[20년01월] 9. LPG배관망 사업 현황 및 설계

Rural residents without city gas(LNG) service have to share the high energy cost and are exposed to dangerous environments.

So Ministry of Trade, Industry and Energy is in LPG Pipeline Business to solve the problems and Saman has participated in LPG Project since 2016.

This technical journal introduces the status of LPG business, design criteria, and LPG supply system.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

박춘일 상무, 플랜트부(cipark@samaneng..com)

이은섭 이사, 플랜트부(eslee@samaneng.com)

김민철 부장, 플랜트부(mckim1@samaneng.com)

이상희 대리, 플랜트부(shlee@samaneng.com)

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1. 서론

농어촌 지역 중에서도 작은 마을들은 도시가 아니어서 일명 도시가스로 불리는 액화천연가스(LNG)가 공급되는 곳이 적다. 도시가스 공급을 위해서는 기지와 연결된 배관이 있어야 하는데 시설비용이 만만치 않게 들기 때문에 촌락 지역의 적은 인구를 위해서 도시가스를 공급하기에는 어려운 측면이 있다. 이 때문에 도시가스 공급을 포기한 지역이 일반의 인식보다는 상당히 많다.

LPG배관망 사업은 도시가스 미공급지역의 농어촌 주민들이 도시지역보다 높은 수준의 취사･난방 연료비를 지불하게 돼 지역 간 에너지 사용의 불균형이 심화된다는 문제를 해소하기 위해 정책적 사업으로 추진되었다.

산업연구원이 2015년 수행한 “도시가스 미공급지역의 가스공급 방식별 경제성 분석” 결과 저장탱크 및 배관망을 이용한 LPG공급방식이 가장 경제성 있는 것으로 평가되면서 국책 사업으로 추진되어 기존의 마을단위 LPG배관망사업에 이어 2016년부터 그 범위가 군단위로 확대되었다.

LPG배관망 사업을 통해 LPG유통구조를 단순화하고 벌크공급으로 LPG가격을 낮추어 LPG용기 대비 15~30% 요금이 절감돼 주민들의 연료비 부담이 완화되고, 도시가스에 준하는 연속성 있는 가스공급으로 주민 편리성이 향상되고, LPG용기 대비 사고예방 및 안전성 제고, 사용자 주거환경 미관이 개선되는 효과가 있어 사업이 완료된 주민들의 호응이 상당히 좋은 사업이다.

플랜트부에서는 2016년부터 한국LPG배관망사업단에서 발주하는 군단위 및 마을단위 LPG배관망사업을 수행하고 있으며, 본 기술지를 통해 사업 현황, 설계 기준 및 공급 시스템에 대해 소개하고자 한다.

Fig. 1. LPG 공급방식

 

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2. 사업 현황 및 향후 전망

 

LPG배관망 사업은 공사규모(세대수, 저장탱크 용량 등) 및 가스공급압력 등에 따라 마을단위 및 군단위 사업으로 구분한다.

 

2.1 마을단위 사업

 

2.1.1 개요

세 대 수 : 100세대 미만

저장탱크 : 3톤 미만 소형저장탱크(저장능력 합계 5톤 미만, 지상설치)

가스공급압력 : 25kPa

 

2.1.2 사업 현황 및 향후 전망

2014년부터 시작한 농어촌 마을단위 LPG배관망 사업은 2016년 기준 65개 마을에서 사업을 완료하였으며, 지자체 및 주민들의 높은 호응도로 계속 사업이 확대되고 있는 추세이다. 당 부서에서는 2017년 포천시 1개 사업, 2018년 인제군 3개 사업을 수주, 준공하였다.

 

Fig. 2. 마을단위 LPG배관망 구축 사례

 

 

2.2 군단위 사업

 

2.2.1 개요

세 대 수 : 1,000세대 이상

저장탱크 : 5톤 이상 저장탱크(매몰 설치)

가스공급압력 : 70kPa

 

2.2.2 사업 현황 및 향후 전망

우리나라 시･군･구 중 도서･산간에 위치한 12개 군 지역(에너지자립섬 울릉군 제외)은 지리적 여건, 낮은 사업성 등으로 2019년 이후에도 도시가스 공급이 곤란한 형편이며, 이에 산업통산자원부에서는 도시가스 미공급이 확정된 13개 지역(화천, 청송, 장수, 영양, 인제, 양구, 철원, 옹진, 신안, 남해, 진도, 완도, 울릉)을 대상으로 군단위 LPG배관망 사업을 실시하게 되었다.

