KR20200109075A - 자연해수를 이용한 lng 저장탱크의 급속 수압시험 시스템 - Google Patents

자연해수를 이용한 lng 저장탱크의 급속 수압시험 시스템 Download PDF

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이훈희
정지영
김수주
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삼성물산 주식회사
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Abstract

본 발명은 LNG 인수기지 (LNG terminal) 건설 프로젝트 수행에 있어서 필수 공종인 LNG 저장탱크의 수압시험 (Hydrotest)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수압시험 용수로 건설 현장 인근 연안의 자연해수를 적용하면서 해수에 의한 LNG 저장탱크를 구성하는 금속부의 부식 및 손상을 방지하여, 결과 담수를 사용하는 종래방식 대비 수압시험 기간 단축이 가능한 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압시험 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템에 있어서, 해수를 흡입하는 흡입헤더와; 흡입헤더에서 흡입된 해수가 체류하는 저장부와, 저장부에서 해수를 LNG 저장탱크로 수송하도록 하는 펌프와, 펌프에서 공급되는 해수 내 고형물을 제거하는 전처리 필터와, 여과된 해수를 LNG 저장탱크로 공급하는 유입관을 포함하여 이루어지는 해수 공급부;로 구성되어, 펌프를 가동하여 흡입헤더를 통해 인근연안의 해수를 유입하여 전처리 필터 및 유입관을 거쳐 LNG 저장탱크의 내부로 해수를 고유량/연속 공급하도록 이루어진다.

Description

자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압시험 시스템{LNG Storage Tank Hydrotesting System Using Natural Seawater}
본 발명은 LNG 인수기지 (LNG terminal) 건설 프로젝트 수행에 있어서 필수 공종인 LNG 저장탱크의 수압시험 (Hydrotest)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수압시험 용수로 건설 현장 인근 연안의 자연해수를 적용하면서 해수에 의한 LNG 저장탱크를 구성하는 금속부의 부식 및 손상을 방지하여, 결과 담수를 사용하는 종래방식 대비 수압시험 기간 단축이 가능한 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압시험 시스템에 관한 것이다.
청정연료로서 액화천연가스 (Liquefied Natural Gas, LNG) 수요는 전세계적으로 증가하고 있으며, 이로 인한 LNG 인수기지 (LNG terminal) 건설 프로젝트의 발주도 계속 증가하고 있다. LNG 인수기지 건설은 설계, 구매, 시공, 시운전이 일괄로 수행된다. LNG 저장탱크 수압시험 (Hydrotest)은 최대부하 (full loading) 조건에서 탱크의 지반침하 및 누출확인 목적으로 LNG 인수기지 시운전 (Commissioning) 이전 필수적으로 수행하여야 하는 공종이다.
구체적으로는 LNG와 물의 비중차를 감안하여 탱크 저장 용량의 65 %까지 담수 (Fresh water)를 주입한다. 최대 수면 높이를 1 ~ 2 일간 유지하면서 (Holding) 탱크의 지반침하 및 누출 여부를 검사한 후, 방류 및 세척 (Emptying/Cleaning)을 진행하여 수압시험을 종료하게 된다.
규모의 경제를 실현하기 위하여 LNG 인수기지의 시설용량이 지속적으로 증가함에 따라 담수를 이용하는 종래 수압시험 방식은 건설이 이루어지는 지역의 여건에 따라 수압시험 기간 및 소요비용이 큰 폭으로 변동하여 그 실시에 어려움이 있다. 예를 들어 용량 200,000 m3 LNG 저장탱크의 경우 수압시험 실시에 125,000 m3 용수가 필요하며, 담수공급이 제한되는 물부족 국가/지역에서는 수압시험 실시자체가 불가능한 경우가 빈번하게 발생한다.
