극저온 -162°C 극한 환경에서의 성능

액화천연가스(LNG)는 대기압에서 -162°C로 냉각되어 부피가 약 600배 줄어들어 효율적인 운송 및 저장이 가능합니다. 그러나 누출되면 LNG는 빠르게 메탄 가스(폭발 범위 5%~15%)로 기화되며, 저온 환경에서 눈에 보이는 흰색 증기 구름을 형성합니다.

2022년 호주 LNG 인수 기지에서 BOG(증발가스) 압축기 모터의 저온 취성으로 인한 모터 베이스 용접 균열이 발생했습니다. 심한 진동으로 비상 정지되었으며, 수리에는 2주가 소요되었고 약 15만 톤의 LNG 출하에 영향을 미쳤습니다. 근본 원인: 모터 구조 재료가 -40°C 이하의 충격 인성에 대해 사양화되지 않았습니다.

1. 극저온 주변 온도

   • LNG 저장 탱크 주변 온도는 -50°C까지 떨어질 수 있습니다.

   • BOG 압축기실은 겨울철 일반적으로 -30°C ~ -20°C에서 작동합니다.

   • 표준 모터 강철은 -40°C 이하에서 연성-취성 전이를 겪습니다.

2. 열 충격 및 성에 형성

   • LNG 파이프 밸브 누출은 국부 온도를 수 초 내에 상온에서 -100°C 이하로 급격히 떨어뜨릴 수 있습니다.

   • 모터 표면에 급격한 성에 축적; 단자함 내부로 들어간 성에는 절연 불량을 유발할 수 있습니다.

3. 메탄 가스 특성

   • 메탄은 공기보다 가볍고(0.72kg/m³), 천장과 지붕 모서리 근처에 축적됩니다.

   • 5%의 LEL은 수소보다 덜 엄격하지만 여전히 엄격한 보호가 필요합니다.

4. BOG 취급 역학

   • LNG 탱크의 자연 증발은 빈번한 압력 변동(0.1~0.5 barg)을 동반하는 BOG를 생성합니다.

   • BOG 압축기 모터는 빈번한 시동-정지 주기와 넓은 부하 변동을 처리해야 합니다.

5. 냉간 수축 및 샤프트 정렬 안정성

   • 모터 샤프트와 베어링 하우징 간의 차등 열 수축은 베어링 간극을 변경할 수 있습니다.

   • 커플링 정렬은 온도 변화에 따라 드리프트합니다.

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추가 저온 마킹: 권장 -50°C 주변 또는 저온 -50°C 검증된 저온 성능을 나타냅니다.

• 프레임 및 엔드 쉴드: 저온 강철(예: 09MnNiDR 또는 ASTM A352 LCB), -50°C에서 충격 에너지 ≥ 27J

• 볼트 및 패스너: ASTM A320 L7 저온 볼트(-101°C에서 인성 유지)

• 단자함: 극저온 열처리를 통한 주조 알루미늄 합금으로 잔류 응력 제거

• 베어링 재료: 통과 경화 베어링 강철(SKF 저온 시리즈 또는 동등품), -50°C에서 경도 유지

• 간극 조정: 샤프트와 하우징 간의 차등 수축을 보상하기 위해 초기 간극을 C4 그룹으로 확대

• 그리스: 합성 탄화수소 저온 그리스(-60°C ~ 120°C 범위), 저온에서 유동성을 유지합니다.

• 단자함 히터: 내장형 PTC 세라믹 발열체(30~50W), 내부 온도를 이슬점보다 5~10°C 높게 유지

• 배수 시스템: 단자함 하단에 스프링 리셋 동결 방지 배수 밸브; 동결 이하에서 자동으로 닫혀 얼음 막힘 방지

• 케이블 인입구: 이중 씰 + 서리 방지 실리콘 개스킷, -50°C에서 탄성 유지

• 로터-샤프트 간섭: -50°C 조립 온도로 계산됨; 저온에서 느슨해짐 방지를 위해 10%~15% 증가

• 고정자 코어-프레임 고정: 축 방향 키웨이 + 방사형 더블 핀을 이용한 이중 위치 지정으로 차등 열 변위 제거

• 커플링 정렬: 냉간 수축 보상 여유(축 방향 ±2mm, 방사 방향 ±0.5mm); 실제 온도에 따라 현장에서 조정

• 전원 케이블: 저온 저항 PVC 또는 TPE 재킷(-50°C에서 균열 없음), 굽힘 반경 ≥ 케이블 외경의 8배

• 씰: 불소 실리콘 고무(FVMQ) 또는 저온 니트릴(NBR-LT), -50°C에서 압축 영구 줄음률 ≤ 30%

• 명판 부착: 스테인리스 스틸 리벳 + 저온 에폭시 접착제로 안전하게 고정

LNG 터미널 BOG 압축기 환경(-50°C / 5% 메탄 농도 / 주기적 열 충격 [-50°C ↔ +40°C], 1,500시간 연속 작동)의 제3자 실험실 시뮬레이션: