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(2)

공학석사 학위논문

추진 선박의 사례를 통한 연료 LNG HAZID

공급 시스템의 위험성 분석에 관한 연구

Study on the Risk Analysis of Fuel Gas Supply System by HAZID Case of LNG Propulsion Ships

지도교수 강 호 근

년 월 2018 2

한국해양대학교 대학원 기관시스템공학과

정 진 원

[UCI]I804:21028-200000007477 [UCI]I804:21028-200000007477

(3)

본 논문을 정진원의 공학석사 학위논문으로 인준함

위원장 공학박사 이 영 찬 인 ( ) 위 원 공학박사 김 종 민 인

( )

위 원 공학박사 강 호 근 인

( )

년 월 일 2017 12 11

한국해양대학교 대학원

(4)

목 차

Abbreviation & Acronym ··· ⅲ List of Tables ··· ⅳ List of Figures ··· ⅴ Abstract ··· ⅶ

서 론 1.

배경

1.1 ··· 1 목적

1.2 ··· 4

연료 추진 선박 시스템 해석 및 특성 2. LNG

2.1 LNG Fuel Gas Supply System ··· 7 고압엔진

2.2 ··· 9 저압엔진

2.3 ··· 12 가압형

2.3.1 Pump ··· 13 가압형

2.3.2 Tank ··· 20 중압엔진

2.4 ··· 22

연료 추진 선박의 위해도 분석 3. LNG

위해도 분석

3.1 ··· 26 를 연료로 사용하는 선박의 위해도 분석 사례

3.2 LNG ··· 30 사

3.2.1 Case 1 : 50,000 DWT Tanker - A ··· 31 선박의 공정 해석

3.2.1.1 Case 1 ··· 31 선박의 위해도 분석

3.2.1.2 Case 1 ··· 33

(5)

사

3.2.2 Case 2 : 1,040 TEU Container - B ··· 37

선박의 공정 해석 3.2.2.1 Case 2 ··· 37

선박의 위해도 분석 3.2.2.2 Case 2 ··· 39

사 3.2.3 Case 3 : 11,000 TEU Container - C ··· 43

선박의 공정 해석 3.2.3.1 Case 3 ··· 43

선박의 위해도 분석 3.2.3.2 Case 3 ··· 45

사 3.2.4 Case 4 : 10,000 TEU Container - D ··· 49

선박의 공정 해석 3.2.4.1 Case 4 ··· 49

선박의 위해도 분석 3.2.4.2 Case 4 ··· 53

사 3.2.5 Case 5 : 318,000 DWT VLCC E– ··· 57

선박의 공정 해석 3.2.5.1 Case 5 ··· 57

선박의 위해도 분석 3.2.5.2 Case 5 ··· 59

를 연료로 사용하는 선박의 위해도 분석 3.3 LNG ··· 63

3.3.1 LNG Bunkering Area ··· 64

3.3.2 LNG Tank Area ··· 66

3.3.3 FGSS Room Area ··· 68

3.3.4 Engine Room Area ··· 70

를 연료로 사용하는 선박의 위해도 분석 결과 3.4 LNG ··· 72

결론 4. ··· 74

참고문헌 ··· 76

감사의 글 ··· 80

(6)

Abbreviation & Acronym

SOx : Sulfur Oxides, 황 산화물 NOx : Nitrogen Oxides, 질소 산화물 NG : Nature Gas, 천연 가스

LNG : Liquified Natural Gas, 액화 천연 가스

DFDE : Dual Fuel Diesel Electric, 저압 이중 연료 엔진

ME-GI : Main Engine Electronic Control Gas Injection, 고압 이중 연료 엔진 X-DF : Extra Long Stroke Dual Fuel, 중압 이중 연료 엔진

HAZID : Hazard Identification Study, 위해도 분석 ECA : Emission Control Area, 배출 규제 지역 FGSS : Fuel Gas Supply System, 가스 연료 공급 장치 IMO : International Maritime Organization, 국제 해사 기구 MGO : Marine Gas Oil, 선박용 경유

HFO : Heavy Fuel Oil, 선박용 중유

SCR : Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원 촉매 EGR : Exhaust Gas Recirculation, 배기가스 재순환 장치 LSMGO : Low Sulfur Marine Gas Oil, 저유황 경유

FEED : Front End Engineering Design, 선행 설계 GVT : Gas Valve Train, 고압가스 엔진 유량 조절 밸브 GVU : Gas Valve Unit, 저압가스 엔진 유량 조절 밸브 IHM : Intermediate Heating Medium, 중간 열매체 CW : Cooling Water, 냉각수

HC : Heavy Carbon, 중질탄화수소

PBU : Pressure Build-Up Vaporizer, 압력 상승 기화기

ALARP : As Low As Reasonably Practicable, 합리적으로 실행 가능한 정도 ESD : Emergency Shut Down, 긴급 차단

HCU : Hydraulic Cylinder Unit, 유압식 실린더 ELGI : Electronic Gas Injection, 전기식 가스 분사

(7)

List of Tables

Table 1 NOx, SOx 배출 저감에 대한 해결 방식 비교··· 3

Table 2 LNG Tank 종류별 비교··· 8

Table 3 Engine 종류별 비교··· 8

Table 4 LNG Component ··· 14

Table 5 순수가스 주요 물성치··· 19

Table 6 Comparison of DFDE vs ME-GI vs X-DF ··· 22

Table 7 Frequent Index [MSC/Circ. 1023] ··· 28

Table 8 Severity Index [MSC/Circ. 1023] ··· 28

Table 9 Risk Matrix [MSC/Circ. 1023] ··· 29

Table 10 Level of Risk ··· 29

Table 11 Case 1 HAZID 분석표··· 35

Table 16 Case 1~5 Area별 HAZID 분석표··· 72

(8)

List of Figures

Fig. 1 Emission Control Area ··· 1

Fig. 2 Reduction of Emission by LNG as Fuel ··· 2

Fig. 3 LNG Tank ··· 7

Fig. 4 New Modified Parts on the ME-GI Engine ··· 9

Fig. 5 ME-GI FGSS 일반 개략도··· 11

Fig. 6 Special Electronic System for Wärtsila 6LDF Dual-Fuel Engine ··· 12

Fig. 7 DFDE FGSS 일반 개략도 (Pump 가압형) ··· 16

Fig. 8 HYSYS Simulation-1 ··· 17

Fig. 9 HYSYS Simulation-2 ··· 18

Fig. 10 DFDE FGSS 일반 개략도 (Tank 가압형) ··· 21

Fig. 11 X-DF FGSS 일반 개략도··· 23

Fig. 12 X-DF Engine Power별 Methane Number ··· 24

Fig. 13 HAZID Study Procedure Schematic Diagram ··· 27

Fig. 14 HAZID Worksheet Sample ··· 27

Fig. 15 FGSS for 50K Product Carrier 개략도··· 32

Fig. 16 Case 1 Node별 Hazard Event ··· 33

Fig. 17 Case 1 Risk Index ··· 34

Fig. 18 Case 1 Node별 Risk Index ··· 34

Fig. 19 Case 1 HAZID 분석표··· 35

Fig. 20 FGSS for 11,000 TEU Container Vessel 개략도··· 38

(9)