LNG 인수기지는 해안에 건설됨을 고려하여 인근 해수를 이용한 수압시험이 대안으로 인식되고 있다. 이와 같이, 해수를 이용하여 LNG 저장탱크의 수압시험을 수행하는 경우 용수공급에 제한이 없어 신속한 수압시험 실시가 가능하지만, 동시에 수압시험 기간 중 해수에 노출된 LNG 저장탱크 금속구조물의 부식을 효과적으로 관리하여야 하며, 수압시험 종료 후에는 잔류염분에 의한 추가 금속 손상의 위험성도 고려하여야 한다. 대규모 구조물 방식에 통상적으로 사용되는 희생양극 및 외부전원법의 경우 효과적으로 부식을 방지할 수 있으나, 수압시험 전/후로 관련 기자재의 설치/해체가 필요하며 이로 인한 추가 비용이 발생하며 작업 시간 또한 증가하게 된다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 미국 특허등록 제06815208호 "수압시험을 위한 화학처리"(특허문헌 1)가 있다.
상기 배경기술에서는 해수에 살균제와 같은 화학약품을 주입하는 경우 복잡한 부식 방지 기자재/시스템의 추가설치 없이 부식을 방지할 수 있으나, 이 경우 탱크에 저장된 수압용수의 해안 방류 시 환경오염 이슈로 별도 수처리가 필요하다. 이러한 문제점들로 인하여 해수를 이용한 LNG 저장탱크의 수압시험은 적용이 제한되는 문제점이 있었다.
미국 특허등록 제06815208호 "수압시험을 위한 화학처리"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, LNG 인수기지 연안의 해수를 사용하여 LNG 저장탱크의 수압시험 실시를 가능하게 하여 담수를 이용하는 종래의 수압시험 방식과 비교하여 효과적인 수압시험 기간 단축이 가능하며, 해수 공급(filling), 방류/세척 등의 수압시험 각 단계의 작업 효율성을 극대화하면서, 별도 화학물질 적용 없이 해수 내 부식 유발인자를 제어하여 수질관리가 용이한 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압시험 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템에 있어서, 해수를 흡입하는 흡입헤더와; 흡입헤더에서 흡입된 해수가 체류하는 저장부와, 저장부에서 해수를 LNG 저장탱크로 수송하도록 하는 펌프와, 펌프에서 공급되는 해수 내 고형물을 제거하는 전처리 필터와, 여과된 해수를 LNG 저장탱크로 공급하는 유입관을 포함하여 이루어지는 해수 공급부;로 구성되어, 펌프를 가동하여 흡입헤더를 통해 인근연안의 해수를 유입하여 전처리 필터 및 유입관을 거쳐 LNG 저장탱크의 내부로 해수를 고유량/연속 공급하는 것을 특징으로 하는 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템을 제공하고자 한다.
또한, LNG 저장탱크의 내부에 구성되어 최대 수심에서 지반침하 및 누출여부를 검사 후, LNG 저장탱크 내부에 저장된 해수를 배수관을 통해 외부로 배출하도록 하는 배수펌프가 구성되는 것을 특징으로 하는 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템을 제공하고자 한다.
또한, 담수를 저장하는 담수탱크와, 담수탱크에서 담수를 LNG 저장탱크로 공급하는 담수 공급관이 추가로 구성되어, LNG 저장탱크의 내부에 저장된 해수를 배출한 후 담수탱크의 담수를 분사하여 LNG 저장탱크의 내부를 세척하는 것을 특징으로 하는 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템을 제공하고자 한다.
또한, LNG 저장탱크 중 9% 니켈강으로 이루어지는 내부 저장조의 벽체(shell)와 바닥부(bottom)를 방청 성능을 가지는 프라이머 추가 도장으로 통하여 수압시험 기간 중 해수노출에 의한 부식손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템을 제공하고자 한다.
또한, 방청 성능을 가지는 프라이머로 아연 크로메이트 및 아연분말을 함유한 도료를 용접부 및 일정 거리 이격된 열영향부(d) 표면에 추가 도장막을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압시험 시스템은 LNG 인수기지 건설현장 인근 연안의 해수를 활용한 수압시험의 실시를 가능하여 결과 종래의 담수를 이용하는 방식과 비교하여 효과적인 수압시험 기간 단축이 가능하여, 최종적으로는 건설 프로젝트 비용절감 및 공기준수에 기여하는 효과가 있다.
