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LNG Carrier Type

선박기술의 꽃, LNG 수송선

LNG수송선은 영하 1백63도의 초 저온에 견딜수 있는 탱크를 설계, 건조해야 하기 때문에 조선공업 전반에 관한 최고 수준의 건조기술을 필요로 한다. LNG선은 크게 분류하여 MEMBRANE방식과 독립 TANK 방식의 MOSS 형 두TYPE으로 나눌수 있다. 이들 방식중 MEMBRANE방식에는 GAZTRANSPORT방식과 TECHINIGAZ방식이, 독립 TANK 방식에는 구형 TANK 방식이 신뢰성 있는 화물격납장치로서 확립되어 현재 해상운송을 위한 LNG선에 채용되고 있다.

독립식 MOSS 구형 TYPE-B TANK 방식 현대상선, SK해운

방열재가 없는 원통상의 Skirt로 지지되는 단순한 구조이기 때문에 높은 정도의 응력 해석이 가능하다. 1차 방벽으로는 AL합금 A5083 또는 9% NI강이 이용되며 방열재료인 POLYSTYRANE foam 또는 POLYURETHANE foam 은 구형 Tank 외면 및 원통상 Skirt 상부에 취부 되어있다. 2차 방벽은 부분격백으로 경감 되어 있다. 이것은 Tank의 대 파괴가 일어나기 전에 충분한 여유를 가지고 미 소량의 가스누설을 탐지할 수 있도록 한 것이 Tank fatigue mechanism 해석에서 증명되었기 때문이다. 열신축 대책으로 독립된 구형 Tank를 원통형 Skirt가 지지하며, Skirt 상단은 Tank와 같이 저온 상태, 하단은 상온상태로 그 사이는 완만한 온도 공배(溫度 )로 되어있다. 그 때문에 Tank와 Skirt는 완만하게 열신축이 가능하다.

MEMBRANE식 TANK 방식 한진해운, SK해운, 대한해운

Membrane이란 0.5~1.2mm정도의 아주 얇은 막으로 독립식 Tank로서의 강도를 가지며, 누설방지를 위하여 액밀성만을 가질 뿐 화물 TANK로서의 강도는 없다. 즉, 화물의 하중은 방열재로부터 선체에 전달되어지게 된다. 이에는 두 가지 방식이있는 바, 하나는 열신축 대책으로 주름이 잡힌 Membrane를 사용하는 TECHNIGAZ 방식이며, 다른 하나는 INVAR의 특성을 이용, 평탄한 Membrane를 사용한 GAZTRANSPORT방식이 있다.

TECHINIGAZ방식

이 방식의 특징은 1차 방벽으로서 사용하고있는 1.2mm두께의 파형이 붙은 STAINLESS Membrane이고 저온에 의한 수축은 파형부의 주름에서 흡수하여 Membrane내에는 거의 큰 응력이 생기지 않는다. 방열재로는 BALSA재, 이차격벽으로는 2.4mm 두께의 특수합판을 선택한것을 MARK I type이라 부르고 많은 실적을 갖고 있다. 한편, Cost 절감과 재료의 신뢰성을 높이는 목적으로 방열재를 GLASS섬유가 틀어있는 POLYURETHANE FOAM, 이차방벽으로서 TRIPLEX CAL BOX 양측에 GLASSCLOTH를 붙인 것)를 사용한것 를 MARK III type이라 부른다.

GAZ TRANSPORT MEMBRANE방식 한진평택호, 한진무스카트호, 한진수호, 한진라스라판호 TYPE

GT Membarane방식의 특징은 1차방벽 같은 0.5~0.7mm 두께의 36% Ni (INVAR INVARIABLE STEEL)을 사용하고 있다. 이 INVAR 는 열에 의한 선팽창율수가 극히 적은 특징을 갖고 있기 때문에 열신축에 의한 영향은 거의 받지 않는다. 방열재로는 PERLITE로 채운 합판상자가 사용되고 있다. 이 방식의 특징은 일이차방벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 갖고 있어 일차방벽의 누설시 상당한 기간동안 이차 방벽만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다는 점이다.

