물탱크의 최대 충진한도는 98%이고, LNG 연료 탱크에도 동일한 제한이 적용될 것으로 예상됩니다. 분류 협회 및 규제 기관의 요구 사항에 기초하여 경우에 따라 더 높은 충전 한도가 허용될 수 있습니다.

 

Reference Temperature :
기준온도는 감압밸브의 설정압력에서 LNG의 포화증기압에 해당하는 온도입니다.
예를 들어 LNG 탱크의 pressure relief valve 설정 압력이 0.7barg(10.15psig)이면 기준 온도는 -154.7°C(-246.4°F)이며, 이는 천연 가스가 0.7barg(10.15psig)에서 액체 상태로 유지되는 온도입니다.

 

Loading Limit :

Loading Limit은 탱크를 적재할 수 있는 최대 허용 액체 부피로, 전체 탱크 부피의 백분율로 표시됩니다. 이 한계는 적재 온도 및 기준 온도에서의 LNG 밀도에 따라 달라진다.

가스 연료를 사용하는 선박의 일반적인 적재 한계는 탱크 유형, 압력 완화 밸브 설정 및 기타 선박별 고려 사항에 따라 85%에서 95%에 이를 것으로 예상됩니다.

 

Heel :

(Receving vessel 입장에서) 보통 벙커링을 하기 전에 탱크에 남아있는 LNG의 부피를 탱크 힐이라고 합니다.
LNG의 이 작은 부피는 벙커링 동안 LNG 탱크가 다시 채워지기 전에 LNG탱크를 차갑게 유지합니다. 필요한 탱크 힐은 탱크 크기와 모양, 선박 움직임, 외부 소스로부터의 열 유입, 엔진의 가스 소비, 벙커링 및 항해 일정과 같은 여러 변수에 기초하여 탱크 설계자 및 연료 가스 설계자의 도움을 받아 계산되어야 합니다. 일반적인 경험의 법칙으로 초기 설계 고려 사항에 대해 탱크 힐을 5%로 가정할 수 있습니다.

Usable Capacity :

일반적으로 LNG 탱크의 사용가능용량은 Loading limit에서 heel을 뺀 값으로, 전체 탱크 부피의 백분율로 표시되며, 사용 가능 용량은 탱크 내 벙커링된 LNG의 소모량입니다.