또한, 수압시험 각 단계에서 LNG 인수기지 기존 구조물을 활용하여 비용을 최소화하고 작업 효율성을 극대화하고, 더 나아가서 별도 화학물질을 적용하지 않고 해수 내 부식 유발인자를 제어하여 수질관리가 용이한 매우 유용한 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압시험 시스템 중 해수 유입부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 상기 도 1에 표시한 해수 유입부의 LNG 인수기지 부지 내 배치 평면도 (lay-out)이다.
도 3은 본 발명에서 배수 및 세척시스템이 추가된 실시예를 도시한 LNG 저장탱크의 구성도이다.
도 4는 본 발명에서 9% 니켈강판의 용접부 및 주변 열영향부에 대한 보호도장의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 인공해수를 이용한 실험실 조건의 부식실험 (Lab-scale corrosion test)에서 본 발명이 제안하는 보호도장을 적용한 9% 니켈강과 보호도장이 적용되지 않는 9% 니켈강으로 준비된 시험편의 해수노출 시간에 따른 부식 속도를 측정 비교한 그래프이다.
도 6은 해수가 유입된 LNG 저장탱크의 수심에 따라 서로 다른 부식특성을 가지는 해수면, 폭기, 탈기 영역을 도시한 개념도이다.
도 7은 자연해수를 이용한 현장조건 부식실험 (On-site corrosion test) 수행을 위하여 시험용기에 9% 니켈강 시험편의 침지 위치를 도시한 도이다.
도 8은 도 7에 표시한 시험용기에서 자연해수에 4주간 노출된 9% 니켈강 시험편에서 발생한 보호도장이 열화손상된 부위의 부식침투 여부를 검사하기 위한 절단면 (cross-section)을 도시한 도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 상기 도 1에 표시된 해수 수압시험 시스템의 건설 현장 내 배치도 (lay-out)이다. 본 발명의 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템은 도 1 및 도 2에서와 같이, 해수를 흡입하는 흡입헤더(20), 해수가 유입되어 체류하는 저장부(31), 저장부(31)에 유입된 해수를 LNG 저장탱크(10)로 이송하는 펌프(32), 해수 내 부유고형물을 제거하는 전처리 필터(50), 여과된 해수를 LNG 저장탱크로 공급하는 유입관(40)을 포함하여 구성된다. 흡입헤더(20)와 저장부(31)는 수압시험 실시를 위하여 별도 구축하거나 LNG 인수기지 내 해수 유입시설(Seawater intake package)을 활용할 수 있다. 흡입헤더(20)는 LNG 인수기지의 근접 해수를 유입할 수 있도록 바다의 내부에 침하시켜 구성되며, 흡입헤더(20)에는 바닷물에 부유하는 부유물이나 이물질 등을 거를 수 있는 별도의 스크린(미도시) 등이 구성될 수 있다. 이와 같이, 흡입헤더(20)는 LNG 인수기지 근접 바다의 내부에 일단부가 구성되며 타단부는 해수 공급부(30)로 연결된다.
해수 저장부(31)는 다양한 크기로 이루어질 수 있으며, 펌프(32)의 용량과 설치수량은 LNG 저장탱크에 연속으로 해수를 주입하기 위하여 현장 여건에 따라서 다양하게 구성할 수 있다. 해수 공급부(30)에서 LNG 저장탱크(10)로 별도의 유입관(40)으로 연결되어 있고, 유입관(40)에는 일측에 전처리 필터(50)가 구성되도록 하여, 펌프(32)의 작동으로 흡입헤더(20)를 통하여 흡입된 해수는 저장부(31)를 통하여 전처리 필터(50)를 거쳐 LNG 저장탱크(10)로 유입된다.