Fig. 31 Joule Thomson 효과에 의한 온도 하강··· 51

Fig. 36 FGSS for 318,000 DWT VLCC 개략도··· 58

Fig. 41 Bunkering Area Hazard ··· 64

Fig. 42 Bunkering Area Risk Index ··· 65

Fig. 43 Case별 Bunkering Area Risk Index ··· 65

Fig. 44 Tank Area Hazard ··· 66

Fig. 45 Tank Area Risk Index ··· 67

Fig. 46 Case별 Tank Area Risk Index ··· 67

Fig. 47 FGSS Area Hazard ··· 68

Fig. 48 FGSS Area Risk Index ··· 69

Fig. 49 Case별 FGSS Area Risk Index ··· 69

Fig. 50 Engine Room Area Hazard ··· 70

Fig. 51 Engine Room Area Risk Index ··· 71

Fig. 52 Case별 Engine Room Area Risk Index ··· 71

Fig. 53 Case 1~5 통합 Risk Index ··· 72

Fig. 54 Case 1~5 Area별 Risk Index ··· 73

(10)

Study on the Risk Analysis of Fuel Gas Supply System by HAZID Case of LNG Propulsion Ships

Jung, Jin Won

Department of Marine Systems Engineering

Graduate School of Korea Maritime and Ocean University

Abstract

Industries that abide by exhaust regulations, in view of climate change, have requested the need for environmental regulations worldwide to be recognized by the shipbuilding industry as well. The International Maritime Organization has strengthened regulations on the emission of sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) from ship exhaust gas, and has established emission control areas (ECAs) in the Baltic Sea, the North Sea, and some areas of the United States that are expected to expand owing to the increase in demand for clean water. Liquefied Natural Gas (LNG), an eco-friendly fuel, has received attention as an alternative to ship fuel.

Recently, there has been an increase in the number of ships using LNG as fuel.

A risk assessment is performed at the initial design stage of LNG-fueled ships subject to new fuel supply systems due to marine environmental and emissions regulations. Risk assessment involves a series of logical steps that enable systematic risk analysis and evaluation. That is, risk assessment

(11)

identifies all potential hazards that could develop into accidents during ship operation, as well as the frequency and damage associated with the identified hazards, and determines the magnitude and severity of the hazards based on the deployment scenarios.

LNG-fueled ships mainly consist of a tank for storing LNG, a gas supply unit for supplying LNG to the engine, an engine using LNG as fuel, and a bunkering manifold for receiving LNG. The components of the LNG fuel propulsion ship are determined according to the characteristics, size, route, and operating distance. In particular, the gas supply system configuration changes depending on the gas operating pressure of the engine. In the case of a ship using a high-pressure engine (such as ME-GI), pressurization of up to 300 barg is required for its operation, and an FGSS is required to generate the pressure. For a low-pressure engine (such as DFDE), an FGSS is employed to generate the pressure required by the engine (6 barg).

Depending on the characteristics of high-pressure and low-pressure engines, the presence or absence of heavy hydrocarbon (HC) treatment also needs to be considered separately. In other words, the ship type and engine of each fuel supply system are different. In conclusion, the components of the LNG tank, FGSS, and engine are different for every LNG-fueled ship.

Therefore, the risk factors of each ship are different, and the risk analysis also changes.

In this study, we consider the systems of ships using LNG as a fuel and analyze the risk assessment of certain cases where the actual risk assessment has been carried out.

KEY WORDS: LNG Fuelled Ship, Fuel Gas Supply System, HAZID, ME-GI, DFDE

(12)

추진 선박의 사례를 통한

LNG HAZID

연료 공급 시스템의 위험성 분석에 관한 연구

정 진 원

기관시스템공학과 한국해양대학교대학원

초록

세계적으로 기후변화에 따른 환경 규제의 필요성에 대한 인식 공유 확대로 조선 산업 또한 배출 가스 규제를 피할 수 없는 산업적 요구가 되고 있다.

국제 해사기구는 선박 연료의 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)의 배출량 규 제를 강화했으며 발틱해 북해 미국의 일부 해역에 배출가스 통제구역, , (ECA) 을 설정하여 HFO보다 황 함유량이 적은 연료를 사용하도록 규제 하고 있으 며 청정 해역에 대한 요청 증가로 대상 지역이 확대될 전망이다 그에 대한 , . 선박 연료의 대안으로 친환경 연료인 LNG가 각광을 받고 있으며 최근 , LNG 를 연료로 사용하는 선박이 늘어나고 있는 추세이다.

해양환경 및 배출가스 규제로 지금까지와는 다른 새로운 연료공급시스템을 적용하게 되는 LNG 추진선박의 경우 초기 설계 단계에서 위해도 평가가 수 행된다 위해도 평가는 위험의 분석과 평가를 체계적으로 가능하게 하는 일. 련의 논리적인 단계이다 즉 선박 운용 중 사고로 발전 할 수 있는 모든 잠. 재된 위험 요소들을 식별하고 식별된 위험 요소와 관련된 사고 시나리오를 , 전개하여 전개된 시나리오를 바탕으로 발생빈도와 피해 규모를 파악하여 위 험 요소의 등급 및 우선순위를 결정하기 위한 방법이다.

(13)

연료 추진 선박은 크게 를 저장하는 와 를 에 공

LNG LNG Tank , LNG Engine

급하기 위한 가스공급장치, LNG를 연료로 사용하는 엔진, LNG를 공급 받기 위한 벙커링 매니폴드로 구성된다 해당 선박의 특성 크기 항로 운항거리 . , , , 등등에 따라 LNG 연료 추진 선박의 구성 요소가 달라지며 특히 , Engine의 가스 사용 압력에 따라 가스공급장치 구성이 달라진다 고. 압 엔진(ME-GI)을 사용하는 선박의 경우 ME-GI 엔진의 운전에 필요한 압력인 300 barg까지 가 압이 필요하며 해당 압력을 구성해줄 , FGSS가 필요하게 된다 저압 엔진. 의 경우 엔진의 운전에 필요한 압력 까지 가압해줄

(DFDE) DFDE (6 barg)

가 필요하게 된다 또한 고압 엔진과 저압엔진의 특성에 따라 중질 탄

FGSS .

화수소(HC ; Heavy Carbon) 처리 유무도 별도로 고려가 필요하다 즉 선박별. 로, Engine 형태별로 그 각각의 연료 공급시스템이 달라진다 즉. , 같은 LNG 연료 추진 선박이라 하더라도 LNG Tank, FGSS, Engine등 그 구성 요소가 각각 다르기 때문에 각각의 선박의 위험 요소가 달라지며 위, 해도 분석 또한 달라진다.

본 연구에서는 LNG를 연료로 사용하는 선박들의 시스템에 대해 고찰하고, 실제 위험도 평가가 진행된 몇 가지 사례 선박들의 위해도 평가에 대한 분 석을 하고자 한다.

KEY WORDS: 가스연료추진선박, LNG 연료 공급 시스템 위해도 분석 고압, , 가스 연료 엔진 저압가스 연료 엔진,

(14)

제 장 서 론 1

배경 1.1

세계적으로 기후변화에 따른 환경 규제의 필요성에 대한 국가 간의 인식공유 의 확대와 함께 새로운 시장 성장의 가능성에 대한 기술선진국의 선제적 대응 이 강화되고 있는 시점에 조선 산업 또한 배출가스 규제는 피할 수 없는 산업 적 요구가 되고 있다.

