어플리케이션 - 조선해양


최근 들어 건조가 거의 마무리 되어가는 선박들에는 수 많은 기자재들이 적용되고 있는데요,

오늘은 그 중에서도 LNG선박의 핵심인 연료저장탱크와 관련된 어플리케이션으로

Isotech의 온도교정시스템이 적용된 내용을 소개해드리려고 해요.


소개에 앞서, 오늘의 주제인 LNG에 대해 간단하게 알아볼까요?





기후변화와 더불어 러시아-우크라이나 전쟁으로 인하여

유럽 국가들을 중심으로 에너지를 LNG 중심으로

탈바꿈하려는 움직임이 점차 두드러지게 나타나고 있습니다.


LNG가 무엇이기에 유럽의 대체 에너지원으로 떠오른 것인지

그 개념과 저장기술에 대해 말씀드려 볼께요.




< 천연가스를 액화한 LNG >


LNG는 액화천연가스(Liquified Natural Gas)의 약자로,

보다 구체적으로는 가스전에서 채취한

천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각하여 액화한 것입니다.


천연가스는 황의 함유량이 적으므로

다른 화석연료인 석유, 석탄에 비하여 대기 오염이 현저히 적습니다.


본래 천연가스를 액화하는 데에는 기술적 어려움과 비용이 많이 소요되므로,

유럽 국가들은 인접 러시아 가스전에서 파이프를 통해 공급된

기체 상태의 천연가스(PNG)를 이용해 왔습니다.


그러나, 러시아-우크라이나 간 전쟁의 발발로

대러 무역 제재와 원자재 수급 불안이 겹쳐지면서

파이프가 아닌 바다 건너에서 천연가스를 수입하는 것을 모색하게 된 것입니다.


천연가스를 좁은 배에 실으려면 부피를 크게 줄여야 하므로,

냉각된 LNG는, 대기오염이 적으면서도

다 건너 미국/카타르 등지에서 수입할 수 있는 에너지 형태로 제격인 것입니다.





< LNG 저장 기술 >


LNG를 수송하려면 먼저 LNG 운반선이 항해하는 기간 동안에

LNG가 새지 않고 안정적으로 저장될 수 있어야 합니다.


LNG는 기체 상태에서 매우 큰 부피인 천연가스를 냉각시켜 압축한 물질입니다.

LNG는 천연가스의 주성분인 메탄을 영하 162ºC의 초저온에서 냉각시켜 만드는데요,

이렇게 액화 상태로 보관-운송하여 실제로 사용할 때에는 기화를 시켜서 사용하게 됩니다.


여기서 바로 포인트는!

액화시킨 천연가스는 기체에 비해 부피가 1/600 수준으로 떨어지게 되어

이동과 보관이 매우 경제적이라는 이점이 있습니다.


그렇게 때문에,

LNG 운반선 내 저장되어있는 연료저장탱크 내부 온도를

초저온으로 유지 및 모니터링은 매우매우 중요한 시스템입니다.




자, 그럼 이제 슬슬 눈치를 채셨을까요?


초저온으로 유지되어야하는 LNG선 연료저장탱크 내부에는

수십 개 이상의 온도센서들이 설치되어있고,

이 센서들을 통하여 내부의 온도 분포를 모니터링 합니다.


이번에 소개해드리는 Isotech 교정 시스템이 적용된 K사는

앞에서 말씀 드린 LNG선 연료저장탱크 내 온도 모니터링 설비(기자재)를

국내 대형 조선3사로 공급하는 업체입니다.


LNG선 연료저장탱크 내부에 설치될 온도센서를 공급하기 때문에,

납품전 자체 검수는 당연히 필수적인 부분이겠죠?


< LNG선 연료저장탱크에 적용되는 온도센서 >



LNG선 한 척당 적게는 수 십에서 많게는 수 백개의 온도센서가 설치되는데,

수십~수백척에 적용되는 온도센서의 수량은 매우 많고

이 센서들이 설치되기 전에는

반드시 정상동작유무를 확인하기 위해 납품전 교정(검수)업무가 필수입니다.





여기서 말하는 교정업무란,

실제 물리적으로 온도를 발생시켜줄 수 있는 온도발생장치(항온조)

기준(고정밀급)온도센서와 피교정 온도센서를 동시에 담구고,

온도센서에서 출력되는 아날로그 신호를

정밀인디케이터에서 측정 및 비교하여 정상적으로 잘 동작하는지를 확인하는 업무입니다.




이 어플리케이션에는 Isotech 품목군에서

크게 온도발생장치(항온조), 기준온도센서, 고정밀온도인디케이터가 모두 적용되었습니다.