전처리 필터(50)는 금속표면에 부착하여 국부 부식(localized corrosion)을 유발하는 부유고형물(Suspended Solids)을 제거하는 역할을 하며 50 μm 이상의 미립자를 제거할 수 있는 등급의 와이어 스크린을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 연속운전을 위하여 복수의 필터를 병렬로 설치하여 교대로 운전하며 주기적인 역세정(backwashing)을 통하여 스크린에 부착된 고형물을 제거하여 필터 운전차압(differential pressure)의 증가를 방지하는 것이 바람직하다. 역세정을 통하여 필터에서 탈착된 부유고형물은 별도로 설치된 바이패스(41) 라인을 사용하여 배출되도록 구성된다.
도 3은 본 발명에서 방류/세척(Emptying/Cleaning) 작업을 위한 시스템의 실시예를 도시한 LNG 저장탱크의 구성도이다. 도 3에서와 같이, 해수 유입 전 LNG 저장탱크(10)의 내부에 배수관(70) 및 배수펌프(80)로 구성된 배수시스템을 구성하여, LNG 저장탱크(10)의 내부에 저장된 해수를 중단 없이 신속하게 배출할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 해수를 LNG 저장탱크(10)에서 배수와 동시에 해수에 침지된 금속부를 담수로 세척하여 잔류염분에 의한 금속부 손상을 방지하여야 한다. 이를 위한 세척시스템은 담수탱크(90)와, 담수탱크(90)에서 담수를 LNG 저장탱크(10)로 공급하는 담수 공급관(60)이 추가로 구성되도록 할 수 있다. 담수 공급관(60)의 단부에는 분사노즐 (미도시)이 구성될 수 있으며, 세척용 담수탱크는 수압시험 실시를 위하여 별도 구축하거나 LNG 인수기지 내 소방탱크와 같이 담수를 저장하는 기존시설물을 활용할 수 있다. 상기 구성으로 배수펌프(80)를 가동하여 LNG 저장탱크(10)의 내부에 유입된 해수는 배수관(70)을 통하여 외부로 배수함과 동시에 해수에 노출되었던 금속부 표면에 담수탱크(90)의 담수를 분사하여 세척을 진행한다. 세척 후 금속표면의 잔류염분을 측정하여 기준치 이하로 관리됨을 확인하는 것이 바람직하여 잔류염분 측정법은 ISO 8502-6 또는 이에 준하는 규격의 시험법을 적용하도록 한다.
도 4는 본 발명에서 본 발명에서 9% 니켈강판의 용접부 및 주변 열영향부의 보호도장의 일 실시예의 도식도이다. 수압시험 기간 중 해수가 저장되는 LNG 저장탱크의 내부 저장조(inner tank)의 벽체(shell)와 바닥부(bottom)는 극저온 상태에서 높은 항복강도와 인장강도를 가지는 9% 니켈강판의 용접 작업을 통하여 건설된다. 보다 구체적으로는 9% 니켈강판은 제철소에서 건설현장으로 이송 및 현장 보관 기간 중 표면의 녹생성을 방지하기 위하여 방청용 프라이머(Primer) 도료가 일정두께 이상으로 도장된 9% 니켈강판이 사용된다. 이때 용접작업에 의하여 기존 프라이머 도장(13)은 제거되며, 최종적으로 용접부와 주변 열영향부의 금속 소재는 해수에 노출된다. 9% 니켈 강판에 적용되는 방청용 프라이머 중 특정 제품군은 해수에 대하여 효과적인 부식 저항성(corrosion resistance)을 제공한다. 아연 크로메이트(zinc chromate) 안료를 포함한 프라이머의 경우는 아연 크로메이트 성분이 모재 금속 표면과 반응하여 안정한 부동태 피막(passive film)을 형성하여 해수에 의한 부식을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한 아연분말을 고농도로 함유한 프라이머는 도장내부에 존재하는 아연분말의 희생양극 작용으로 해수에 대한 내식성을 제공할 수 있다. 따라서 용접부와 주변 열영향부에 상기 프라이머 도료를 사용한 추가 도장을 통하여 해수 부식을 방지하도록 할 수 있으며 기존 프라이머와 동일한 도료를 적용하는 것이 바람직하다.