국제해사기구(IMO)는 선박 연료의 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)의 배출 량 규제를 강화했다 즉 발틱해 북해 미국의 일부 해역에 . , , 2012년부터 배출가 스 통제구역(ECA)을 설정하여 HFO보다 황 함유량이 적은 청정 연료를 사용하 도록 규제하고 있으며 청정 해역에 대한 요청 증가로 대상이 확대될 전망이다, .

발틱해 북해 미국연안 내 년부터 이내로 강화 SOx(%) : ECA( , , ) 2015 0.1

※ →

외 지역 우리나라 포함 은 년부터 규제 적용

ECA ( ) 2020 SOx (3.5% 0.5%)→ 년

NOx(g/kWh): 2011 14.4(Tier II)

※ → 2016년 3.4(Tier III)로 강화(ECA외 지 역은 14.4)

Fig. 1 Emission Control Area (Hall, 2015)

(15)

또한 선박에서 배출되는 질소산화물(NOx)Tier III 규제 적용으로 현재 Tier II 수준보다 총량 대비 75% 감축을 요구 하고 있다.

이에 따라 향후의 선박 연료는 선박용 경유(MGO), 중유(HFO), LNG가 경합할 것이며 각 연료별 추가 설비가 필요하게 된다, .

는 대비 고가이며 저감장치인 의 설치 및 유지비용이 발생

MGO HFO , NOx SCR

하고, HFO는 SCR뿐만 아니라 SOx 저감장치인 Scrubber가 추가적으로 필요하 므로 비용 상승 및 상기 장비의 추가 설치로 인한 부피증가가 불가피하다.

는 규제 대응 효과가 뛰어나나 절감 초기

LNG (CO2 23%, SOx 95%, NOx 80% ), 투자비용(LNG관련 설비, LNG Tank 등 이 증가하며 기존 유류) , (HFO, MGO)의 저유가 시 가격 경합이 발생한다.

Fig. 2 Reduction of Emission by LNG as Fuel (박형순 양회관, , 2015)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

CO2 NOx SOx

23

80

95

LNG HFO

(16)

Table 1 NOx, SOx 배출 저감에 대한 해결 방식 비교(Hagiwara & Ohashi, 2015)

그러나 최근 기술 발달로 인해 셰일가스의 공급이 가속화됨에 따라 LNG의 가 격은 기존 유가 대비 경쟁력을 확보 하고 있으며 향후에도 그 차이는 지속 될 , 것이다.

유럽의 경우 2009년 해상운송전략 2009~2018년 발표에 이어 2012년 선박 연료 의 유황 함유량 관련 지침을 바꾸는 등 선박 연료 배출 규정을 대폭 강화하고,

사용을 적극 권장하고 있다

LNG .

이처럼 배출 가스 규제에 대한 대응 수단으로 친환경 연료인 LNG가 대두 되 고 있으며 최근 , LNG를 연료로 사용하는 선박이 늘어나고 있는 추세이다.

년 월 기준 척의 연료 추진선이 유럽에 도입되었고 최근 미국

2016 3 77 LNG ,

No Item Description Effect

Possible Solutions

NOx SOx PM CO2

1 SCR NOx deoxidation

by the catalyst ◎ - - -

Urea Cost, Maintenance, Prevention of ammonia leakage

2 Scrubber Removing SOx by

seawater wash △ ◎ ◎ Purification of polluted seawater

3 EGR Exhaust gas

recirculation ○ - X X

Engine durability, Efficiency drop recovering

4 Emulsion

Combustion temperature decrease by emulsion fuel

○ - ○ -

Mass pure water

production device, Engine durability

5 LNG Operation by

natural gas ◎ ◎ ◎ ◎

Fuel supply infrastructure, Fuel storage in ships

(17)

해운선사 TOTE사는 세계 최초 LNG추진 컨테이너선을 건조 운영 중이다 현재 . 건조중인 선박은 약 100여척이며 유럽 미국이 대부분이다 국내의 경우 우리, , . 나라는 주요 해운국으로 여건 조성시 국제 및 연안 화물선 연안 여객선등 잠, 재적 수요는 있으나 현재 등록 선박중 , LNG 연료 추진선은 2013년 삼성중공업 에서 건조한 에코누리호가 유일하다.

국내의 경우 그 결과가 미미하지만 향후 , LNG 연료 추진선박 도입을 통해 해 운 조선 항만 분야가 밀접히 연관되어 있는 우리나라의 입장에서 경쟁력 강화, , 를 위한 종합 대책 마련이 필요하다.

위에서 알아본 것과 같이 LNG 연료 추진시스템과 LNG 연료 추진 선박은 해 양환경보호 및 배출가스 규제로 인한 불가피한 선택이며 가장 큰 대안이다, .

목적 1.2

해양환경 및 배출가스 규제로 지금까지와는 다른 새로운 연료공급시스템을 적용하게 되는 LNG 연료 추진 선박의 경우 초기 설계단계(FEED)에서 위해도 평가가 수행된다.

위해도 평가는 위험의 분석과 평가를 체계적으로 가능하게 하는 일련의 논리 적인 단계이다 즉 선박 운용 중 사고로 발. 전할 수 있는 모든 잠재된 위험요소 들을 식별하고 식별된 위험 요소와 관련된 사고 시나리오를 전개하여 전개된 , 시나리오를 바탕으로 발생빈도와 피해규모를 파악하여 위험 요소의 등급 및 우 선순위를 결정하기 위한 작업이다 이러한 위험 요소 식별작업을 통해 주요 위. 험요소에 대한 적절한 제어방안이나 상세 해석 실험 등 추가 검토가 필요한 , 사항을 제시함으로써 위험도 분석 작업의 범위 및 필요성을 제시 할 수 있다.

즉 정량적 위험도 분석 및 평가를 수행하는 기본적인 목적은 선박의 안전성 , 수준을 구체적으로 확인하고 보다 향상시킬 수 있는 방안을 도출하기 위함이 다 위해도 분석을 통해 선. 박의 내재된 위험도를 구체적이고 정량적 수치로 산 출하고 이를 특정된 정량적 평가기준과 비교함으로써 선박의 안전성 수준을 보 다 정밀하게 평가하고 이해할 수 있다 이러한 정량적 기법의 사용은 설계 개.

(18)

선방안 및 상세 검토 사항을 적용함으로써 얻을 수 있는 안전성 향상 효과를 비교 및 평가하는데 많은 이점을 가지고 있다 여러 가지의 안전성 향상 방안. 들을 검토할 때 각 방안들이 가지는 안전성 증대 효과를 수치적으로 확인 및 , 비교하고 보다 높은 효과를 가지는 방안을 식별하는데 있어서 정량적 분석 기, 법은 가장 적절한 수단이다.

연료 추진 선박 및 를 연료로 사용하는 시스템의 위해도 분석에 대

LNG LNG

한 국내외에서 발표된 연구사례는 다음과 같다.

