“LNG 플랜트 시장에 진입하기 위해서는 새로운 형태의
극저온용 열교환기 기술을 개발하고, 신뢰성을 확보해야 한다.”
세계 각국이 고유가 시대의 천연가스 수요에 대비하기 위해 LNG(액화천연가스) 플랜트 건설투자를 늘리고
있다. LNG 플랜트 시장진입을 위해서는 고효율의 천연가스 액화공정기술을 개발하고 핵심기기를 국산화
해야 한다. 본 연구를 통해 우리나라는 열교환기에 대한 자체기술을 보유하게 되었으며, 테스트베드 운영을
통한 노하우 축적으로 해외시장 진출의 교두보를 마련했다.
천연가스 저장하는 필수 과정
‘LNG 플랜트’
친환경 청정에너지에 대한 관심이 뜨겁다. 친환경 에너지를 사용하기 위해서는 화석연료 사용을 줄이고 수소
에너지로 전환하는 것이 가장 이상적이다. 그러나 수소에너지를 일상생활에서 사용하기에는 많은 연구가 필요
하므로 과도기 연료로서 천연가스가 주목받고 있다. 천연가스의 이산화탄소 배출량은 석탄과 비교해서 절반,
석유와 비교하면 70퍼센트 수준이며, 가채년수(확인매장량을 전년도 생산량으로 나눈 것)는 60년으로 석유
보다 20년이나 길어 중요한 에너지원으로 손꼽힌다.
자연에 존재하는 천연가스를 저장하여 대량수송하기 위해서는 영하 162℃의 초저온 상태로 액화시켜 부피를
1/600로 줄이는 ‘LNG 액화 플랜트’ 과정이 필수다. 우리나라는 에너지안보 차원에서 LNG 플랜트 사업의 중
요성을 깨닫고 관련 사업을 진행하고 있지만, 기술 진입의 벽은 만만치 않다. 실제로 LNG 플랜트에 사용되는
극저온용 열교환기의 라이센스는 선진업체들이 독점하고 있으며, 열교환기 제작에 필수인 ‘진공 브레이징 접
합 기술’의 경우 기술유출을 우려해 특허출원을 하지 않은 상황이다. 따라서 LNG 플랜트 시장에 진입하기 위
해서는 새로운 형태의 극저온용 열교환기 기술을 개발하고 신뢰성을 확보해야 한다.
액화공정의 핵심기술
‘고효율 초저온 열교환기’ 개발
LNG 플랜트 산업에서 액화 열교환기는 재액화 기술의 핵심기술 중 하나로 시장의 요구에 따라 컴팩트화, 저
온, 고압의 형태로 발전하고 있어 이에 대응하기 위한 특수한 공정, 소재, 기술 개발이 반드시 필요한 시점이
다. 이에 액화 사이클 기초데이터를 활용하여 액화공정의 효율성을 향상시키는데 영향을 미치는 핵심 기
자재인 열교환기를 개발하는 것이 본 연구의 목표다.
1차년도에는 열교환기에 대한 설계를 수행·제작하기 위한 기초자료 조사를 진행했다. 콜드박스(냉각기)용 열
교환기에 대한 기본설계, 상세설계, 제작, 실험 등의 조건에 대해 체계적으로 조사했으며 랩 스케일급 열교환
기에 대한 기본설계를 수행했다. 2차년도에는 랩 스케일급 열교환기를 제작하고 성능실험을 통해 냉매 간, 냉
매와 천연가스 대체물질 간의 전열특성을 파악했다. 3차년도 연구에서는 랩 스케일급 복합구조형(냉매-냉매+
냉매-천연가스 대체물질) 열교환기에 대한 제작과 성능실험을 진행했다. 또한 2차년도에 수행한 냉매와 냉매
간의 열전달과 냉매와 천연가스 대체물질 간의 열전달 상관관계식을 바탕으로 복합구조형 열교환기를 제작
했으며, 실험을 통해 랩 스케일급 열교환기 기술을 확립했다. 4차년도에는 한국가스공사에서 연구한 천연가스
신액화공정(KSMR)을 기반으로 테스트베드용 파일럿급 열교환기를 설계하였고, 5차년도까지 제작 기반을 완료하였다. 6차
년도에는 설계된 파일럿급 열교환기, 세퍼레이터, 배관, 콜드 박스를 제작하여, KGS(한국가스안전공사) 검사 승인을 받았다.
테스트베드용 콜드박스를 한국가스공사 LNG 인수기지에 설치하고 파일럿 테스트를 통해 신뢰성 검증절차를 준비중이다.
이후 상용급 열교환기(5MTPA급)를 한국가스공사가 개발한 공정에 따라 설계하였고, 사업화 진행을 위한 설계표준을
확립했다.
사업화에 성공,
2015년 매출 1,496백만원 기록
본 연구의 최종목표는 LNG 플랜트 시장에 진출하는 것이지만, 시장 특성상 실적이 없는 신규업체의 진입
이 매우 제한적이므로 테스트베드 운영을 통해 성능을 검증한 후 소규모 LNG 플랜트 시장에 진입했다. 개
발에 성공한 초저온용 열교환기는 LNG 플랜트 시장 외에도 공기 중 질소와 산소를 분리하여 판매하는 ‘Air
Separation Unit’, 암모니아 등을 생산하는 ‘화공 플랜트’, 알루미늄 소재의 경량성을 활용한 ‘항공 분야’ 및 헬
륨을 냉매로 사용하는 ‘초전도 변전소’ 등에도 적용 가능한 기술이다. 이러한 기술 경쟁력을 바탕으로 전시
회 참여 및 자료 제작·배포 등을 통해 지속적인 홍보활동을 펼친 결과, 화공플랜트, 조선해양 분야 연구
기관의 실험용 설비 등에 적용할 수 있었고 조선분야에서는 상대적으로 진입장벽이 높은 FSRU(Floating,
Storage&Regasification Unit)에 BOG를 재액화하는 열교환기의 납품에도 성공했다. FSRU는 해상에서 LNG를
적재, 저장, 재기화할 수 있는 ‘부유식 가스저장 재기화 설비’다. 연구진은 이러한 실적을 지속적으로 확보한
덕분에 국내 최초로 상용화에 성공했고, 사업화를 통해 2015년 한 해에만 1,496백만원의 매출을 기록했다.
앞으로도 과제 본연의 목표인 LNG 플랜트 시장에 진출할 수 있도록 지속적인 홍보와 적용실적 확보를 통해
국산기술로 개발한 열교환기의 성능을 높이고 널리 알리기 위해 노력할 것이다.
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