특히, 방청 성능을 가지는 프라이머로 아연 크로메이트 및 아연분말을 함유한 도료를 용접부 및 일정 거리 이격된 열영향부(d) 표면에 추가 도장막(14)을 도장막의 충분한 두께를 확보하여 형성하도록 하여, 접합부를 해수의 피해로부터 보호하도록 할 수 있다.
실시예 : 인공해수를 이용한 실험실 조건 부식실험
인공해수를 이용한 실험실 조건의 부식 실험을 수행하여, 본 발명이 제안하는 프라이머 도장을 이용한 9% 니켈강의 부식방지 성능을 평가하였다. 보다 구체적으로는 프라이머를 도장된 9% 니켈강 시험편을 4주간 인공해수에 침지한 후, 기간에 따른 무게기준 부식 속도(Corrosion rate)를 측정하였다. 인공해수는 미국재료협회(ASTM) D1 시험법을 인용하여 순정시약(ACS reagent)을 사용하여 조제하였으며, 프라이머는 아연 크로메이트 프라이머를 사용하였다. 부식 속도는 미국재료협회(ASTM) G31에 규정된 절차를 따라서 측정하였다. 산처리(acid treatment)를 통해 부식 생성물(녹)을 제거하고, 시험편의 중량 감소를 전자저울을 사용하여 측정하였다. 최종적으로는 (식 1)을 적용하여 감소된 중량을 부식 침투 깊이로 환산하였다.
Figure pat00001
----- (식 1)
도 5는 보호도장이 적용되지 않는 9% 니켈강과, 해수 노출면에 아연 크로메이트 프라이머를 도장한 시험편의 및 아연분말 프라이머가 인공해수 침지조건에서 시간에 따른 부식속도를 측정한 결과이다. 보호 도장이 적용되지 않은 9% 니켈강은 인공해수 침지 후 1주 동안 산화에 의한 빠른 부식으로 산화피막이 형성된다. 이후 부식속도는 지속적으로 감소하는데 이는 산화피막에 의하여 부식 침투 저하로 설명할 수 있다. 아연 크로메이트 프라이머 보호 도장을 적용한 9% 니켈강 시편에서는 3주 동안 해수에 의한 부식을 효과적으로 방지함을 확인하였고 4주 후에는 부식속도가 증가하였다. 이상의 실시예를 통하여 아연 크로메이트 프라이머를 적용하여 4주 내외의 기간 동안 9% 니켈강의 부식을 효과적으로 제어 가능함을 확인하였다.
실시예 : LNG 저장탱크 모사 부식 시험 시편 준비
LNG 저장탱크 내부 저장조 (inner tank)는 9% 니켈강판을 용접하는 방식으로 제작되며, 통상적으로 서브머지드 아크용접(Submerged arc welding, SAW), 피복 아크용접 (Shielded Metal Arc Welding, SMAW), 플러스 코어드 아크용접(Flux Cored Arc Welding, FCAW)등이 적용된다. 전술한 용접방법에 따라 용접부 및 주변 열영향부의 특성이 달라지게 되며, 이는 해수와 같은 전해질에 노출 시 모재와 열영향부의 상이한 금속조성으로 인한 갈바닉 부식 (galvanic corrosion) 발생에 영향을 미치게 된다.
해수에 노출되는 내부 저장조를 모사하기 위하여 총 7 가지 유형의 시편이 준비하였으며, 구체적으로는 9% 니켈 강의 용접이 없는 상태의 시편, 3종류의 단일 용접 시편(SAW, SMAW, FACW) 시편 및 3종류의 용접부 교차 시편을 (SAW/FCAW, FACW/SMAW, SAW/SMAW) 준비하였다. 시험편은 LNG 인수기지 건설현장의 작업장에서 제작되었으며, 최종적으로는 시험편의 용접부 및 주변 열영향부에 아연 크로메이트 프라이머를 수작업으로 도포하였다. 각 시험편의 아연 크로메이트 프라이머로 이루어지는 보호 도장막의 두께는 디지털 게이지 (MG 405, ELMETRON, Poland)를 사용하여 측정하였으며, 결과 20 ~ 214 μm 범위로 형성되었다.