김종민 등(2015)은 LNG 벙커링을 위한 부유식 시설로 연료용 LNG를 저장 또 는 벙커링 셔틀에 공급하기 위한 해상에 떠있는 시설 즉 해양부유식 , LNG 벙 커링 터미널 위해도 분석에 관한 연구를 진행 하였고, Chang, et al. (2008)은

운반선에 대한 재액화 시스템의 신뢰성 평가에 대한 연구를 진행하

LNG BOG

였다. Vanem, et al. (2007)은 LNG 운반선의 운항(LNG선의 선적 및 하역 작업) 에 대한 위험도 평가에 관한 연구를 진행하였으며, Paltrinieri, et al. (2014)는

재기화 터미널과 재기화 공정에 대한 위험도 평가에 관한 연구를 진행하 LNG

였다. Lee, et al. (2015)는 LNG 연료 공급 시스템의 연료 공급 시스템 특히 저( 압엔진용 FGS)의 화재위험성 해석에 관한 연구를 진행하였다. Stefana, et al.

는 트럭에 연료 공급 시스템을 적용하는 것에 대한 위해도 분석에 (2015) LNG

대한 연구를 진행하였다.

종래의 연구들은 특정 선박 및 특정 시스템에 대한 위해도 분석에 대해서만 연구가 진행되었다 즉 선박 종류별로. , Engine 형태별로 그 각각의 연료 공급시 스템이 달라진다 즉 같은 . , LNG 연료 추진 선박이라 하더라도 LNG Tank,

등 그 구성 요소가 각각 다르기 때문에 각각의 선박의 위험 요소 FGSS, Engine

가 달라지며 위해도 분석 또한 달라진다, .

본 연구에서는 LNG를 연료로 사용하는 선박들의 시스템에 대해 고찰하고 실, 제 위험도 평가가 진행된 몇 가지 사례들의 위해도평가(HAZID)에 대한 분석을 하고자 한다. 즉, 각 선박별로 진행된 HAZID 평가내용을 일관된 기준으로 를 재 산정하여 분석을 진행하고자 한다 즉 를 연료로 사용하는 선박

Node . LNG

(19)

들이 공통적으로 가지고 있는 Bunkering Station, LNG Tank, FGSS Room, 의 개 에 대해 재분류하여 일관성 있는 위해도 분석을 하고 Engine Room 4 Node

자 한다.

(20)

제 장 2 LNG 연료 추진 선박 시스템 해석 및 특성

2.1 LNG Fuel Gas Supply System

연료 추진 시스템은

LNG LNG Fuel Tank, LNG Fuel Gas Supply System, 으로 크게 구성되며 해당 선박의 추력 항로 운항거리 등등에 따

Engine , Size, , ,

라 그 구성요소가 달라진다.

연료 추진 선박의 의 경우 독립형 과

LNG LNG Fuel Tank (Self-supporting Type) 멤브레인(Membrane)과 같이 가지 형식으로 크게 나눌 수 있다2 . Membrane

의 경우 일반적으로 대형 선박의 연료 탱크 적용에 적합하며 독립형 탱크

Tank ,

의 경우 IMO Type A, B, C중 B, C Type의 탱크가 많이 쓰이며 중소형 선박의 , 탱크 적용에 적합하다.

Fig. 3 LNG Tank (Lee et al., 2014)

(21)

Table 2 LNG Tank 종류별 비교

Tank Type

Independent Cylindrical Independent Prismatic Pressurized at ambient temperature

or lower temperature

Fully Refrigerated at Atmospheric Pressure

IMO Tank Type Type C Type A Type B

Insulation Vacuum + Perlite / Poly Urethane Foam

Poly Urethane Foam

Secondary

Barrier No Requirements Complete Partial

Application Small & Mid scaled vessel Large scaled vessel

의 경우 엔진으로 공급되는 압력과 온도에 따라 고압엔진 중압엔진 저

Engine , ,

압엔진으로 나눌 수 있으며 엔진 타입에 따라 , FGSS 구성이 달라진다 고압엔. 진의 경우 사용압력 300 barg로 해당압력을 구성하기 위한 FGSS가 필요하며,

사에서 개발한 이 이에 해당된다 중압엔진의 경우 사용압력

MAN ME-GI Engine .

로 에서 개발한 이 해당되며 저압엔진의 경우 사

16 barg W rtsilaä X-DF Engine ,

용압력 6 barg로 MAN, W rtsila, Rolls-Royceä 등에서 제작한 DFDE가 이에 해당 된다.

Table 3 Engine 종류별 비교

ME-GI DFDE RT-Flex

Maker MAN MAN/W rtsila/RRä W rtsilaä

Require Pressure 300 barg 6 barg 16 barg

FGS Component HP Pump + HP Vaporizer

LP Vaporizer + HC Separator + LP

Heater

Booster Pump + Vaporizer + HC Separator + Heater Heating Medium Glycol Water / Steam Glycol Water / Steam Glycol Water / Steam

Applicable VLCC/Con/BC/PC/Cruise Car Ferry/Ro-Ro/Tug VLCC/Con/BC/PC/Cruise

(22)

2.2

고압엔진

은 성능적 측면 출력 회전수 열효율 배기가스 량 및 온도 등

ME-GI Engine ( , , , )

에서 전자제어 방식인 ME 기관과 동일하게 설계되었으며 단지 주 연료로 가, 스를 사용하는 것이 크게 다른 점이다. Fig. 4는 S70ME-GI 기관을 보여주고 있 으며 ME기관과 다르게 추가로 가스공급배관(Gas Supply Pipes), 실린더 커버에 부착되는 가스분배블록(Gas Distributor Block with Internal Accumulator), 가스 분사밸브(Gas Injection Valves) 및 분사가스 제어용 ELGI 밸브가 설치된다. (김 성국, 2005)

Fig. 4 New Modified Parts on the ME-GI Engine (김성국, 2005) Exhaust receiver Cylinder cover with gas valves

Large-volume accumulator

Gas supply piping

HCU with ELGI valve

(23)

엔진은 일반적으로 중대형선의 추진용 기관으로의 사용에 적합하며

ME-GI ,

는 중대형선박의 특성을 고려 시 또는 의

Fuel Tank Membrane IMO Type B, C 적용이 적합하다.

엔진의 구성은 여러 가지 방법으로 구현이

ME-GI Fuel Gas Supply System 가능하나 Fig. 5의 예시를 들어 보았다.

내부에 에 의해 가압된 는 의

Fuel Tank LP Pump (6~7 barg) LNG FGSS Room

로 보내지게 되고 에 의해 운전에 필요한 압력인

HP Pump , HP Pump ME-GI 300

까지 가압이 이뤄지게 된다 이상으로 가압된 는

barg . 300 barg LNG HP

로 이동하여 의 운전에 필요한 온도 까지 기화 Vaporizer , Engine (45°C±10°C)

및 가열을 하게 된다. Engine Specification에 맞는 온도 압력을 가지는 , NG는 으로 보내져 이 필요한 유량 조절을 하게 되고 최종적으로

GVT ME-GI Engine ,

에 공급되게 된다 의 경우 과 달리

Engine . ME-GI Engine 4 Stroke Engine 를 고려할 필요가 없다

Methane Number .

