암모니아(NH3)공급 체인 분석 : 암모니아의 특성과 암모니아 저장탱크 분석

이번 글에서는 암모니아의 물리적 특성을 통한 암모니아 저장탱크 및 운반선에 대한 내용을 다루어보겠습니다.

암모니아의 물리적 특성

암모니아는 무색의 강한 냄새를 가지고 있는 염기성 물질로써, 고압에서 쉽게 액화되고, 대기온도에서 쉽게 기화되는 특징을 가지고 있습니다. 이렇게 내부에서 기화되어 끓는 현상을 '비등'이라고 부르는데 암모니아가 기화하기 시작하는 비등점은 1 기압 하에서 -33.5도로 알려져 있는데요. 즉 암모니아의 액화 온도는 -33.5도인 셈입니다.

암모니아 특성에 따른 취급상의 위험성

이렇게 낮은 비등점을 가진 암모니아가 가스 수송선이나 연료추진용 탱크에 저장되었을 시, 가장 유의해야 할 사항은 바로 기화에 의한 암모니아 누출입니다.

암모니아는 앞에서 언급한 것처럼, 고압에서 쉽게 액화되고, 대기온도에서 쉽게 기화되는 특성으로 인해 만약 암모니아 저장탱크가 선박의 바깥에 노출되면, 태양의 복사열로 인해 저장탱크가 가열되어 암모니아가 기화되면서 체적이 팽창하게 됩니다. 이때 저장 탱크 내의 압력이 상승하게 되면, 응력(변형력)이 발생하면서 저장탱크의 철강 조직이 열화 하여 부식이 잘 일어나며, 이로 인해 크랙과 같은 균열이 발생하면서 암모니아가 누출될 수 있습니다. 또한 탱크 제작 시 강재를 용접한 부위에 강도와 인성이 저하면서 마찬가지로 균열이 발생할 수 있습니다.

암모니아는 화학식(NH3)대로 탄소를 지니고 있지 않아, 이산화탄소를 배출하지는 않지만, 공기 중의 황이나 산소와 결합할 경우, 대표적인 초미세먼지인 질소산화물(NOx) 또는 황산화물(SOx)를 만들어 낼 수 있으며, 암모니아 자체가 유독성 기체로 인간의 피부 및 장기에 손상을 주기 때문에 세계 대부분의 나라에서는 암모니아 취급 시, 방호장비를 갖출 것을 권고하고 있습니다.

때문에 암모니아의 누출 가능성을 최소화하는 탱크를 제작하는데 있어, 가장 중요한 것은 암모니아의 기화 및 독성에 따른 균열을 방지하는 철강 재질이라고 볼 수 있겠습니다.

암모니아 저장탱크의 특징

암모니아를 비롯한 LNG, LPG를 운반하는 선박을 가스운반선이라고 부르는데요.

이러한 가스운반선은 온도나 압력을 조절하여 가스를 액하시켜 운송하기 때문에 저온에서도 부서지지 않는 강재로 압력을 견딜 수 있는 강재로 가스탱크를 제작해야 합니다. 참고로 가스운반선에는 LNG도 포함되지만 LNG의 경우, 액화 온도가 -162도로 다른 가스들에 비해 차이가 크기 때문에, LNG 운반선으로 따로 분류하기도 합니다.

암모니아와 LPG의 경우, 액화온도가 거의 비슷(LPG -42도, 암모니아 -33도) 하기 때문에, 통상적으로 가스운반선은 암모니아와 LPG 둘 다 수송 가능한 '복합 운반선'으로 제작하고 있습니다.

복합 가스 운반선에 액화 가스를 저장하기 위한 탱크의 강재 재질은 강재의 압연가공 과정에서 열처리 공정을 동시에
실행하여 제조하는 TMCP 강재로써, 응력 부실 균열을 방지하기 위해 440MPa 이하의 낮은 항목 강도와 510 Mpa이상의 인장 강도를 가진 고장력 강판으로써, LT-FH32 또는 LT-FH36 강재를 사용합니다.

본 강재는 2014년 포스코에서 선박용 고강도 강재의 국산 대체화 목적으로 개발되었는데요. 본 강재는 탱크 제작시
강재 용접 후 발생하는 응력을 최소화하여 응력발생 후 열처리할 때 발생하는 강도와 인성의 저하 방지 효과가 있는 것으로 알려졌습니다.

이러한 물성을 가진 LT-FH32/LT-FH36 강재는 현재 복합 가스 운반선용 C형 독립 저장탱크로써 널리 사용되고 있습니다.

암모니아 탱크 제작 주요 기업은?

세진 중공업은 국내 대표적인 조선 기자재 업체로써, 데크하우스와 LPG 저장탱크 등을 제작하여 국내 조선사에 납품하는 회사로써, 2005년에 LPG 탱크를 초도 납품한 트랙 레코드를 시작으로 지난 2020년 기준으로는 10척의 복합가스운반선의 LPG 저장탱크를 납품하였으며, 2019년 기준, 제작 척수는 200여 척 이상으로 LPG 저장탱크에 대한 제작 경험과 숙련도가 높습니다.

2016년을 기준으로, 전세계 LPG선의 60%를 한국이 수주하였는데, 이 가운데 50%를 주 고객사인 현대중공업과 현대미포조선이 가져갔는데, 세진중공업은 이들 회사의 모든 LPG선에 LPG탱크를 독점 공급하였습니다.

특히 2016년에는 미국의 페리, 바지선의 건조 및 선박수리를 전문으로 하는 Vigor Fab 조선사에게 암모니아 저장탱크를 직수출하기도 하였는데요. 이렇듯, LPG와 암모니아가 복합 가스 운반선으로 이송된다는 점을 감안한다면, 향수 LPG의 가격 상승과 더불어 암모니아 수송이 본격화되면, 가스 복합 저장 탱크 분야에서는 세진 중공업이 단연 큰 수혜를 받을 것으로 기대됩니다.