LNG선

LNG 탱커 (liquefied natural gas tanker) , 혹은 LNG선 (LNG carrier)는 액화천연가스(LNG)를 수송하는 선박이다. 큰 저온 단열 탱크를 선체 내에 몇 개 갖추고 있어 내부에는 극저온의 LNG가 충전된다.
개요.
LNG 탱커는 액화천연가스(LNG)를 전문적으로 수송하기 위해 만들어진 선박이다. 액화천연가스는 공기(비중 1) 대비 비중이 0.5 이하로 가볍고, 메탄(CH4)을 주성분으로 한다. 섭씨 -161.5°C이하의 상압 하에서 액체가 되기 때문에, 가압 탱크나 단열층을 갖추고 있지만, 원유의 비중 약 0.85와 비교해도 꽤나 가볍다.(반면 LPG는 비중이 프로판 1.52, 부테인 2.01로 공기보다 무겁다.) 그래서 다른 탱커와 비교해도 선체에 대한 하물 체적이 필연적으로 커져, 선체의 실루엣에서도 흡수 선상의 부분이 크게 보인다. 초저온 조건 하에서도 선체 구조재가 취성 파괴를 일으키지 않는 연구를 하고, 화기 사용에 관한 규제가 있다. 천연가스의 발화 온도는 632°C이며, 화염 속도는 38cm/초로 비교적 늦다.
역사.
뷰로 베리타스(Bureau Veritas)에 의해 분류된 최초의 LNG 운반선인 "메테인 파이오니어"("Methane Pioneer", 5,034DWT)는 1959년 1월 25일 루이지애나만 연안의 칼카슈강을 떠났다. 세계 최초의 해상 LNG 화물을 싣고 영국으로 항해하여 화물이 인도되었다. 그 무역의 후속 확장은 최대 266,000㎥를 운반하는 거대한 LNG 선박이 전 세계적으로 항해하는 오늘날까지 선단을 크게 확장했다.
메테인 파이오니어로 이름 변경한 특별 개조 C1-M-AV1형 표준 선박 "노르마르티"("Normarti")의 성공으로 영국 가스위원회와 콘치 인터내셔널 메테인사는 메테인 프린세스(Methane Princess)와 메테인 프로그레스(Methane Progress)라는 두 개의 특수 건조 LNG 운반선 건조를 주문했다. 이 선박에는 콘치사의 독립 알루미늄 화물 탱크가 장착되어 있었으며, 1964년 알제리 LNG 무역에 들어갔다. 이 선박의 용량은 27,000㎥였다.
1960년대 후반에 알래스카에서 일본으로 LNG를 수출할 기회가 생겨 1969년 도쿄전력과 도쿄가스와의 무역이 시작되었다. 각각 71,500㎥의 용량을 가진 두 척의 배인 "폴라 알라스카"("Polar Alaska")와 "아크틱 도쿄"("Arctic Tokyo")가 스웨덴에서 건조되었다. 1970년대 초 미국 정부는 미국 조선소에 LNG 운반선 건조를 독려하여 총 16척의 LNG선이 건조되었다. 1970년대 후반과 1980년대 초반에는 많은 프로젝트가 연구되고 있었고, 북극 LNG 선박의 전망이 높아졌다.
화물 용량이 약 143,000㎥로 증가함에 따라 노르웨이의 모스 로젠베르크(모스형)와 더불어 프랑스에서도 테크니가즈의 〈마크 III〉와 가즈트랑스포르의 〈No.96〉에 이르기까지 새로운 탱크 설계가 개발되었다.
최근 몇 년 동안 LNG 운반선의 크기와 용량은 크게 증가했다. 2005년부터 "카타르개스"("Qatargas")는 Q-Flex와 Q-Max라고 하는 두 가지 새로운 종류의 LNG 운반선 개발을 개척해 왔다. 각 선박의 화물 용량은 21만 ~26.6만㎥이며 재액화 플랜트가 장착되어 있었다.
2005년까지 총 203척의 선박이 건조되었으며, 그중 2005년까지 취항하고 있었던 선박은 193척이었다.