(24)

Fig. 5 ME-GI FGSS 일반 개략도

(25)

2.3

저압엔진(DFDE Engine)

저압 엔진은 완전연소에 필요한 양보다 더 많은 공기를 실린더에 넣어서 공 기와 가스를 혼합한 희박 연소(Lean Burn) 원리로 운전 한다 희박 연소는 최. 고 온도를 내려서 NOx 배출량을 줄여주며 효율은 증가되고 노킹을 피하면서 , 높은 출력까지 도달 시켜준다 희박 공연 혼합의 연소는 실린더에 소량의 . Pilot

분사로부터 시작된다 연료는 종래의 엔진 연소 과정에서 점화되며

Fuel . Pilot ,

주과급을 위한 고에너지 점화원을 공급해 준다 가장 좋은 효율과 가장 낮은 , 유해 배출물을 얻기 위하여 모든 실린더는 정확한 공연비와 정확한 양의 , Pilot 연료 분사가 적절하게 이루어지도록 조절된다. Fig. 6과 같이 연소에 의해서 방 출된 같은 비열 량은 많은 양의 공기를 가열하는데 사용되기 때문에 결과적으 로 최고 온도와 NOx 생성점을 피하도록 연료와 공기가 실린더내로 안내되기 전에 미리 혼합되기 때문에 실린더 전체를 통해서 균일하다.(남정길 & 김진우, 2005)

Fig. 6 Special Electronic System for Wärtsila 6LDF Dual-Fuel Engine (남정길 김진우, , 2005)

저압엔진의 경우 사용압력은 6 barg이며, 4 Stroke로서 중소형선박의 간접

(26)

추진 및 전체 선박의 발전시스템에 적합하다 추진기관으로 사용할 경우 직접 . 추진보다는 발전 방식을 통한 전기 추진을 하는 것이 일반적이다 저압 엔진의 . 경우 여러 가지 방법으로 구성이 가능하나 대표적인 두 가지 방법으로 나열해 보았다.

가압형 2.3.1 Pump

의 경우 적용이 적합하며 내의

LNG Fuel Tank B, C Type , Fuel Tank LP

는 또는 형태로 적용이 가능하다 에 의해

Pump Submerged Deepwell . LP Pump

가압(6~7 barg)된 LNG는 FGSS Room 내의 LP Vaporizer로 보내지게 된다. LNG 는 일반적으로 C1(Methane), C2(Ethane), C3(Propane), C4(Butane), C5(Pentane) 이상의 조성으로 이루어진 혼합물이며, C2이상의 성분이 많을수록 Methane 는 낮아지게 된다 각각의 들은 액화온도가 다르기 때문에

Number . Component

참고 의 온도를 조절하여 성분을 분리 할 수 있다

(Table 5 ) LNG C1(Methane) .

엔진에서 요구하는 Methane Number 80 이상을 맞추기 위해 LP Vaporizer에 서 -75~-100°C까지 가열을 시키게 되면 C1 성분은 가스 상태로, C2 이상의 성분은 액체 상태로 존재하게 된다. 이 2-Phase의 상태의 혼합물은 HC 로 보내지게 되고 가스 성분인 과 이상의 혼합액체성분의 분리

Separator C1 C2

가 이루어진다.

과 같이 간단한 모델링을 하여 보았다 모델

Fig. 8 HYSYS .(Aspen HYSYS V7.3) 링 조건 산정시 조건식은 식(1)과 같은 Peng-Robinson 상태 방정식을 사용하였 다. (조정호, 2002)

_{ }

 

  ^    

 ∙  (1)

이때 편심인자 α함수는 식(2)와 같으며 매개변수 , a, b의 값은 식(3), (4)와 같다.

        ^ 



^_^ (2)

(27)

   _

^

(3)

   _



(4)

조성은 국내에 유입되는 의 평균 조성으로 입력하였으며 모델링 조

LNG LNG

건은 아래와 같다.

LNG Mass Flow : 1000 kg/h

○

의

LNG Pump Delta P : 6 barg

○

Vaporizer Discharge Temperature : 100°C

○ –

Table 4 LNG Component

초기 LNG Liquid의 Methane Number는 73이었으며, 상기 조건으로 HC

를 거쳐 로 가는 의 는 이었다 이

Separator DFDE NG Methane Number 91 . Engine 요구하는 Methane Number 80 이상을 만족하지만, HC Separator에서 DFDE쪽 으로 가는 NG (86.4%), Return량 되는 HC (13.6%)량 이 과도하게 많아져 비효율적

Component Mole(%)

Methane 91.33

Ethane 5.36

Propane 2.14

i-Butane 0.46

n-Butane 0.47

i-Pentane 0.01 n-Pentane 0.01

Nitrogen 0.22

(28)

인 상태가 된다. Fig. 9에서는 아래와 같이 온도조건만 바꾸어 같은 조건으로 을 하여 보았다

Simulation .

Vaporizer Discharge Temperature : 80°C

○ –

그 결과 Return되는 HC (7.1%)량 도 적절한 수준으로 줄어들었고, Methane 으로 엔진 운전 조건과에 맞는 결과가 도출되었다

Number 83 .(Wärtsila)

결과적으로 Methane Number 80이상을 맞춘 NG는 Fuel Gas Heater로 보내지 게 되고 Engine에서 요구되는 온도(10~50°C)까지 가열을 하게 된다. Engine이 요구하는 압력과 온도가 맞춰지면 Engine Room으로 전달되어 지고 GVU에서 에서 필요로 하는 유량을 조절하여 최종적으로 에 공급을 하게 된

Engine Engine

다.

(29)

Fig. 7 DFDE FGSS 일반 개략도 (Pump 가압형)

(30)

Fig. 8 HYSYS Simulation-1

(31)

Fig. 9 HYSYS Simulation-2

(32)

Table 5 순수가스 주요 물성치

Gases

Characteristic Methane Ethane Propane n-Butane i-Butane n-Pentane i-Pentane Neopent

ane Ethylene Propylene

Molecular Formula CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C4H10 C5H12 C5H12 C5H12 C2H4 C3H6

Molecular Weight 16.04 30.07 44.09 58.12 58.12 72.15 72.15 72.15 28.05 42.08

Gas Density kg/m3, (0°C, 1

atm) 0.7168 1.3562 2.0200 2.5985 1.2604 1.9149

Gas Specific Gravity (air=1)

(0°C, 1 atm) 0.5544 1.0493 1.5620 2.0098 0.9749 1.4180

Liquid Density kg/l

0°C 1 atm 0.5282 0.6011 0.5812 0.6452 0.6394 0.6138 0.5456

20°C, 1 atm 0.5005 0.5788 0.5572 0.6262 0.6197 0.5910 0.5139

Vapor Press 절대 atm( )

0°C (176) 24 4.9 1.03 1.60 0.16 0.23 40 5.9

20°C (293) 37 8.4 2.00 2.95 0.2 0.62 (60) 9.8

Boiling Point (°C, 1 atm) -161.5 -88.6 -42.1 -0.5 -11.7 36. 27.8 9.5 -103.7 -47.7

Critical Temp. (°C) -82.6 32.3 96.8 152.0 135.0 196.5 187.3 160.6 9.2 91.8

Critical Press. (atm(abs.)) 45.8 48.2 41.9 37.5 36.0 33.3 33.4 31.6 59.7 45.6

Critical Density (kg/l) 0.162 0.203 0.217 0.228 0.221 0.232 0.232 0.218 0.218 0.233

