2020년 11월

KR의 LNG 벙커링 위험도 분석과 안전구역 설정 연구

2020-10-30

선박해양연구소 시스템안전연구팀 김종민 책임

지구온난화와 환경오염에 대한 국제적 관심과 우려가 갈수록 증가하고 있으며, 국제 사회는 IMO 2020(Global Sulfur Cap 2020)과 같이 선박 배출 배기가스를 적극적으로 규제하고자 합니다. 이러한 선박 배기 가스 배출 규제 대응을 위해 조선해양산업계는 다양한 기술과 대응책을 새로이 도입하고 있으며, 그 중 LNG를 선박 추진연료로 사용하는 방안이 효과적인 대안 중 하나로 여겨지고 있습니다. 이에 따라 국내는 물론 전 세계적으로 LNG연료추진 선박 발주가 점차 증가하고 있는 실정입니다. 또한 LNG연료추진 선박은 향후
전세계 신조 선박 다수를 차지할 것이라 예상되고 있습니다.

“벙커링(Bunkering)”은 고체, 액체, 기체연료 또는 기타 에너지원을 수상(해상) 선박용 추진 및 특정 용도
에너지로 부두 또는 전용 선박에서 공급하는 것을 말합니다. LNG벙커링은 탱크로리(Tank-rory), 육상 파이프라인(pipeline) 그리고 선박과 같은 공급원에서 수취선박(Receiving vessel : LNG fueled vessel)으로 연료용 LNG를 이송(공급)하는 작업입니다.

LNG 연료추진 선박의 상업적 도입과 확산을 위해 LNG 연료 선박 벙커링 기반시설과 안전 운용 기술 확보가 필수적으로 요구됩니다. KR은 LNG 벙커링 산업 활성화를 위해 안전하고 효율적인 LNG 벙커링 작업 수행을 목적으로 Ship to ship(이하 STS) LNG 벙커링 안전 절차 제공과 위험도 분석서비스를 하고 있습니다.

STS LNG 벙커링 국내 수행 실적이 없지만 가까운 시일 내 첫번째 STS LNG 벙커링이 수행될 예정입니다. KR은 예정된 STS LNG 벙커링 작업에 대한 위험도 평가를 수행했으며, 위험도 분석을 통해 STS 작업과 LNG
이송에 대한 안전관리 강화방안을 STS LNG 벙커링 수행자에게 조언하고 있습니다.

STS LNG 벙커링 위험도 분석 목적은 다음과 같습니다.

❶ STS LNG 벙커링 운용 절차에 대한 체계적 검토 및 이해를 통해 안전성 확보
❷ STS LNG 벙커링 단계별 잠재적 위험요소를 식별
❸ 식별된 위험요소로 인한 사고 결과가 인명/재산/환경에 미칠 수 있는 영향 추정
❹ STS LNG 벙커링 위험도에 대한 정성적 검토
❺ STS LNG 벙커링 안전 강화를 위한 추가 안전조치 및 권고안 도출

Figure 1. Ship to ship LNG bunkering

STS LNG 벙커링에서 식별된 주요 위험요소는 벙커링 장소와 수취선에 따라 다르게 식별되고 운영사의 STS LNG 벙커링에 대한 “자체 안전관리 방안”과 “비상대응 절차”에 따라 그 대응방안이 달라집니다. 분석 범위는 STS LNG 벙커링 작업 절차에 따라 4개로 구분할 수 있습니다.

첫번째는 “선박 접근과 이탈”입니다. STS 계류를 목적으로 두 선박이 접근을 하고 벙커링 작업이 끝난 후
서로 이탈하는 하는 과정에서 발생하는 위험도를 식별합니다.

두번째는 “STS 계류의 고정과 해제”입니다. LNG 이송 시작을 위해 두 선박 계류삭을 연결하고 고정하는 작업과 LNG 이송 종료 후 계류 해제 하는 과정에서 발생 할 수 있는 위험도를 식별합니다.

세번째는 “벙커링 호스 연결과 분리”입니다. 계류가 완료된 후 본격적으로 LNG 이송을 위해 벙커링 호스를 연결하는 작업과 LNG 이송이 완료된 후 연결된 호스를 분리하는 작업 시 발생 가능한 위험도를 식별합니다.
마지막으로 “LNG 이송”입니다. STS LNG 벙커링을 위한 모든 준비가 완료된 후 연결된 호스를 통해 극저온 상태 LNG가 이송할 때 발생하는 위험도를 식별합니다.

심각한 위험은 LNG 이송 작업 중 발생하는 벙커링 호스 LNG누출, 호스와 매니폴드 연결부 LNG 누출에 의한 선체 손상과 작업자 부상입니다. STS LNG 벙커링 작업 담당자는 심각하게 식별된 위험에 대하여 위험도 수준을 낮추는 대책을 세워 반영해야 합니다.

LNG 연료추진선박과 LNG 벙커링 선박은 개별적으로 Zone 0, Zone 1 그리고 Zone 2 등의 위험구역(Dangerous zone)이 항구적으로 설정되어 관련 안전 설비와 대책이 마련되어 있습니다. 그러나 벙커링 작업 공간에 대한 적절한 관리는 수취선박 크기와 주변 환경 등에 영향을 크게 받기 때문에 가변적입니다. 게다가 벙커링 작업 시에만 필요하므로 항구적인 조치가 필요하지 않습니다.

STS LNG 벙커링 작업 호스 또는 로딩암 등 외부 장비를 통해 LNG가 이송되기 때문에 벙커링 작업과 동시에 외부 장비를 중심으로 적절한 안전 관리 구역이 설정되어야 합니다. 그리고 작업 도중 호스 파손 등에 의한 대기 LNG 누출 그리고 갑판/해상 LNG 누출 등을 고려한 적절한 안전관리가 필요합니다.

“안전구역(Safety zone)”은 벙커링 작업 중에 발생하는 천연가스 또는 LNG 누출 위험에 대비하는 특별한 안전 예방 조치들이 준비된 구역을 말합니다. 안전구역 크기는 선박 크기, LNG 누출량, 주변 환경(기상, 온도 등) 그리고 누출되는 지점의 기하학적 형상에 영향을 받습니다. 설정 기준은 누출된 LNG 증기의 가연한계(LFL : Lower flammable limit) 이하 농도를 기준으로 설정 합니다.

안전관리 방안은 누출량 통제 대책, 점화원 제거, 개인방호 장비 착용 그리고 적정 자격을 갖춘 적정 작업자 관리 등입니다.

KR은 STS LNG 벙커링 작업 중 설정되는 안전구역 관련 연구를 국내 A社와의 공동연구를 통해 수행하였습니다.

향후 KR은 STS LNG 벙커링을 하고자 하는 고객에게 안전관리 절차와 안전관리 구역 설정을 제공하는 서비스를 수행할 계획을 가지고 있습니다.

Figure 2. Schematic Diagram of STS LNG bunkering “Safety Zone”

Gas jet leak - horizontal and vertically upwards dispersion (H1 and R1)
LNG downwards dispersion onto land (H2 and R2) and onto water (H3 and R3)

KR 웹진 192호