LNG 추진 선박의 HAZID 사례를 통한 연료 공급 시스템의 위험성 분석에 관한 연구

Abstract

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 규제를 강화했으며 발틱해, 북해, 미국의 일부 해역에 배출가스 통제구역(ECA)을 설정하여 HFO보다 황 함유량이 적은 연료를 사용하도록 규제 하고 있으며, 청정 해역에 대한 요청 증가로 대상 지역이 확대될 전망이다. 그에 대한 선박 연료의 대안으로 친환경 연료인 LNG가 각광을 받고 있으며, 최근 LNG를 연료로 사용하는 선박이 늘어나고 있는 추세이다.

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

LNG 연료 추진 선박은 크게 LNG를 저장하는 Tank와, LNG를 Engine에 공급하기 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. 고압 엔진(ME-GI)을 사용하는 선박의 경우 ME-GI 엔진의 운전에 필요한 압력인 300 barg까지 가압이 필요하며, 해당 압력을 구성해줄 FGSS가 필요하게 된다. 저압 엔진(DFDE)의 경우 DFDE 엔진의 운전에 필요한 압력(6 barg)까지 가압해줄 FGSS가 필요하게 된다. 또한 고압 엔진과 저압엔진의 특성에 따라 중질 탄화수소(HC ; Heavy Carbon) 처리 유무도 별도로 고려가 필요하다. 즉 선박별로, 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, 위해도 분석 또한 달라진다.

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