 

Table 1. 사업 현황

당 부서에서는 2016년 장수군을 시작으로 양구군, 철원군, 남해군 사업을 수주하여 장수군은 준공, 양구군은 시공중이며, 철원군 및 남해군은 설계를 진행 중에 있다.

2020년으로 군단위 사업이 완료될 계획이며, 이에 따라 발주처(한국LPG배관망사업단)에서는 100 ~ 1,000세대 규모의 면단위 사업(약 400개소)을 추진하고 있으며, 당 부서에서는 마을단위 및 군단위 사업에서 쌓은 실적 및 기술력을 바탕으로 다수의 면단위 사업에 참여할 예정이다.

 

Fig. 3. 제조소(저장 및 공급 설비) 조감도

 

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3. 설계

 

3.1 가스 공급방식

 

3.1.1 공급방식 검토

도시가스 미공급 지역에 배관을 통하여 가스를 공급하기 위한 방식으로 LNG 배관망 공급방식, LNG TANK 공급방식, LPG TANK 공급방식의 3가지 공급방식으로 분류하여 각각의 공급방식에 대해 비교 한다.

LNG 배관망 공급방식은 도시가스 미공급 지역에 가스공급을 위해 가스도매사업자로부터 배관을 통하여 가스를 공급받아 일반도시가스사업자가 배관으로 사용자에게 도시가스를 공급하는 방식이다.

LNG TANK 공급방식은 액체의 천연가스를 탱크로리로 공급받아 일반도시가스사업자가 초저온저장탱크 및 가스공급시설을 설치하고 기화된 기체 가스를 배관으로 사용자에게 공급하는 방식이다.

LPG TANK 공급방식은 가스를 공급하기 위한 저장탱크 및 가스공급시설을 설치하고 액화석유가스 집단공급사업자가 액화석유가스를 저장하여 기화된 기체의 가스를 배관으로 사용자에게 공급하는 방식이다.

 

Table 2. 공급방식별 장･단점

3.1.2 공급방식 선정

LPG TANK 공급방식은 별도의 가스 공급부지 외 추가 배관설치가 필요 없어 공사비가 저렴하여 경제성이 뛰어나고, 준저압(70kPa) 공급방식으로 가스를 공급하여 다른 공급방식에 비해 상대적으로 안정적인 공급이 가능하다. 또한, 발열량(24,000kcal/N㎥)이 높고, 가압을 통해 쉽게 액화하므로 부피가 작아져 탱크로리로 수송이 유리한 장점이 있다. 이러한 장점으로 LPG TANK 공급방식을 선정하여 설계에 적용하고 있다.

 

3.2 설계 기준

 

3.2.1 적용 법령 및 코드

액화석유가스의 안전관리 및 사업법, 동법 시행령 및 시행규칙

도시가스 사업법, 동법 시행령 및 시행규칙

한국가스안전공사 기술기준위원회에서 제정한 상세기준(KGS 코드)

-KGS FS331 액화석유가스집단공급의 시설･기술･검사 기준

-KGS FS451 가스도매사업 제조소 및 공급소 밖의 배관의 시설･기술･검사･정밀안전 진단 기준

 

3.2.2 적용 가스

1) 가스의 종류

액화 석유가스(PROPANE, 발열량 24,000kcal/N㎥, 비중 1.52)

 

2) 액화석유가스 설계 기준

 가. 성분 및 품질기준

 

Table 3. E1의 프로판 성분(MSDS 참조)

Table 4. 산업통상자원분 고시 액화석유가스 품질기준

               주) LPG배관망으로 공급되는 가스는 1호 사용

 

 나. Propane은 C3함량이 90~100%이며 약간의 Ethane 및 Butane 및 약간의 황화합물(부취제 성분)로 구성되어 있으며, 

 본 설계에서는 100% Propane으로 적용한다.