실시예 : 자연 해수를 이용한 현장조건 부식테스트 (On-site corrosion test)
준비된 시편에 대하여 현장 조건의 부식시험을 실시하여 아연 크로메이트 프라이머로 도장된 9% 니켈강판의 자연 해수에 대한 부식 저항성을 평가하였다. 현장조건 부식시험은 미국재료시험협회 (ASTM) G31 시험법에 의거하여 수행되었다.
도 6은 해수가 유입된 LNG 저장탱크의 수심에 따른 용존 산소상태를 도시한 구성도이다.도 6에 도시된 바와 같이, LNG 저장탱크로 해수가 유입되면서 바닥부 (5-4) 및 벽체 (5-5)의 일부가 해수에 노출되게 된다. 해수 유입이 지속되면서 LNG 저장탱크 내부 수위가 상승함에 따라 상이한 부식특성을 가지는 세 개의 영역이 형성된다. 우선 대기와 접촉하는 해수면(5-1)과 해수가 연속되는 유입되는 상부의 폭기 (aerated area) 영역 (5-2) 에서는 대기 중의 산소가 해수에 지속적으로 용해되며, 용존산소에 의한 금속의 표면산화가 부식의 주된 요인이 된다. 한편, 하부 (5-3) 및 바닥부(5-4)는 상대적으로 깊은 수심 및 바닥부 슬러지 침전 등에 의하여 용존산소가 소모된 탈기(de-aerated area) 영역이 형성되며, 황환원세균 (Sulfate reducing bacteria, SRB) 등과 같은 미생물 성장에 의한 국부부식(microbial induced corrosion)이 주로 발생하게 된다.
이러한 상이한 포기와 탈기 조건을 부식테스트에서 구현하기 위하여 두 개의 테스트 용기 (test vessel)를 준비하였다. 건설현장 인근 연안에서 일정기간 자연해수를 취수하여 부식테스트에 사용하였으며, 기본 수질분석 결과를 표 1에 정리하였다. 인근 연안에서 채취한 자연해수 내 부유고형물 농도는 최대 129 mg/L로 측정되어, 50 μm 카트리지 필터로 여과하여 부유고형물을 제거한 해수를 각 시험용기에 주입하였다 도 7 에서와 같이 각 시험 용기에는, 대기/해수 경계면, 중간 및 바닥부 3개 위치에 상기 언급한 용접부가 없는 9% 니켈강 (6-1), 3종류의 단일용접 시편 (6-2), 3종류의 용접부 교차시편 (6-3) 각각 설치하였다. 폭기 (aerated) 상태를 모사하는 시험용기의 경우 상부를 개방하여 대기중의 산소가 해수면에 용해되도록 유도하였다. 9% 니켈강 시험편은 실제 해수 수압시험 일정을 반영하여 4주간 해수에 침지하였다 (유입:10일, 유지: 1일, 배수:15일). 탈기 (De-aerated)상태를 모사하는 시험용기에서는 시험용기 바닥부에서 질소가스를 공급하여 저장된 해수의 용존산소 농도를 0.2 mg/L 이하로 유지하였으며, 배수 후 바닥부에 침전된 슬러지 처리 기간을 고려하여 9% 니켈강 시험편은 5주간 해수에 침지하였다.
계획된 테스트 기간이 경과한 후, 9% 니켈강 시험편은 담수로 세척한 후, 부식발생 여부를 확인하였다. 우선, 해수에 노출된 9% 니켈강판 시편의 부식속도 (corrosion rate)를 ASTM G31 시험법에 기술된 절차에 따라 측정하였으며 그 결과를 표 2에 정리하였다. 14 개의 시험편에서 부식에 의한 무게감소가 측정되지 않았으며, 나머지 29 개 시편의 부식 속도는 0.1 ~ 3.6 MPY (mils per year, a mil being a thousandth of an inch)로 측정되었다. 표2의 부식 속도 결과로 아연 크로메이트 프라이머 도장을 적용하여 최대 5주 동안 용접부를 포함한 9% 니켈 구조물의 자연해수에 의한 부식을 억제할 수 있음을 확인하였다.