Latent Heat (kcal/kg) 121.9 117.0 101.8 92.09 87.56 95.38 85.38 115.4 115.4 104.6

(33)

가압형 2.3.2 Tank

에 적용 가능하며 앞서 설명한 가압형과 같이 LNG Fuel Tank C Type , Pump

압력을 맞추기 위해 가 꾸며지게 된다 단 가압형과 다르게

DFDE FGSS . , Pump

이 요구하는 압력을 에서 맞춰 공급하는 방식이 가압형과 다

Engine Tank Pump

른 방식이다 즉 . Tank 내부 외부에 , LP Pump가 없고 Tank 자체의 압력을 상승 시켜 LNG를 토출 공급하는 방식이다. Fig. 10 에서 보이는 것과 같이 Tank 내 부의 LNG가 PBU로 흘러 기화가 된 후 기화된 NG가 다시 Tank 내부로 들어가 서 Tank자체의 압력이 상승되는 방식이며 Engine이 요구하는 압력인 6 barg 이상으로 Tank 내부의 압력을 상승시킨다. Tank 내부에서 가압된 LNG는 Pump 가압형과 동일한 방법으로 LP Vaporizer, HC Separator, Fuel Gas Heater, GVU 를 거쳐 Engine으로 공급하게 된다.

(34)

Fig. 10 DFDE FGSS 일반 개략도 (Tank 가압형)

(35)

중압엔진

2.4 (X-DF Engine)

중압엔진의 경우 사용압력은 16 barg이며, 2 Stroke로서 전체 선박의 직접 추진 기관으로 적용 가능하다 중압엔진의 경우 일반적으로 . X-DF Engine이 사용 된다. X-DF Engine은 DFDE와 ME-GI Engine의 중간 형태를 보인다. 효율적인 면에서는 ME-GI와 유사하며, FGSS 구성은 DFDE와 유사한 형태로 구성 된다.

Table 6 Comparison of DFDE vs ME-GI vs X-DF (Hatzigrigoris, 2014)

DFDE ME-GI X-DF

Efficient Good Best Best

Reliability

High Redundancy, More Complicated Control

System

High Reliability High Reliability

Emissions

Regulations NOx Complies on Gas Need SCR or EGR Complies on Gas

Experience Sufficient Very Small No Experience

Flexibility in

Operations More Less Less

Auxiliary

Generators N/A Yes Yes

Gas Pressure 6 barg 300 barg 16 barg

Tier III Yes in gas– Need SCR or EGR

Yes in gas – Need SCR or EGR in

oil mode

Operation Otto Cycle Diesel Cycle Otto Cycle

(36)

Fig. 11 X-DF FGSS 일반 개략도

(37)

중압엔진의 연료공급 시스템은 DFDE 시스템과 유사한 형태를 보인다. LNG 는 선박의 특성에 맞춰 전 탱크 적용 가능하다 앞서 설명한

Fuel Tank . Pump

가압형과 같이 X-DF 압력을 맞추기 위해 FGSS가 꾸며지게 된다. Fig, 11 에서 보이는 것과 같이 Tank 내부의 LNG가 LP Pump에 의해 6 barg 이상으로 가압 된 후 FGSS Room으로 공급 되며 X-DF Engine이 요구하는 16 barg를 충족시 키기 위해 HP Booster Pump가 16 barg까지 승압을 시킨 후 Vaporizer, HC

를 거쳐 으로 공급하게 된다 Separator, Fuel Gas Heater, GVU Engine .

추가적으로 LP Pump의 토출 압이 충분 하다면(16 barg) 추가적인 Booster

가 필요하지 않다 그러나 고려를 해야 하므로 의 일반

Pump . Genset , LP Pump

적인 압력은 10 barg 이하가 적당하다. 또한 X-DF Engine 역시 Methane

고려가 필요하다 과 같은 지만 와 같은

Number . ME-GI Engine 2 stroke , DFDE

이므로 이상의

Otto Cycle Methane Number 80 조건이 필요하며 추가적인 장비인 가 설치되어야 한다 하지만

HC Separator . Engine De-rating을 고려하면 MN가

이하에서도 이 가능하며 가 없는 구성도 가능하다

80 Burning HC Separator .

Fig. 12 X-DF Engine Power별 Methane Number (Strodecke, 2015)

(38)

에서 보이는 것과 같이 상태에서는 이상이 Fig. 12 MCR Methane Number 80

요구된다 하지만 . Engine De-rating이 고려가 된다면 Methane Number 70 이상이면 Engine 운용이 가능하다. (Strodecke, 2015) 참고로 국내에 들여오는

는 정도이다

LNG Methane Number 70~75 .

(39)

제 장 3 LNG 연료 추진 선박의 위해도 분석

위해도 분석 3.1

위험요소 식별 작업은 대상 선박의 운용중 사고로 발전될 수 있는 모든 잠재 적 위험요소들을 식별하고 식별된 위험 요소와 관련된 사고 시나리오를 전개, 하여 전개된 시나리오를 바탕으로 발생빈도와 피해규모를 파악하여 위험요소의 등급 및 우선순위를 결정하기 위한 작업이다 위험요소 식별 즉 위해도 평가는 . , 새로운 설계 및 컨셉 단계의 시점에 잠재된 위험 요소들을 평가하기 위해 실시 된다 발생할 수 있는 다양한 상황에 대해 그 분야의 전문가 관계자 안전관리. , , 자의 브레인스토밍을 통해 잠재적인 위험 요소를 발굴해 내는 것이다. HAZID 는 새로운 설계의 분석에 대한 중요한 단계이며 위험요소로 인해 발생할 수 있 는 사고 유형에 대한 위험 분석에 중점을 둔다. HAZID를 진행할 때에는 일반 적으로 다음과 같은 팀 구성으로 이루어진다.

관계자 및 분야 전문가

○

선박 설계자 장비 설계자 안전 관리자

- , ,

선급 관계자 -

각 해당 분야 전문가 -

진행 HAZID

○

진행자 기록자

- (Facilitator), (Scriber)

해당 팀이 구성이 되면 Fig. 13과 같은 절차로 HAZID 진행을 하게 된다. 위해도 분석은 하고자 하는 대상의 System 또는 Area 별로 각각의 Category 를 나누어 진행을 한다 이것을 . Node라고 부르며, Facilitator는 진행하고자 하 는 선박을 여러 개의 Node로 나누어 진행을 원활하게 할 수 있다 각각의 .

의 를 진행시 해당 의 경험이 있거나 유사한 설계 및 운영에 Node HAZID System

경험이 있는 분야의 인원들과 HAZID를 같이 진행하며 이때 발굴되는 위험요,

(40)

소는 HAZID Worksheet에 기록되게 된다. Worksheet에는 확인된 위험요소 그 , 위험요소가 일어날 수 있는 원인 발생 가능 빈도 그 위험 요소로 인해 발생할 , , 수 있는 상황 그 위험요소를 방지할 수 있는 방지 대책 등이 기록되게 된다, .