업체에서 교정하고자하는 온도센서의 교정온도범위 및 센서의 크기 등을 고려하여,

그에 적합한 온도발생장치(항온도)를 선정합니다.

(항온조는 온도범위/내부 교정볼륨에 따라 다양한 라인업으로 구성됩니다.)


앞서 제가 게시한 항온조/드라이블럭 선정가이드를 보신 분들은 아시겠지만,

이번 어플리케이션에는 왜 항온조가 적용되었을까요?


항온조는 휴대용 목적의 드라이블럭에 비해서 사이즈가 크고,

그만큼 피교정 온도센서를 담굴 수 있는 내부 부피가 크게 때문에

드라이블럭보다 동시에 다수의 온도센서를 교정할 수 있습니다.


항온조에서 초저온의 온도를 실현시켰지만 목표온도까지 실현되고나서,

상온에 보관되어있던 온도센서를 담궈보면

담구는 순간 온도센서의 표면의 온도가 항온조의 매질과 맞닿으면서

열교환이 이루어지게되고 설정하였던 영하의 온도에서 일시적으로 온도가 상승합니다.

(차가운 것과 따듯한 것이 만나면 미지근해지는 느낌이겠죠?)


그럼 다시 설정하였던 온도까지 도달하게 되는 데에

시간이 소요되고 이러한 과정들을 반복하는 과정이

곧 주어진 시간 내에 교정할 수 있는 온도센서의 수량이 결정되게 됩니다.


그렇게 때문에 어느 곳이나 마찬가지겠지만,

교정해야하는 물량이 많은 교정기관 또는 산업체들에서는

효율적인 교정업무를 위해

큰 볼륨으로 다량의 센서를 교정할 수 있는 항온조를 선정합니다.


이어서 말씀드리면,

피교정 온도센서가 정확하게 현재 측정하고 있는 온도값을 출력하는가를 확인하기위해

블로그를 통해 ‘열역학 제0법칙’ 내용을 소개해드렸던 것처럼,


교정 및 검증이 완료된 기준(고정밀급)온도센서와 동시에 측정값을 비교하여

허용오차 내에 들어오는지의 여부를 통해 Pass/Fail을 판정하게 됩니다.

(* https://blog.naver.com/kostech6704/222852349598)




여기에서 적용된 제품이 Isotech의 SPRT(기준온도센서)와 milliK(고정밀 온도인디케이터) 입니다.

지금까지 소개해드린 Isotech의 온도센서 교정 시스템을 전체적으로 구성해보았습니다.





실제 업체에서는 이와 동일한 구성으로 전체 설비를 구성하였고,

수해야하는 온도센서 물량들을 고려하여 아래와 같이 다수의 항온조를 사용하고 있습니다.



또한, 항온조 내부에 온도센서를 담굴 때

림 내부에 그냥 넣게 되면 센서가 제대로 고정되지 않아

온도를 측정하는데에 오차가 생길 수 있기 때문에

센서 사이즈에 맞는 Insert를 넣고, 그 안에 센서를 고정시킵니다.


여기에서도 한 가지 팁은,

nsert 외부/내부 매질의 흐름을 원활하게하여 온도차를 없애기 위해

아래와 같이 특수제작 할 수도 있답니다.





마지막으로, 이번 어플리케이션에 적용된

Isotech 항목들에 대한 사양을 간단하게 소개해드리고 마무리하겠습니다!


1. 항온조



< Isotech - Liquid bath >


< 798(Hydra) >


* 온도발생범위

1) -80°C to 125°C(798L)

2) -40°C to 125°C(798M)

3) 30°C to 200°C(798H)

4) 30°C to 300°C(798EHT)


* 안정도 : ±0.015°C

* 볼륨 : 150 x 300mm





2. 온도인디케이터




< Isotech - Precision Thermometer >



* Input channels : 3 ch

* Channels 1+2 : SPRTs, PRTs, Thermistor and Thermocouples


* 측정범위

1) SPRTs : 0-115Ω

2) PRTs : 0-460Ω

3) Thermistors : 0-500kΩ

4) Thermocouples : ±115mV

5) 4-20mA : 0-30mA





3. SPRT



 

< Isotech - Standard Platinum Resistance Thermometer >



* 측정범위 : -196 to 250°C

* Ro : 100Ω ± 0.05Ω

* Stability : 0.010Ω/ year



지금까지 조선해양분야의 LNG선 연료저장탱크 내 온도측정용으로 적용되는

온도센서 교정 어플리케이션에 대해 소개해드렸습니다.


Isotech은 우수한 기술력과 세계적인 명성을 바탕으로

기준급 고정밀 온도센서에서부터 온도발생장비, 정밀온도측정기까지

온도교정과 관련된 모든 품목군을 취급하고 있습니다.


 

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