부식속도 측정과 병행하여 각 시험편의 육안 검사를 통하여 아연 크로메이트 프라이머 도장의 열화 (劣化)부위에서 표면 산화 (surface oxidation) 발생을 확인하였다. 도 7은 프라이머 도장의 손상부위에 부식침투 여부를 검사하기 위한 단면도이다. 구체적으로는 아연 크로메이트 도장이 손상된 샘플을 1 주 동안 대기에 노출시킨 후, 도장이 손상된 부위를 와이어 절단 (wire cutting)으로 추출 후, 금속 현미경 (GX41, Olympus, Germany)을 사용하여 단면 (cross section)을 검사하여 도장 손상부위에서 부식진행 여부를 검사하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도장 손상 부위에서 부식 침투의 증거는 나타나지 않았으며, 이것은 해수에 의한 도장된 9% 니켈강판에 적용된 아연 크로메이트 프라이머 도장면의 열화가 시간이 경과함에 따라 모재 금속의 부식으로 진행되지 않았다는 것을 의미한다.
항목 단위 측정값
전도도 mS/cm 47.56 - 51.22
수소이온 농도(pH) - 7.60 - 7.92
용존산소 mg/L 5.35 - 7.00
수온 °C 26.6 - 27.2
부유고형물 mg/L 12 - 129
유기탄소 mg/L 0.5 - 0.8
나트륨 (Na) mg/L 10,200 - 10,800
마그네슘 (Mg) mg/L 1,130 - 1,200
칼슘 (Ca) mg/L 380 - 409
황산이온 (SO4) mg/L 2,616 - 2,785
염소이온 (Cl) mg/L 17,900 - 18,500
구리 (Cu) μg/L < 8
아연 (Zn) μg/L 28 - 90
수은 (Hg) μg/L <0.5
시험조건 시편위치 9% 니켈 FCAW SAW SMAW SAW/
FCAW		 SAW/
SMAW		 FCAW/
SMAW
폭기 조건
(Aerated)		 해수면 0.5 0.4 0.7 0.1 0.1 0.9 1.4
중간 0.6 1.6 1.9 0.2 0.3 0.9 2.5
바닥부 0.5 0.2 0.5 1.4 0.1 1.6 0.3
탈기 조건
(De-aerated)		 해수면 0.4 ND 12 ND ND ND 0.5
중간 0.5 0.5 ND ND ND ND 3.6
바닥부 0.4 ND ND ND ND ND N.D
ND: Not Determined
실시예 : LNG 저장탱크 급속 해수 수압시험
본 발명에 제안하는 수압시스템을 적용하여 저장 용량 200,000 m3 LNG 저장탱크 2기에 대하여 급속 해수 수압시험을 실시하였다. 기본적인 수압시험 수행조건 및 해수 유입이 완료된 후, LNG 저장탱크 내부 해수의 기본 수질분석 결과를 [표 3]과 [표 4]에 각각 정리하였다. 전처리 필터를 적용한 결과 LNG 저장탱크 내부에 유입된 해수의 부유고형물은 LNG 저장탱크 1,2호기의 수압시험은 약 130,000 m3 해수를 사용하여 각각 30, 29일에 완료하였고, 지역상수도에서 담수를 공급하는 기존 계획대비 수압시험 기간을 10일 단축하였다.
방류단계에서 LNG 저장탱크 내부에 저장된 해수를 20 일간 별도의 처리없이 인접한 해안으로 바로 방류하였다. 이는 부식방지를 위한 별도의 화학약품 사용이 없었기 때문이다. 배수단계에서 해수에 노출된 금속부위를 세척하여 잔류염분 농도를 40 mg/m2이하로 유지하였다.
