LNG 상거래: 최신 초음파 측정 기술을 통한 정확도 요건 충족

LNG는 가치 사슬 전반에 걸쳐 여러 차례 소유권이 이전됩니다. 이는 기업 내부의 거래일 수도 있고, 기업 간 또는 국가 간 거래일 수도 있습니다. 최신 Q-Max급 LNG 운반선의 경우 최대 266,000 m³의 LNG를 선적할 수 있습니다. 이 1회 선적분의 경제적 가치는 운반선당 약 5,000만 유로에 달합니다(이는 밀도, 발열량의 평균값 및 2026년 유럽 에너지 거래소(EEX)에서 거래되는 LNG의 평균 선물 가격을 기초로 산출한 수치입니다). 판매자와 구매자 사이에서 거래되는 LNG는 이전되는 에너지양을 기준으로 측정되어야 합니다. 이 측정 과정에서 발생하는 0.1%의 불확도는 선적 또는 하역 시 운반선당 약 5만 유로 상당의 LNG에 해당합니다. 이러한 불확도를 완전히 제거할 수는 없지만 최소화하는 것은 가능합니다.

대규모 LNG 거래는 국제적으로 대기업 간에 이루어지기 때문에 판매자와 구매자가 반드시 따라야 하는 지역적 또는 국제적 규정은 존재하지 않습니다. 전 세계적으로 구속력 있는 표준을 사용하는 대신에 현재의 측정 방법은 원유, LPG 등 다른 탄화수소 제품에서 파생되었으며, GIIGNL 상거래 핸드북(GIIGNL Custody Transfer Handbook) [3]과 같은 모범 사례 가이드에 포함되어 있습니다. 최첨단 측정 기술은 다음과 같은 요소들을 고려합니다.

1. LNG 운반선에서 수행하는 LTD 측정(레벨, 온도, 밀도)을 통한 LNG 양 측정(부피 / 질량): LNG 부피의 경우 약 0.2 – 0.55%(k=2)의 불확도를 달성할 수 있고, 밀도 및 온도의 경우 추가적인 불확도가 발생할 수 있습니다.
2. GC 및 기화기 시스템을 통한 LNG 품질 측정(발열량)( [4] 참조): 약 0.04% 및 0.07%(k = 2)의 불확도를 달성할 수 있습니다.

핸드북에서는 거래되는 LNG 에너지의 전체 불확도를 0.5 – 0.7%(k=2)로 제시하고 있습니다. 이 수치는 대규모 거래 1건당 약 +/- 250,000 – 350,000유로의 재무적 불확도에 해당합니다.

두 측정 항목(양 및 품질) 모두 양호한 측정 조건에서는 충분한 결과를 얻을 수 있는 기술이 존재합니다. 그러나 LNG의 경우 추가적인 과제가 발생하여 모든 상황에서 양호한 측정 조건을 달성하기가 어려울 수 있습니다.

LNG 운반선에서 양 또는 부피를 정확하게 측정하기 위해서는 특히 다음 사항들을 고려하고 보정해야 합니다.

• 선박별 탱크 형상(탱크 테이블): 레벨 값을 부피 값으로 변환하고 탱크 내부 구조물 및 온도별 형상 변화에 따라 보정.
• 선박 움직임(횡경사/종경사) 또는 탱크 내부의 대류 흐름에 따른 LNG 탱크 움직임.
• 탱크 내 LNG 비등으로 액상과 기상 사이의 경계면이 불명확해짐.
• LNG 운반선 탱크와 터미널 탱크 사이의 불용 체적.
• 관련된 모든 계기의 적절한 교정 및 밀봉과 검사원에 의한 유효성 및 설치 상태 확인.
• 안정적인 측정을 위해 선적 전후에 충분한 탱크 안정화 시간을 확보해야 하는 반면, LNG 거래 시간을 단축하여 선석 점유 비용을 줄여야 하는 필요성도 존재.

액화 또는 재기화 터미널에서의 품질 측정:

• 시간 지연을 최소화한 대표성 있는 LNG 기화 및 샘플링.

일반적으로 양 측정 계기는 해운사 또는 선박 소유주에서 소유하고, 품질 측정 계기는 플랜트(액화/재기화)에서 소유하기 때문에 분쟁 발생 시 문제가 더 복잡해질 수 있습니다.

초음파 유량계(UFM)와 코리올리 질량 유량계(MFM)는 탱크 게이징이나 (계량대를 이용한) 중량 측정과 같은 정적 측정 방식에 대비되는 동적 인라인 측정 방식에 해당합니다. 정적 및 동적 LNG 양 측정의 기본 개념, 장점 및 과제는 아래 표와 같이 정리할 수 있습니다.

