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(출처: http://www.mtshouston.org/pdfs/2005/Excelerate_4_2005.pdf)
LNG terminal 종류를 크게 네 가지로 나누면 아래표와 같다.
<LNG Terminal Types>
Conventional |
Subsea Pipelines | ||
Case 1 |
Case 2 |
Case 3 |
Case 4 |
Carbon steel pipe |
Special pipe (low contraction) |
Special pipe (low contraction) |
Special pipe (low contraction) |
Insulation coating |
PIP insulation |
PIP insulation |
PIP insulation |
Expansion loops |
- |
- |
- |
Jetty |
Jetty |
- |
- |
Breakwaters |
Breakwaters |
Breakwaters |
- |
Continuous dredging |
Continuous dredging |
Continuous dredging |
No dredging w/SPM (flexible riser) |
LNG를 운반선에 싣거나 내릴 때에 LNG tanker 정박ㆍ하역시설이 필요하다. 액화상태의 저온의 LNG는 육상 액화시설에서 LNG tanker로, 혹은 LNG tanker에서 육상 기화시설로 옮긴다.
이 때 일반적으로 다리시설 위에 설치한 해상 파이프라인을 쓰는데, 이 파이프라인은 저온 유지를 위한 보온장치가 되어 있고 강관 수축을 완화ㆍ흡수하도록 ‘ㄷ’자 모양의 여러 개의 expansion loop가 설치되어 있다.
지형과 해양환경에 따라서 배가 정박하고 있는 동안 파도의 영향을 덜 받도록 방파제를 설치하는 경우도 있다. 또한 주기적으로 배의 운행경로를 준설하여 일정한 수심을 유지하여야 한다.
아래 그림은 일반적인 LNG 해상 파이프라인이지만 특수 강관과 pipe-in-pipe(PIP) 보온 시스템을 써서 expansion loop를 없앤 경우를 보여 준다.
특수 강관의 종류와 PIP 보온 시스템에 대하여는 뒷면에 소개한다.
<Conventional LNG Terminal without Expansion Loops>
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(출처: “Update on Subsea LNG Pipeline Technology,” Tom Phalen, et. al., Offshore Technology Conference Paper No. 18542, 2007)
위에 기술한 방법 외에 파이프라인을 해저면에 설치하는 경우가 있다.
장점은 파이프라인을 지지하는 다리구조물이 필요없고 특수강관과 PIP 보온시스템을 활용하여 expansion loop를 없앤 것이다. 그러나 LNG tanker의 정박을 위한 해상 구조물은 필요하다.
이 해저 파이프라인을 더 깊은 바다까지 연장하면 방파제와 준설이 필요없어 초기 공사비와 유지비를 절약할 수 있다.
이 경우 고정식 해상 구조물보다 SPM(single point mooring)같은 부유식 구조물이 더 경제적일 수 있다.
SPM을 쓸 경우 부유물의 움직임에 견딜 수 있는 유연성 라이저 파이프가 필요하다.
이제 LNG 파이프라인의 재료와 보온의 종류에 대하여 알아보자.
앞에서도 언급했듯이 LNG 온도는 아주 낮아서 (-162oC) 열 수축에 충분히 견딜 수 있는 파이프재료가 필요하다. 또 온도가 높아지면 기화가 되므로 저온을 유지해주는 보온 시스템이 필요하다.
일반적으로 LNG 파이프라인은 스테인레스 강관에 두꺼운 보온 코팅을 하고 파이프의 수축을 완화ㆍ흡수하는 expansion loop와 함께 다리구조물 위에 설치한다.
최근에는 열팽창계수가 저탄소강의 10분의 1에 불과한 Invar(36% Ni)를 많이 쓰는데 이 재료는 저탄소강에 비하면 아주 비싸지만 expansion loop가 필요없고 다리구조물 등 다른 시설비를 절약할 수 있으므로 경쟁력이 있다.
<LNG 파이프의 종류>
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*저탄소강(Carbon steel)은 저온용으로 적합치 않으므로 PIP의 외관으로 만 쓰임.
강관 외에 유연성 파이프 (flexible pipe)도 LNG 파이프라인용으로 쓸 수 있다.
이 파이프의 장점은 릴에 감아서 설치하므로 용접없이 설치가 간단하고 파이프가 유연하므로 동적운동에 적합하다.
파이프 보온 방법은 1” ~ 6” 두께의 GSPU(glass syntatctic polyurethane)나 PU(polyurethane) 코팅을 강관 외벽에 입히거나 다중관에 여러 가지 종류의 보온재료를 쓰는 것이다.
접합은 보온한 속파이프를 겉파이프 속으로 집어넣은 후 각각 용접해야 하므로 과정이 복잡하고 어렵다. 아래 그림은 다중관 용접 접합의 예를 보여 준다.
<다중관 용접 접합>
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결론으로 해저 LNG 파이프라인의 장점을 일반 해상 LNG파이프라인과 비교하면
• 해저면에 설치하므로 테러와 폭발로부터 더 안전하다.
• 파이프재료비는 더 들지만 expansion loop, 다리구조물, 방파제 등이 필요없어 초기 공사비가 절감된다.
• 다리구조물 유지비나 준설비 등 운영비가 적게 든다.
• 지형상 혹은 해상교통 문제 등으로 다리구조물을 세울 수 없거나 LNG tanker를 해안에서 멀리 떨어진 곳에 정박시키는 경우에 유리하다.
LNG 파이프라인 외에 아직도 해양 송유관 재료와 시스템 개발에 많은 연구사항이 있는데 이는 다음 호에 논하겠다.
저자; 이재영 엔지니어는 21년 경력의 국내외에서 손꼽히는 해양파이프라인 설계 전문가이다. 현재 휴스턴에 있는 Technip, USA에서 Principal Engineer로 일하고 있다.
주요 경력:
-미국 텍사스주 기술사
-미국 토목 공학회 (ASCE) Fellow 회원
-미국 텍사스 A&M 대학 해양공학 석사