항목 조건
내조 높이 37.675 m
수압시험 용수 자연해수 (50 μm 여과 )
수압시험 최종 수위 22.634 m
해수 유입량 131,476.5㎥/탱크
LNG 저장탱크 1호기 충수 9 일
유지 1 일
방류/세척 20 일
LNG 저장탱크 2호기 충수 8 일
유지 1 일
방류/세척 20 일
수질항목 단위 LNG 저장탱크 1호기 LNG 저장탱크 2호기
총고형물 mg/L 6 3
유기물 함량 mg/L <0.1 <0.1
수소이온 농도 - 8.1 8.1
용존산소 mg-O2/L 7.0 7.32
수온 °C 18.7 20.5
황환원 미생물 cfu/mL 27,000 1,400
황화수소 mg/L <0.05 <0.05
수은(Hg) μg/L <0.5 <0.5
구리 (Cu) μg/L <1.0 <2.0
cfu: colony forming unit
상기와 같은 본 발명의 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템은 LNG 인수기지 근접 해수를 직접 공급하여 수압시험이 가능하여 담수 공급이 충분한 조건의 담수를 공급한 수압시험과 비교하여 본 실시예에서는 LNG 저장탱크 용량 2200,000 m3 기준 탱크 1기당 수압시험 기간 10일 단축이 가능하며, 별도 화학물질 적용없이 해수 내 부식 유발인자를 제어하여 수질관리가 용이하며, LNG 인수기지 내 기존 구조물을 활용하여 비용을 최소화하고 작업 효율성을 극대화할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10 : LNG 저장탱크
11 : 내부 저장조
13 : 기존 도장막
14 : 추가 도장막
20 : 흡입헤더
30 : 해수 공급부
31 : 저장부
32 : 펌프
40 : 유입관
41 : 바이패스
50 : 전처리 필터
60 : 담수 공급관
70 : 배수관
80 : 배수펌프
90 : 담수탱크

Claims (5)

  1. LNG 저장탱크(10)의 급속 수압 시험시스템에 있어서,
    해수를 흡입하는 흡입헤더(20)와;
    흡입헤더(20)에서 흡입된 해수가 체류하는 저장부(31)와, 저장부(31)에서 해수를 LNG 저장탱크로 수송하도록 하는 펌프(32)와, 펌프(32)에서 공급되는 해수 내 고형물을 제거하는 전처리 필터(50)와, 여과된 해수를 LNG 저장탱크로 공급하는 유입관(40)을 포함하여 이루어지는 해수 공급부(30);로 구성되어,
    펌프(32)를 가동하여 흡입헤더(20)를 통해 인근연안의 해수를 유입하여 전처리 필터(50) 및 유입관(40)을 거쳐 LNG 저장탱크(10)의 내부로 해수를 고유량/연속 공급하는 것을 특징으로 하는 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    LNG 저장탱크(10)의 내부에 구성되어 최대 수심에서 지반침하 및 누출여부를 검사 후, LNG 저장탱크(10) 내부에 저장된 해수를 배수관(70)을 통해 외부로 배출하도록 하는 배수펌프(80)가 구성되는 것을 특징으로 하는 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    담수를 저장하는 담수탱크(90)와, 담수탱크(90)에서 담수를 LNG 저장탱크(10)로 공급하는 담수 공급관(60)이 추가로 구성되어,
    LNG 저장탱크(10)의 내부에 저장된 해수를 배출한 후 담수탱크(90)의 담수를 분사하여 LNG 저장탱크(10)의 내부를 세척하는 것을 특징으로 하는 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    LNG 저장탱크(10) 중 9% 니켈강으로 이루어지는 내부 저장조(11)의 벽체(shell)와 바닥부(bottom)를 방청 성능을 가지는 프라이머 추가 도장으로 통하여 수압시험 기간 중 해수노출에 의한 부식손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    방청 성능을 가지는 프라이머로 아연 크로메이트 및 아연분말을 함유한 도료를 용접부 및 일정 거리 이격된 열영향부(d) 표면에 추가 도장막(14)을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 자연해수를 이용한 LNG 저장탱크의 급속 수압 시험시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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