2016년 말 현재 전 세계 LNG 선단은 439척의 선박으로 구성되어 있다. 2017년 한 번에 약 170척의 선박이 사용 중이다.
2018년 말 기준 전 세계 LNG 선박은 약 550척이었다.
국내에서는 현대중공업이 1982년 노르웨이 카바에르네르사로부터 모스형 기술을 도입해 1991년에 모스형 LNG선인 ‘현대 유토피아’를 처음으로 수주한 뒤 계속 사용하다가 2006년 6월 울산 조선소에서 마지막 모스형 LNG선을 인도한 이후 모스형 탱크를 가진 LNG선의 제작이 중단되었다. 2006년 이후부터 2022년까지 멤브레인형 LNG선이 대한민국의 주력 제품이 되었다. 대우조선과 삼성중공업은 처음부터 모스형 LNG선을 제작하지 않았고, 1990년 6월 프랑스 GTT사에서 멤브레인형 기술을 도입해 건조 능력을 키워왔다.
LNG 탱크.
탱크의 형상.
멤브레인형 LNG 탱크는 모스형 탱크보다 적재량이 40% 많기 때문에, GTT 마크 III 시스템이 대세화로 굳어지고 있다. 대한민국 국내에서는 모든 조선소들이 전량 GTT 기술을 채택하고 있다. 삼성중공업과 현대중공업, 한진중공업은 GTT 마크 III, 대우조선소는 GTT NO96 채택하고 있다.
탱크의 형식.
21세기 초두 현재, LNG를 적재하는 탱크에는 크게 2개의 방식이 있다.
모스 방식.
구형 탱크 방식으로는 알루미늄 합금, 9% 니켈 강철, 스텐레스강철이 사용되고 있다.
모스(Moss) 방식의 독립 구형 탱크는 노르웨이의 오슬로의 남 50km의 모스시에서 개발된 방식이다. 한국에서는 현대중공업에서 13만7천m3급의 현대유토피아호를, 일본에서는 미츠비시, 미츠이, 카와사키가 라이센스 계약을 행하고 있다. 일본에서는 125,000m/153,000m의 LNG선 47척이 건조되고 있다.(2009년 시점)
선체에서는 독립한 구형 탱크의 적도부가 원통형의 금속제의 탱크 지지부(스커트)의 상단에서 유지되어 지지 부하단은 대좌 갑판으로 불리는 선창 내벽에 용접된다.
멤브레인 방식.
멤브레인 방식으로는 그 이름대로, 탱크는 박막이라고 불러도 좋을 정도의 두께의 저온 대응의 인바 합금으로 만들어, 수축에 의한 변형에도 유연에 대응한다.
GTT 방식.
멘브레인 방식은 1994년에 합병된 가즈트랑스포르&amp;테크니가즈(약칭 GTT)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 슬로싱(출렁거림)에 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 의무화되고 있다.
마크 III와 No.96에 이어 2007년의 시점에서의 최신 설계는 GTT-CS방식이 된다.
GTT CS방식.
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 탱크 간의 옆 격벽이 냉각되면, 취성 파괴의 리스크가 높아지기 위해서 가열 보온 장치가 갖춰져 있는.
기타 방식.
상기의 모스 방식으로 대표되는 구형 탱크 방식이나 테크니가즈 방식·가즈프랑스포르 방식으로 대표되는 멤브레인 방식 외에도 다음과 같은 각종 방식이 제안이나 실험이 행해졌다.
세미-멤브레인.
멤브레인 방식보다 후판의 금속의 사용에 의해 경량화와 용이한 용접 작업을 실현하고 있다. 열흡수는 탱크 코너의 모퉁이의 원호부에서 흡수된다.브리지스톤의 후랏트멤브레인, IHI(당시의 이시카와지마 하리마 중공업 주식회사)의 플랫 탱크 등.
이색의 설계예.
콘크리트제 LNG선(콘트란스토, 미 다이탐 방식)이나 빙해 LNG선(가아크틱·프로젝트, 핀란드의 와르치라사안), 빙해 아래를 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.