Fig. 13 HAZID Study Procedure Schematic Diagram

Fig. 14 HAZID Worksheet Sample

위험도(Risk)는 발생확률(Frequency)과 사고 심각도(Severity)의 두 가지 요소 조합으로 정의되며 두 요소의 합으로 결정된다 즉 위험 사고가 얼마나 자주 , . , 발생하고 그 사고결과가 얼마나 심각한 지의 두 가지 측면을 함께 표현한 것이 위험도라 할 수 있다 위험도를 발생 확률과 사고결과 각각의 단위와 함께 수. 식으로 나타내면 다음과 같다.

Risk Index = Frequency Index + Severity Index

위의 위험도 정의를 간단히 풀어 쓰면 정해진 단위 시간 동안 발생 가능한 ,

(41)

사고 피해규모라 할 수 있다 예를 들어 설명하면. , ‘연간 가능 사망자수’, 시간당 재산손실 금액 과 같이 위험도를 표현할 수 있다 이를

‘ ’ . Risk

이라 하며 에 의해 각각의 위험도의 이 결정 된

Ranking Table 7, 8, 9, 10 Level

다 만약 위험도가 . Mid 또는 High 일 경우 추가적인 안전장치에 대한 논의도 필요하다.

Table 7 Frequency Index [MSC/Circ. 1023]

Table 8 Severity Index [MSC/Circ. 1023]

Frequency Index

FI Frequency Definition F / ship year

7 Frequent Likely to occur once per month on the ship 10

5 Reasonably probable

Likely to occur once per year in a fleet of 10 ships,

i.e. likely to occur a few times during the ship’s life 0.1

3 Remote

Likely to occur once per year in a fleet of 1000 ships, i.e. likely to occur in the total life of several similar ships

10^-3

1 Extremely remote

Likely to occur once in the lifetime(20 years) of a

world fleet of 5000 ships 10^-5

Severity Index

SI Severity Effects on human safety Effects on ship S (Equivalent fatalities) 1 Minor Single or minor injuries Local equipment damage 0.01 2 Significant Multiple or severe injuries Non-severe ship damage 0.1

3 Severe Single fatality or multiple

severe injuries Severe damage 1

4 Catastrophic Multiple fatalities Total loss 10

(42)

Table 9 Risk Matrix [MSC/Circ. 1023]

Table 10 Level of Risk

Color Class Description

Green Low Risk is regarded in tolerable range

Yellow Medium Assess the risk and manage risk to ALARP

Red High Identify and implement controls and recovery measures to reduce the risk to ALARP Risk Index(RI)

FI Frequency

Severity(SI)

1 2 3 4

Minor Significant Severe Catastrophic

7 Frequent 8 9 10 11

6 7 8 9 10

5 Reasonably probable 6 7 8 9

4 5 6 7 8

3 Remote 4 5 6 7

2 3 4 5 6

1 Extremely remote 2 3 4 5

(43)

를 연료로 사용하는 선박의 위해도 분석 사례 3.2 LNG

장에서는 를 연료로 사용하는 선박의 시스템에 대해 알아보았다 해당

2 LNG .

선박의 Size, 추력 항로 운항거리 등등에 따라 그 구성요소가 달라지는 것에 , , 대해 알아보았다 이번 장에서는 위해도 분석을 진행한 몇 가지 . Case의 LNG 연료 추진 선박에 대한 연료 추진계통의 분석 및 위해도 결과에 대해 분석을 해보고자 한다 각각의 . Case 선박들은 선종, Capacity, Engine Type이 다른 선 박들로 어떤 위해도가 유출 되었으며 각 Category, System, Area 별로 위험도 분포에 대해 분석을 진행해 보았다 선종 크기 엔진이 다른 몇 가지 . , , Case의 위해도 Case는 아래와 같다.

사 극동선박설계

Case 1 : 50,000 DWT Tanker - A ( , 2016)

○

사 성동조선해양

Case 2 : 11,000 TEU Container B ( , 2016)

○ –

사 한국선박기술

Case 3 : 1,000 TEU Container C ( , 2016)

○ –

사 조선해양

Case 4 : 10,000 TEU Container D (STX , 2014)

○ –

사 Case 5 : 318,000 DWT VLCC - E

○ (대우조선해양, 2010)

(44)

사 3.2.1 Case 1 : 50,000 DWT Tanker - A

선박의 공정 해석 3.2.1.1 Case 1

선종 : 50,000 DWT Product Carrier

○

LNG Tank : IMO Type C x 2 sets

○

Main Engine : ME-GI

○

Genset : DFDE x 3 sets

○

선박의 추진 기관은 ME-GI Engine 1대로 구성되어 있으며 발전 기관은 , 대로 이루어져 있다

DFDE 3 .

구성은 용으로 대와 대로 구성되어 있

FGSS ME-GI HP Vaporizer 1 HP Pump 2

으며, DFDE용으로 Liquid Line으로 LP Heater 1 , HC Separator 1 , LP 대 대

대로 이루어져 있으며 쪽으로

Heater 1 , Vapor Line , BOG Compressor, BOG 로 이루어져 있다

Cooler .

는 선박의 에 설치되며 운항거리 연료소

Cargo Tank upper deck , Engine Type,

모량, Sea-margin등을 고려하여 Tank Capacity가 산정되었으며, Type C 1개로 구성하였다 각 탱크에는 . LP Pump 2개씩 총 대의 4 LP Pump가 Submerged

으로 구성되어 있다

Type .

은 선박 중앙 양옆으로 각각 위치해 있으며 Bunkering Station Port/Starboard

총 곳의 2 Bunkering Station을 고려하고 있다.

은 을 이용한 간접 가열 방식을 적용하였다

Heating Medium Glycol .

(45)

Fig. 15 FGSS for 50K Product Carrier 개략도

(46)

선박의 위해도 분석 3.2.1.2 Case 1

선박의 경우 총 개의 로 분리하여 를 진행하였으며 총

Case 1 5 Node HAZID ,

개의 가 도출되었다

40 Hazard Event . System Node

○

1. Bunkering Station 2. LNG Tank

3. Fuel Gas System/Room 4. Engine Room

5. Vent Mast

각 Node별 Hazard Event 개수는 Fig 16과 같은 결과를 가진다. Vent Mast를 제외하고 각 Node별 고르게 위해도가 분석되었다.

Fig. 16 Case 1 Node별 Hazard Event

선박의 경우 총 건의 가 도출되었으며 그중

Case 1 40 Hazard Event , Fig. 17 에서 보이는 것과 같이 는 도출되지 않았으며

Risk Index High Risk , Medium Risk

0 2 4 6 8 10 12

Bunkering

Station LNG Tank

Fuel Gas

System/Room Engine Room Vent Mast 10

11

10

8

1

(47)

건 건이 도출되었다 17 , Low Risk 23 .

Fig. 17 Case 1 Risk Index

이때 각 Node별 Hazard Event를 Risk Index로 비교 분석시 Fig. 18 과 같은 형상을 나타낸다.

Fig. 18 Case 1 Node별 Risk Index

23 17

Low Medium High

0 2 4 6 8 10 12

Bunkering

Station LNG Tank Fuel Gas System/Room

Engine

Room Vent Mast 6

4 0

7 4 0

7 3 0

3 5 0

0 1 0

Low Medium High

Vent Mast

(48)

전체적으로 비교 분석해 봤을 때 Case 1 선박의 경우 각 Node별로 고르게 위험도가 분포되어 있음을 알 수 있다.

