(A) study on the design and operation of LNG-FSRU topside processes using dynamic simulation

Abstract

최근 증가하는 천연가스의 수요에 맞춰 액화 천연가스(LNG) 공급 시설의 수요가 높아지고 있으며 특히 기존의 육상 공급 시설보다 공사기간, 비용 측면에서 유리한 해상 부유식 저장 및 기화 설비(FSRU)에 대한 관심이 확대되고 있다. LNG-FSRU는 그 설계 방법이 육상 천연가스 터미널이나 천연가스 수송선의 경우와 유사하지만 기존 공정 설계에서 다루지 않던 해양 상황을 설계에 반영하여야 한다. 또한 LNG-FSRU의 공정 및 운전 절차의 설계와 안전한 운전을 위해서는 높은 정확성을 가진 동적 시뮬레이션 모델이 필요할 뿐만 아니라 충분한 수와 종류의 센서 설치가 요구된다. 이 논문은 동적 시뮬레이션을 활용한 LNG-FSRU의 탑사이드 공정의 설계와 운전에 대한 연구를 다루었다. 먼저 공정 시뮬레이션을 통해 LNG-FSRU의 공정에 대한 해양 환경의 영향에 대해 연구하였으며 또한 LNG-FSRU의 공정 및 운전 절차 설계를 위한 정확한 동적 시뮬레이션 모델, 그 중에서도 공정의 핵심이 되는 재액화기에 대한 상세 모사를 수행하였다. 아울러 LNG-FSRU 배관 내의 작업자가 알고 싶은 어떤 지점에 대해서도 값을 예측할 수 있는 변수 자동 예측 기법을 제안하였다. 이 논문은 세 개의 주요한 부분으로 구성된다. 첫째, 해양 환경이 공정에 영향을 미칠 수 있는 요인을 유동현상의 장치 내 유입, 플랜트 설치 가능 영역 제한, 그리고 장치 무게에 대한 고려 세 가지로 구분하여 각각의 요인들이 공정 설계에 얼마나 영향을 미치는 지를 분석하였다. 그리고 이 결과를 토대로 LNG-FSRU 탑사이드의 최적 공정 설계를 수행하였다. 둘째, 설계한 LNG-FSRU의 공정을 바탕으로 동적 시뮬레이션을 수행하였다. 특히 LNG-FSRU 공정 내에서 가장 모사가 난해한 증발가스 재액화기에 대한 상세 모사를 수행하여 기존 시뮬레이션 사례보다 높은 정확도로 재액화기의 운전을 모사하였다. 마지막으로 LNG-FSRU의 배관을 대상으로 센서가 없는 어느 지점을 선택하더라도 해당 지점의 공정 변수를 자동화된 시뮬레이션을 통해 가장 빠르게 예측할 수 있는 방법론을 개발하였다. 개발된 방법론을 통하여 변수 예측에 걸리는 시간을 기존보다 1/10 이하로 줄일 수 있었다.