LNG 측정의 어려움

Micro Motion Coriolis 유량계를 사용한 최적 LNG 측정

해양 선박에 사용되는 연료로서 LNG가 각광받고 있는 현재 상황과 관련해, 에머슨의 Arjan Van Ginkel이 아직 발간되지 않은 백서에 수록될 정보를 제공해줬다.

이 백서는 ‘Micro Motion Coriolis 유량계를 사용한 최적 LNG 측정 수행 방안’이라는 제목으로 Arjan이 네덜란드 Delft 소재 De Lindenhof에서 10월 17~18일에 개최될 예정인 Metrology for LNG Con ference(LNG 계측 컨퍼런스)에서 발표할 자료이기도 하다.

해양 산업 내 육불화황화물(SF6)의 최소화를 둘러싼 다수의 유럽 규제 방안으로 인해 보다 청정한 연소 연료 자원에 대한 요구가 높아지고 있다. 그 때문에 LNG가 최적의 자원 후보로 부상하고 있다.

천연가스에는 이산화탄소, 육불화황화물, 액화를 용이하게 하는 입자가 포함돼 있지 않다. 또한, 액체 형태의 천연가스는 용적에서 600배 가량 압축돼 손쉽게 운송할 수 있다. 고도의 압축률을 통해 용적 면에서는 보다 많은 에너지가 수송되나, 온실가스의 부재로 천연가스의 에너지 강도는 상대적으로 약하다. 연료원으로서 LNG가 적합한가에 대한 경제적, 기술적 관점은 다음과 같다.

석유 채유시 채취되며 상대적으로 깨끗한 자원인 LNG는 트럭에 대한 연료 적합성이 이미 입증된 바 있다. 현재 해양 산업 역시 업계의 청정한 미래를 위해 LNG의 사용을 고려 중인데, 저유황 연료는 너무 고가이며(운영 경비의 65%가 연료에 소요), 세정 집진기(Scrubber)는 높은 비용이 요구될 뿐만 아니라 아직 그 효과가 입증되지 않아, LNG가 해양 선박 엔진에 보다 적합한 선택이라는 생각이다.

LNG의 용적은 압력과 온도의 함수로 도출되기 때문에, 그 측정이 쉽지 않다. 해양 선박에 대한 LNG 측정에는 다음과 같은 사안이 결부돼 있다. 압력 요구 사항은 경우에 따라 상이할 수 있으며(트럭의 탱크 압력은 8~11 혹은 18 Bar-a로 다양하게 나뉜다), 압력에 따라 온도 및 밀도 또한 변화될 수 있다. 질량 측정이 LNG 측정의 표준을 제공한다.

LNG와 관련한 또 다른 이슈는 LNG에 대한 국제 품질 표준이 아직 미비하다는 점과 LNG의 에너지 함량 가변성을 꼽을 수 있다. 이에 대해, Arjan은 다음과 같이 권고했다. 에너지 함량, 즉 GCV(Gross Calorific Value : 총 발열량)의 확인이 중요할 수 있다. 이는 샘플 채취기를 사용해 천연가스의 샘플을 측정하는 방식으로, 열교환기와 가스 밀도계를 순서대로 적용하게 된다.

엔진 성능과 오랜 사용을 위해서는 에너지 함량을 주시하는 것이 중요하다. LNG는 일반적으로 엔진 내 연료 점화를 돕는 프로판을 포함하고 있다. 메탄가가 너무 낮은 경우, 프로판이 조기에 점화돼 엔진의 손상을 야기하는 노크(Knock) 잡음이 유발될 가능성이 높다. 이 문제를 방지하기 위해서, 메탄가를 사전에 주지하는 것이 도움이 될 것이다. 더불어 판매 업체를 통해 LNG 가스 성분을 확인하거나, 가스 크로마토그래프를 이용해 성분을 측정해 최적 연소 제어 전략을 수립할 수 있다.

한편, Arjan은 다음과 같은 유럽 연합의 요구 사항을 강조했다. EU 내에는 유체의 이전 거래에 대한 규정이 존재하며, 이는 MID(Measuring Instru ments Directive : 측정기기 지침)에 명시돼 있다. EU와 다른 참여국에서 활동하는 기업들은 유체 관련 설치 및 상거래에 대해 이 규정을 준수할 의무를 가진다. 이 규정의 부속서 Annex MI-005는 물 이외의 액체에 관한 것으로, LNG는 여기에 해당한다. 부속서는 다섯 가지 범주로 분류돼 있으며, 각 범주는 측정 난이도에 따라 구분된 정확도 요구사항을 제시하고 있다.

LNG를 포함한 모든 극저온 액체는 2.5 범주에 속하는데, 이는 전체 배치(Batch)에 대해 오차 범위 2.5%의 정확도 내에서 거래가 이뤄져야만 한다는 의미다. 또한, 유량계의 정확도는 1.5% 내로 제한될 것이 요구되며, 상거래 시스템 및 이의 구성요소 모두 MID 규정을 준수해야 한다.

이와 관련해 Arjan는 Coriolis 유량 측정 기술의 역할에 대해 다음과 같이 설명했다. Micro Motion Coriolis 유량계를 사용할 때, LNG 벙커링(Bunkering : 연료 공급)을 매우 정확하게 수행할 수 있다. 용적식 유량계에는 밀도에 대한 보정이 필요할 것이며, 대부분의 현재 기술은 동일한 정확성을 수반하지 못하고 있는 상황이다. 게다가 대다수의 용적식 유량계는 안정적 유체 흐름을 요구하기 때문에 벙커 시설 구축시에 선호되는 좁은 설치 공간 확보에 어려움이 따른다.

Arjan은 Coriolis 측정 기술을 사용한 MID 표준 대처 방안을 다음과 같이 요약했다. 특수한 설계 및 구조와 특허받은 영의 계수(Young-Modul us : 온도 보정 용도)를 갖춘 Micro Motion ELITE 시리즈의 제품군은 MID 규정의 요구 사항들을 모두 충족한다. 이는 또한 질량, 밀도, 용적에 있어 최상의 LNG 측정 정확성을 제공하며, 300kg/m³와 같은 최저 밀도에서도 MID 및 OIML(국제 법정 계량 기구)가 명시하는 규정을 준수한다.

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