Table 11 Case 1 HAZID 분석표

Fig. 19 Case 1 HAZID 분석표

선박의 경우 전반적으로 고른 위해도 분포를 나타 내었으며

Case 1 , LNG

Node Hazard Cause Consequence Safeguard Recommend

Bunkering Station 10 21 19 36 11

LNG Tank 11 12 17 36 7

Fuel Gas System/Room 10 12 16 34 10

Engine Room 8 8 14 15 6

Vent Mast 1 1 1 0 1

Total 40 54 67 121 35

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Hazard Cause Consequence Safeguard Recommend

1 1 1

0 1

8 8

14 15

6 10

12

16

34

11 12 10

17

36

7 10

21

19

36

11

Bunkering Station LNG Tank

Fuel Gas System/Room Engine Room

Vent Mast

(49)

및 운용중 에 의한 화재 폭발에 관련된 위해도가 주요 Bunkering Gas Leak ,

로 분류 되었다 그에 대한 원인 결과 도 충분한 분석이 Medium Risk . , , Safeguard

이루어져 있었다.

(50)

사 3.2.2 Case 2 : 11,000 TEU Container - B

선종 : 11,000 TEU Container Vessel

○

LNG Tank : Membrane x 1 set

○

Main Engine : ME-GI

○

선박의 추진 기관은 ME-GI Engine 1대로 구성되어 있으며 발전 기관은 , 대로 이루어져 있다

DFDE 4 .

구성은 용으로 대와 대로 구성되어 있

FGSS ME-GI HP Vaporizer 1 HP Pump 2

으며, DFDE용으로 Liquid Line으로 LP Heater 1 , HC Separator 1 , LP 대 대

대로 이루어져 있으며 쪽으로

Vaporizer 1 , Vapor Line Pre-Heater, BOG 로 이루어져 있다

Compressor .

는 선박의 에 설치되며 운항거리 연료소

Cargo Tank Cargo Hold , Engine Type,

모량, Sea-margin등을 고려하여 Tank Capacity가 산정되었으며, 1개의

로 구성하였다 탱크에는 개가

Membrane Tank . LNG LP Pump 2 Submerged 으로 구성되어 있다

Type .

은 선박 중앙 양옆으로 각각 위치해 있으며 Bunkering Station Port/Starboard

(51)

Fig. 20 FGSS for 11,000 TEU Container Vessel 개략도

(52)

○

1. LNG Fuel Tank & Tank Space 2. Combined Dome

3. Fuel Gas Supply System 4. Fuel Line

5. Gas Valve Train and Units 6. Engine Room

7. Bunkering and Harbour Operation

각 Node별 Hazard Event 개수는 Fig 21과 같은 결과를 가진다. LNG Fuel 그리고 관련 위해도가 다른 에 비해 많이 도출 되 Tank, FGSS Bunkering Node

었다.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

LNG Fuel Tank

Combined

dome FGSS Fuel Line GVT Engine

Room Bunkering 7

4

7

4 4

5

9

(53)

건의 중 에서 보이는 것과 같이 40 Hazard Event Fig. 22 Risk Index High

는 도출되지 않았으며 건 건이 도출되었다

Risk , Medium Risk 18 , Low Risk 22 .

Fig. 22 Case 2 Risk Index

이때 각 Node별 Hazard Event를 Risk Index로 비교 분석시 Fig. 23 과 같은 형상을 나타낸다.

Fig. 23 Case 2 Node별 Risk Index

22 18

Low Medium High

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

LNG Fuel Tank

FGSS GVT Bunkering

6 1 0

2 2

0 6

1 0

3 1 0

1 3 0

0 5 0

0 9 0

Low Medium High

Engine Room

Bunkering Combined

Dome

Fuel Line

(54)

전체적으로 비교 분석해 보았을 때 Case 2 선박의 경우 FGSS Room과 Tank 주변 및 Bunkering 관련의 작업들이 높은 위험도를 보여 주고 있다.

Table 12 Case 2 HAZID 분석표

Fig. 24 Case 2 HAZID 분석표

Node Hazard Cause Consequence Safeguard Recommend

LNG Fuel Tank & Tank Space 7 4 17 6 8

Combined Space 4 2 6 2 7

Fuel Gas Supply System 7 3 19 16 17

Fuel Line 4 2 9 1 6

Gas Valve Train and Units 4 2 9 4 9

Engine Room 5 2 4 2 5

Bunkering and harbour

Operation 9 3 15 0 12

Total 40 18 79 31 64

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Hazard Cause Consequence Safeguard Recommend

5

3

15

0

12

5

2

4

2 4 5

2

9

4

9

4

2

9

1 7 6

3

19

16 17

4

2

6

2

7 7

4

17

6

8

LNG Fuel Tank & Tank Space Combined Space

Fuel Gas Supplu System Fuel Line

Gas Valve Train and Units Engine Room

Bunkering and harbour Operation

(55)

선박의 경우 앞서 언급했던 것처럼

Case 2 FGSS, Tank, Bunkering Manifold 주변의 위해도가 높게 나왔으며 주요 위해도중 , Tank 주위의 Bending Moment 에 의한 Gas 누설에 의한 위험성, Bunkering시 Liquid Spill로 인한 선체 손상,

및 의 추락 물질에 의한 손상 및 그로인한

FGSS Room Engine Room Line Gas

누설 위험성 주요 Medium Risk로 도출되었다. Case 2 선박의 경우 FGSS Room 의 위해도에 대한 Safeguard가 잘 마련되어 있었으며 추가적인 , Recommend도 활발히 논의되고 반영이 되었다.

(56)

사 3.2.3 Case 3 : 1,040 TEU Container - C

선종 : 1,040 TEU Container Vessel

○

LNG Tank : IMO Type C x 1 set

○

Main Engine : X-DF

○

선박의 추진 기관은 X-DF Engine 1대로 구성되어 있으며, 발전 기관은 대로 이루어져 있다

DFDE 3 .

구성은 용으로 대 대

FGSS X-DF HP Heater 1 , HP HC Separator 1 , HP

대와 대로 구성되어 있으며 용으로 으

Vaporizer 1 HP Pump 2 , DFDE Liquid Line 로 LP Heater 1 , LP HC Separator 1 , LP Heater 1대 대 대로 이루어져 있으며,

쪽으로 로 이루어져 있다

Vapor Line BOG Compressor, BOG Cooler .

는 선박의 선미에 설치되며 운항거리 연료소모량

Cargo Tank , Engine Type, ,

등을 고려하여 가 산정되었으며 개로 구성

Sea-margin Tank Capacity , Type C 1 하였다 탱크에는 . LP Pump 2개가 Submerged type으로 구성되어 있다.

은 선박 선미 양옆으로 각각 위치해 있으며 Bunkering Station Port/Starboard

(57)

Fig. 25 FGSS for 1,040 TEU Container Vessel 개략도

(58)

○

1. Hydrocarbon 2. Pressure Hazards

3. Dynamic Situation Hazards 4. Hot Surfaces

5. Cold Surfaces 6. Asphyxiates

건의 중 에서 보이는 것과 같이

12 Hazard Event Fig. 27 Risk Index High Risk

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

HydrocarbonsPressure Hazards

Dynamic Situation Hazards

Hot

Surfaces Cold

SurfacesAsphyxiates 2

1 1

2

4

2