 

3) 액화석유가스의 물리적 성질

 

Table 5. 액화석유가스(Propane)의 물리적 성질

 

3.3 저장 및 공급 설비 설계

 

3.3.1 마을단위 사업

1) 공정도

2) 주요 기자재

가. 소형 저장탱크

LPG를 상온 가압하여 액화석유가스를 저장하기 위하여 지상에 고정 설치된 압력탱크로 저장능력이 3톤 미만(병렬 설치시 탱크 저장능력의 합이 5톤 미만)인 탱크를 말한다.

 

나. 기화기

소형저장탱크에 저장된 액체상태의 LPG를 사용할 때는 액체를 기체로 증발시켜 사용한다. 저장탱크에서 대기온도에 의한 자연기화 용량으로는 사용량을 충족시켜 줄 수 없으므로, 액화가스에 기화잠열만큼 열을 가하여 강제로 순간에 기체화시키는 열교환 장치를 사용한다. 기화기는 환경요건에 따라 대기식 기화기 또는 전열온수식 기화기를 설치한다.

 

Table 6. 기화기 형식 비교

다. 압력조정기

높은 압력의 가스를 사용압력(25kPa)으로 감압하여 일정하고 안정된 압력으로 공급하기 위한 장치이다.

 

3.3.2 군단위 사업

1) 공정도

Fig. 4. 공정도

 

2) 주요 기자재

가. 로딩암(Loading Arm)

가스 운반용 탱크로리에서 저장탱크로 LPG를 하역하는 장치로 Y-VALVE, SWIVEL COUPLING, QUICK COUPLING, BALANCE UNIT, GREASE NIPPLE로 구성된다.

 

나. 압축기(Vapor Compressor)

압축기는 탱크로리에 있는 LPG를 저장탱크로 이입(이충전)하는 작업에 사용되며, 압축기를 이용하여 탱크로리에 있는 액체상태의 LPG를 저장탱크로 이송하고, 액체이송이 완료된 후에는 4Way 밸브의 간단한 조작으로 탱크로리에 잔류하고 있는 기체상태의 LPG를 저장탱크로 회수하는 작업을 수행한다.

 

다. 저장탱크(Storage Tank)

LPG를 상온 가압하여 액화석유가스 상태로 저장하는 압력탱크로 지하매몰방식이다.

 

라. 기화기(Vaporizer)

저장탱크에 저장된 액체상태의 LPG를 사용할 때는 액체를 기체로 증발시켜 사용한다. 저장탱크에서 대기온도에 의한 자연기화 용량으로는 사용량을 충족시켜 줄 수 없으므로, 액화가스에 기화잠열만큼 열을 가하여 강제로 순간에 기체화 시키는 열교환 장치이다.

 

① 전열온수식

전기에너지에 의한 전열 히터를 물탱크에 직접 넣어 물을 가열하는 방식

② 온수순환식

온수를 공급하기 위한 별도의 온수보일러가 있어 열교환기에 의해 열이 가해진 온수를 펌프로 강제 순환시켜 기화기에 공급하는 방식

 

마. 정압기(Governor Station)

높은 압력(고압)의 가스를 사용압력(70kPa)으로 감압하여 안정된 일정한 압력으로 사용하기 위한 장치로서 압력조정장치, 차단장치, 감시장치, 불순물 제거장치 등으로 구성된다.

 

3.4 배관망 설계

 

3.4.1 배관망 노선선정

3.4.2 배관경 선정

Fig. 5. Flow Diagram (Simulation Tool : AFT Arrow)

 

Fig. 6. Output Table

 

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Reference

 

1.Choi B. Y. (2010), “LPG Gas Terminal Equipments System Development Research”, Zentech Engineering Co. pp. 12-86 (in Korean).

2.Jeon J. Y. (2015), “Feasibility Study on the Support of LPG Pipeline in County Units”, Korea Institute for Industrial Economics & Trade, pp. 72-77, 121 (in Korean).