정적 측정 방식에서 동적 측정 방식으로 전환하면 다음과 같은 과제를 해결할 수 있습니다.

• 개별 탱크 형상 문제: 선박의 움직임이나 탱크 내부 유체의 움직임이 더 이상 불확도를 증가시키지 않습니다.
• LNG 운반선 내부(예: 연료 가스) 또는 플랜트 내부(예: 압축기)의 불용 체적이나 유체 유량(LNG/BOG)을 더 이상 고려할 필요가 없습니다. 상거래 지점의 업스트림은 판매자 소유이고, 다운스트림은 구매자 소유입니다.
• 검사원이 교정 및 밀봉 상태를 확인해야 하는 계기의 수가 크게 감소하고, 계기들이 서로 가까운 위치에 배치됩니다.
• 계장 시스템(양 및 품질)을 한 당사자가 전적으로 소유할 수 있습니다. 이론적으로 전체 시스템의 마스터/듀티 구성이 가능합니다(예: 선박에 하나의 스키드, 플랜트 제티에 하나의 스키드 설치).

이와 더불어, UFM은 특히 대규모 LNG 측정에서 다음과 같은 장점을 제공합니다.

• 36인치 이상의 대구경 배관 크기 지원.
• 압력 손실 없음(BOG/캐비테이션 발생 감소).
• LNG 품질 모니터링을 위한 추가 프로세스 진단 기능(예: 음속).
• 유지보수가 거의 불필요하고 드리프트가 거의 발생하지 않음.
• 상거래 승인 UFM 제공(예: OIML R117).

FLOWSIC900 유량계는 엔드레스하우저와 SICK가 다년간 천연가스 측정 분야에서 쌓은 경험을 바탕으로 LNG 측정을 위해 처음부터 새롭게 설계한 제품입니다. 이 제품은 최신 OIML R117:2019 표준에 따라 "물 이외 액체용 동적 측정 시스템"에 관한 최고 정확도 등급인 0.3의 상거래 승인을 획득했습니다. 보수적으로 보더라도 UFM 기반 측정은 OIML R117 표준에 따라 0.3%에 불과한 시스템 불확도를 달성합니다. 이는 부피 기준 불확도를 (0.55%에서 0.3%로) 0.25% 개선하는 효과에 해당하며, LNG 운반선 1척의 선적 또는 하역 과정에서 약 125,000유로의 재무적 불확도 감소 효과를 의미합니다.

정확도 측면의 장점에도 불구하고 UFM의 적합성에 관한 우려는 여전히 존재합니다. 다음 섹션에서는 이러한 우려 사항들을 간략히 다룹니다.

최신 OIML R117:2019 표준에 따른 계량 형식 승인 과정에서 엔드레스하우저는 승인 기관인 NMi와 함께 극저온 LNG 조건에서 계기의 신뢰성과 측정 불확도를 검증하는 데 각별한 노력을 기울였습니다. [5]

여기에는 극저온 조건에서 전용 극저온 테스트 스탠드에서 수행하는 안정적이고 정확한 측정을 위한 특수 트랜스듀서 테스트가 포함됩니다. 또한 네덜란드 로테르담의 VSL LNG 테스트 벤치에서 입증된 바와 같이 교정용 유체(예: 물 또는 액체 탄화수소)에서 목표 유체인 LNG로의 교정 데이터(낮은 점도로 인해 발생하는 높은 레이놀즈 수 특성 포함) 전이성에 대한 검증도 포함되며, 이는 모두 국제단위계(SI)로 소급 가능합니다. [6]

아래 그래프에는 유체 전이성뿐만 아니라 유량계의 선형성 및 높은 레이놀즈 수에 대한 외삽 가능성을 보여주는 교정 결과가 나와 있으며, 이는 본 측정 방법이 LNG 유량계에 적용될 수 있음을 시사합니다.

과거 LNG 또는 정유 및 가스 산업은 여러 이유로 인해 새로운 기술을 빠르게 도입하지 않는 경향이 있었습니다. 전통적으로 새로운 기술이 업계 표준이 되는 과정은, 먼저 기술이 개발되고, 이후 국제, 지역 및 기업 표준이 마련되며, 그 다음으로 기술이 사용되어 업계 표준으로 자리 잡는 방식입니다.

이는 새로운 기술을 활용하는 가장 전통적이고 안전한 방법이지만, 동시에 혁신의 도입 속도를 다소 늦추는 측면도 있습니다. 반면 LNG 거래에서 반드시 이러한 과정을 거쳐야 한다는 규정은 존재하지 않습니다. 엔드레스하우저는 운영사와 EPC 기업들이 현재 및 미래의 LNG 플랜트에 가장 적합한 기술이 무엇인지 직접 검토해 볼 것을 제안합니다.

