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[기고] 해저배관기술 자급률 높여야 해양기업 발돋움
김영근 한국가스공사 수석연구원
2018년 01월 02일 (화) 13:31:10 에너지신문 energynews@ienews.co.kr
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해양 파이프라인 에너지 수송기술

   

[에너지신문] 육상 자원개발의 한계로 2000년대 초반 까지 해양 에너지 개발은 급격하게 증가했다. 생산된 해저 자원의 수송을 위한 해저 파이프라인 건설은 에너지 수송기술의 중요한 부분이 되고 있다.

저유가로 인한 해양에너지 개발의 위축으로 현재는 해양 에너지개발이 침체국면이지만 향후 유가 회복 시 해양 파이프라인의 건설이 다시 급증할 것으로 예상된다. 해양 파이프라인은 국가 간의 에너지 수송망에서도 중요도를 더해가고 있다.

육상 파이프라인 운송의 경우 여러 국가를 경유하게 돼 지정학적 위험과 통과세 등 경제성이 악화될 수 있어 해양을 통한 에너지 수송이 각광 받고 있는 상황이다.

   

◆ 해저배관, 다양한 환경에서 안정성 검증한 후 설계해야

국내에도 해저배관의 건설은 활발하다. 한국가스공사는 서해지역에도 영종도 인근의 해저배관, 평택과 당진을 연결하는 해저배관을 운영하고 있고, 남부권에서도 진해-거제를 잇는 해저 터널 배관을 건설하고 있다.

한국석유공사가 운영 중인 동해 가스전에서도 생산되는 가스와 컨덴세이트는 해저배관을 통하여 육상으로 운송되고 있다. 국내 기업이 해외에 투자하고 있는 사업에서도 다양한 환경에서의 해저배관이 이미 운영 중이거나 계획 중에 있다.

포스코대우가 운영 중인 미얀마 쉐 해양 가스전에도 해저배관이 운영되고 있다. 러시아에서 생산된 가스의 국내 도입을 위해 다양한 경로의 해저배관이 여러 차례 논의되고 있어 한반도 인근의 국제정세가 안정될 경우 그 사업이 현실화 될 가능성도 상존하고 있다.

해저 파이프는 해양환경에서 운영되기 때문에 다양한 환경에서의 안정성을 검증한 후 설계해야 한다. 설치배관의 심도가 낮은 경우에는 조류나 파도의 영향을 고려해야 하며, 심도가 낮은 경우 해역을 항해하는 선박의 닻이나 어선의 어업행위에 의한 배관손상 또한 고려대상이 된다.

국내에 설치된 해저배관의 경우 낮은 심도에서 운영되는 경우가 많아서 사석을 덮어 배관을 보호하거나 터널을 건설해 터널내부에 배관을 설치하기도 한다. 설치심도가 깊어지게 되는 경우 해류나 파도의 영향은 감소하지만, 작용하는 외부 수압에 의한 배관의 붕괴 위험성을 고려해야 한다. 심도가 깊은 경우에는 2000~3000m에 달하기 때문에 이때의 수압에도 견뎌야 한다.

지역에 따라 해저 지형의 경사 변화가 큰 지점에서는 지형변화에 대한 안정성도 고려해야 한다. 해저 파이프는 운전 중에 다양한 하중에 노출되기도 하지만 건설 중에도 큰 하중에 노출된다. 설치선박에서 용접해 해저면에 내리는 공정에 따라 매우 큰 응력이 유발돼 이에 대한 충분한 고려도 필요하다.

해저에서 개발되는 가스전의 생산물을 운송하는 경우에는 내부에 가스 성분뿐만 아니라 컨덴세이트와 수분이 포함돼 있어 운송과정에서의 온도변화에 따라 하이드레이트가 생성될 수 있다.

관내에 하이드레이트가 생성되면 관이 막히게 되므로 이를 방지하기 위해 온도를 유지하기 위한 단열재를 설치하거나 하이드레이트 형성을 억제하는 화학물질을 첨가하도록 설계가 이뤄져야 한다.

가스와 액체인 컨덴세이트, 물 등을 한꺼번에 수송할 경우에는 배관내부의 유체의 흐름이 매우 복잡하게 이뤄진다. 유체의 유속과 밀도, 액상의 양에 따라 가스와 액상이 일정하게 흐르기도 하지만 액상이 해저지형이 낮은 지형에 고여 있다가 갑자기 많은 양이 한꺼번에 이동하기도 한다.

이 경우 이들 유체를 처리하는 설비의 용량을 초과할 수 있기 때문에 가급적 안정적인 유체의 흐름이 보장되도록 파이프를 설계해야 한다. 또한 해저에 설치된 배관은 운영 중 내외부에 부식이 발생하는 경우 보수비용이 막대하게 발생하므로 이에 대한 대비책도 충분히 강구해야 한다.

가스 국내 도입 위한 해저배관, 국제정세 안정 시 현실화 가능

지정학적 위험·경제성 악화로 ‘해양 통한 에너지 수송’이 각광

   
▲ 해저배관 루트설계 사례.

◆ 해저배관, 시공·운전 경험 부족해 지속적 기술개발 필요

해저배관에 대한 다양한 설계 및 건설 기술관련 국내기술은 아직 다양한 원천기술이 부족하고 시공 및 운영 경험이 많지 않아 지속적인 기술개발이 필요한 분야이다.

국내 자원개발 기업은 독자 개발경험이 부족하고 국내 해양관련 중공업 업체의 경우 원천 기술에 대한 설계경험이 없어 이 분야에 대한 독자기술 개발 실적도 미진하다고 생각된다.

다양한 해외 자원개발 경험과 해외 메이저 기업과의 협력 경험을 보유한 한국가스공사는 해양 파이프라인 기술을 개발하기 위해 산업계와 학계와 협업해 원천기술을 공동으로 개발하려고 시도하고 있다. 이를 통해 자주 자원개발 역량을 확보하고 자원개발 비용을 절감할 수 있는 기술을 확보하기 위해서다.

한국가스공사는 2016년 ‘해저생산설비 설계기술 개발과제’를 시작해 해저 생산설비와 해양 파이프라인 설계기술 개발에 착수했다.

또한 정부출연 연구사업인 ‘해양플랜트 공정설계 검증을 위해 설계 데이터 상호응압이 가능한 해저-해상 통합 기본모델 개발’에 참여해 국내 해양 전문업체 및 학계와 더불어 이 분야 기술수준을 제고할 수 있는 기반역량을 구축하고 있다.

2017년에는 ‘해양 유가스전 생산시설 역설계 및 유지보수 스마트 운영 솔루션 개발과제’에 착수, 종합적인 해양설비 운영역량을 확보하고자 노력해 왔다. 아울러 심해저 파이프에 중점을 둔 과제로 ‘심해저 가스배관 FEED 설계기술과제’도 2017년 착수했다.

이러한 산업간 협력을 통해 기술의 자급률을 점차 높여나갈 때 에너지 기업의 자주개발능력 확보가 앞당겨 질 수 있고, 해양기업의 재기에도 큰 발판이 될 수 있으리라 기대한다.

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