스페인의 최대 LNG 공급자 Enagas는 우엘바 설비에서 예상치 못한 높은 Boil-off 가스 손실을 확인했습니다. 이는 가스초음파유량계 FLOWSIC600에 적합하지 않은 배관 구성으로 인해 발생한 심한 난류의 영향을 받았기 때문입니다. 재교정이나 확장도 물리적으로나 경제적인 해법이 아니었습니다. SICK는 그 대신 CFD 분석에 기반한 수정 기능을 이용하여 저렴한 비용으로 문제를 해결했습니다. 그때부터 장치는 -120°에서 증발 가스를 문제없이 측정합니다.
LNG: Enagas에서 Boil-off 가스 손실을 줄이는 SICK
2020. 2. 25
액화천연가스(Liquified Natural Gas/LNG)는 국가 간 파이프라인에 의존하지 않고 국가나 산업에 저탄소 에너지를 공급하는 가장 흥미로운 가능성 중 하나로 꼽힙니다. 액화천연가스는 천연가스가 -161°C(-258°F) 이하로 냉각될 때 생깁니다. 그러면 부피가 원래의 600분의 1로 줄어들어 유조선으로 어디로든 운송할 수 있습니다. 하지만 항상 냉각을 일정하게 유지할 수는 없으므로 육지와 선박의 탱크 내에서 때때로 증발 가스 또는 Boil-off 가스(BOG)가 생깁니다. 과압을 방지하기 위해 대개 이 가스를 예비 에너지로 이용하거나 소각합니다.
스페인은 수년 전부터 필요 에너지의 75%를 액화천연가스로 충당하고 있습니다. 스페인의 에너지 그룹인 Enagas는 스페인에서만 여섯 곳의 LNG 터미널을 운영하고 있으며 추가 터미널을 건설 중입니다. 도착한 LNG는 이곳에 저장된 뒤 트럭으로 다시 운송되거나 재기화되고 11,000킬로미터 길이의 그룹 파이프망에 공급됩니다. 저장소 내 증발 가스는 경제적으로 다시 냉각할 수 있으며 소각을 거의 피할 수 있습니다.
소각 전에 BOG 부피를 최대한 정확히 측정하기 위해 스페인 우엘바의 LNG 터미널에서는 40" Boil-Off 가스 파이프라인에 SICK의 2경로 초음파 가스 측정 장치 FLOWSIC600을 사용했습니다. 이 장치는 고내성 티타늄 변환기 덕분에 -194°C까지 초저온에서도 끄떡없고 압력 손실을 유발하지 않기에 그 자체로 이상적인 선택입니다. 이 장치를 몇 달 동안 사용하고 나서 설비의 총 결산 결과가 가스 손실(unaccounted-for-gas) 0.18%로 나타났습니다. 이는 작은 수치이지만 매년 200만 유로의 통화 손실에 해당합니다.
컴퓨터 시뮬레이션을 통한 솔루션(CFD)
Enagas는 제조사 SICK에 원인 조사를 도와 달라고 요청했습니다. 상세하게 설비를 시찰하고 설치 조건을 분석한 결과 FLOWSIC600 설치 장소에서 심한 흐름 교란이 일어난다는 것이 밝혀졌습니다. 유입 구간 앞에 있는 두 개의 90° 파이프 엘보가 그 원인이었습니다. 이러한 구조는 장치 설계 시점에 몰랐던 것이었습니다. 뚜렷한 교란이 2경로 측정 장치의 측정 결과에 영향을 미쳤습니다.
이어서 솔루션 방안이 모색되었습니다. 교란을 교정하는 안은 장치 컨셉과 큰 관 호칭 치수 때문에 후보에서 제외되었습니다. 또 다른 선택지는 측정 경로를 추가하는 것이었는데 그러려면 기계적인 개조가 필요했습니다. 결국 Enagas와 SICK는 CFD(Computational Fluid Dynamics)를 이용한 솔루션을 선택했습니다. 이 솔루션은 컴퓨터 시뮬레이션으로 설비를 모사하고 측정 섹션의 흐름 프로파일을 산출합니다. 이를 통해 측정 오류를 추론할 수 있습니다. 분석을 실행한 결과, 7.4퍼센트에 이르는 측정 오류가 나왔습니다.
마지막 단계에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 바탕으로 수정 기능을 산출할 수 있었습니다. 수정 기능을 실제 장치에 적용하자 완벽한 성공을 거둘 수 있었습니다. 수정을 통해 결산 가스 손실을 0.1%, 혹은 환산해서 연간 100만 유로만큼 줄일 수 있었습니다. 이는 Enagas에서 받아들일 수 있는 수치였습니다. 초음파 측정 장치 FLOWSIC600은 이제 10년 가까이 -120°C에서 증발 가스를 확실하게 측정하고 있습니다. CFD 분석은 바람직하지 않은 설치 효과를 줄이는 데 도움이 되었습니다.
Jörg Wenzel
Flow Measurement 제품 마케팅 서비스 부서장
Jörg Wenzel은 2011년부터 SICK의 유량 측정 장치와 가스 유량계 영역에서 일하고 있으며 특히 제품 관리 그룹 리더를 지냈다. 2016년부터 이 분야의 마케팅을 담당하고 있다. 자신의 팀 그리고 제품 관리부와 함께 신제품과 혁신적 솔루션의 시장 포지셔닝 작업에 역점을 두고 있다.