SPB방식 SELF-SUPPORTING PRISMATIC TYPE-B

이 방식은 종래 LPG선에서 채용되고있는 방형 독립 TANK와같은 방식으로 실적이 있는 AL TANK를 채용하고 있는 것이 특징이다. 일차방벽으로서 알루미늄합금 4508301 사용되고 Tank 내벽에는 같은 알루미늄합금의 방열재가 종횡으로 들어가 있다. 이 방식은 MOSS TYPE과 같이 IMO TYPE B로 인정되어 이차방벽이 경감되었다. 방열재료는 POLYURETHANE FOAM이 사용되었다. TANK 본체는 여러 개의 Support block를 넣어 선체와 맞추고 있고 Tank의 열신축은 이 Support block의 SLIDE 구조로 흡수한다. 이 방식은 일본 IHI에서 독자개발되어 현재 두 척이 건조되어 운항중이다.

독립형 TANK와 MEMBRANE TANK 방식의 특징비교

구분 Moss Type (독립 Tank형) Membrane Type (TG/GT)
TANK 기능 TANK 자기지지와 LNG 하중지지의 기능을 갖는다. 선체강도와는 무관하다. LNG에 대해서 액밀성, 열신축기능을 갖는다.
방열재기능 방열재자체기능만을 갖고있다. 자기지지와 LNG하중지지 기능은 없다. 방열기능 외에 LNG하중지지의 강도를 갖고있다.(LNG하중을 선체에 전하는 기능)
INNER HULL기능
(선체강도이외)		 선저부에서 TANK하중, LNG하중을 지지한다. HOLD부전면에서 방열재 하중, LNG하중을 지지한다.
기타사항 화물구역이 갑판상부에 위치하여 항해사의 BLIND SECTOR가 크며 풍하면적이 넓어 선박 회두성능에 지장을 초래한다. 화물구역이 갑판하부에 위치하여 견시영역이 넓으며 풍하면적이 일반화물선보다 적어 선박 조종 성능에 적은영향을 준다.

LNG(액화천연가스) 천연가스를 기압 냉각시켜 액체 상태로 만든 것

성분 비점(1기압 하에서 액화하는 온도) 가스비중(공기=1) 액체비중(비점/4℃물) 가스부피/액체부피 폭발한(대공기혼합비) 발열(Kcal/kg)
메탄(CH4) -161.5℃ 0.555 0.425 630배 5~15 13,270
비고 극저온 공기보다 가볍다 물보다 가볍다 기화하면 크게 팽창 인화성가스 고에너지
<참고> 가정용 프로판가스는 LPG(액화 석유 가스로 LNG와는 다르다. 프로판가스는 공기보다 무겁다. 도시가스나 화력 발전 용으로 쓰이는 LNG(액화천연가스)는 엄청나게 많은 양이 소비된다. 이러한 LNG를 운반하는 배를 LNG탱커 [LNG선]라고 한다. LNG는 매우 저온이므로 LNG탱커에는 저온상태를 유지하는 특별한 설비를 갖춰야 한다. 이 때문에 탱크 안쪽 면에는 저온에 강한 스테인리스와 알루미늄 합금 등의 재료가 사용된다. 또 단열 및 폭발 방지를 위해서 선체는 이중덮개로 둘러싸여 있다. 구(球) 모양의 탱크를 여러 개 연결하거나 금속막으로 밀폐한 탱크를 선체 안에 내장시키는 방식이 있다. LNG는 사고로 바다에 유출돼도 증발해 버리기 때문에 원유처럼 환경오염은 일으키지 않는다. 운송 중에 랭크에서 조금씩 누출되는 LNG는 그냥 방출하지 않고 보일러로 끌어와 증기터빈을 가동시키는데 쓴다. 최근에는 연료전지를 이용한 LNG탱커가 개발중인데 이것은 LNG 를 연소시키지 않고 직접 전력으로 바꾸어 모터를 돌린다. 모터선은 제어가 쉽고 적은 인원으로 배를 운항할 수 있는 이점이 있다.