일반적으로 UFM 기술은 드리프트가 없는 것으로 간주되며, 엔드레스하우저는 정상 운전 중 LNG 유량계의 정기적인 재교정이 기술적으로 필요하지 않다고 판단하고 있습니다. 따라서 핵심은 현장 계기에 대한 신뢰와 측정 결과의 신뢰성을 어떻게 입증할 것인가에 관한 문제입니다. 본 문서 작성 시점 기준으로 최대 4,500 m³/h 용량의 LNG 프로버가 상용화되어 있으며, 이는 최대 24인치 선적/하역 라인의 유량을 커버할 수 있고, 외삽을 고려하면 그 이상의 대구경 라인에도 적용할 수 있습니다 [7].  다만 검증에는 계기 위치(예: 제티)까지 프로버 시스템 운반, 계측 안정성 확보, 프로버 시스템용 프로세스 연결부 구성 등 여러 가지 실질적인 어려움이 수반됩니다.

물이나 오일을 이용한 재교정도 일반적으로 가능하지만, 단열 처리된 배관에서 계기를 분리해야 하는 부담이 따릅니다. 제조사 관점에서 가장 적절한 방법은 현재 천연가스 및 오일 측정 분야에서 표준적으로 사용되는 접근 방식을 재사용하는 것입니다. 이 방식은 서로 다르게 설계된 두 대의 UFM(경우에 따라 서로 다른 공급업체 제품)을 마스터/듀티 구성으로 사용하는 것입니다. 듀티 계기는 정기적으로 마스터 계기와 비교되며, 마스터 계기는 전체 LNG 라인을 멈추지 않고도 재교정에 사용될 수 있습니다.  즉, 마스터 계기와 듀티 계기의 측정값이 동일하게 유지되는 한 운영자는 초기 공장 교정이 여전히 유효하다고 간주할 수 있습니다.

초음파 유량계는 질량 유량계와 마찬가지로 단상 측정 조건에서 가장 이상적으로 작동합니다. 이러한 조건은 측정 라인의 사전 냉각이나 전체 측정 라인에 대한 신뢰성 있는 단열 등을 통해 달성할 수 있습니다.

FLOWSIC900은 측정부로 유입되는 열을 최소화하고 계기의 빠른 냉각이 가능하도록 설계되었습니다. 독일 HZDR에서 수행된 2상 유량 테스트 결과, 최대 5%의 기체 체적률(GVF)까지 측정이 가능한 것으로 확인되었습니다.

그동안 LNG 상거래 분야에서 UFM의 사용을 저해했던 과제와 우려 사항들은 대부분 해결되었으며, 기술은 이미 준비된 상태입니다. 가까운 미래에는 LNG 플랜트에서 UFM 사용이 점점 더 확대될 것으로 예상됩니다. 먼저 LNG 펌프 모니터링이나 LNG 런다운 측정을 위한 선적/하역 라인의 프로세스 계기로 사용되고, 그 다음으로는 레벨 측정의 기준으로 체크 미터로 활용되고, 궁극적으로는 LNG 상거래의 업계 표준으로 자리 잡을 것으로 보입니다. 글로벌 표준 역시 지속적으로 발전하여 소규모부터 대규모에 이르는 LNG 거래에서 UFM 또는 코리올리 기반 LNG 측정 시스템의 적용을 더욱 용이하게 만들 것입니다. 궁극적으로는 측정 불확도가 더욱 감소하여 LNG 운영사들이 앞으로도 계속 남아 있을 경제적, 정치적 불확실성에 더욱 집중할 수 있게 될 것입니다.

1. ‘GIIGNL Annual Report 2025’, International Group of Liquefied Natural Gas Importers (GIIGNL), (2025), www.giignl.org/annual-report
2. ‘Shell LNG Outlook 2025’, Shell, (2025), www.shell.com/what-we-do/oil-and-natural-gas/liquefied-natural-gas-lng/lng-outlook-2025.html
3. ‘Custody Transfer Handbook’, GIIGNL, (2021), 6th edn.
4. ‘Liquefied Natural Gas – LNG’, DVGW, www.dvgw.de/themen/gas/gase-und-gasbeschaffenheit/liquefied-natural-gas-lng
5. WINKLER, T., BODENDORFER, K., KLUPSCH, M., RACKOW, S., KADE, A., FRIEDRICH, S., WESER, R., and EHRLICH, A., ‘113 A Cryogenic Test Setup for Characterization of Ultrasonic Flow Measurement’, 17th Cryogenics 2023 IIR Conference and Exhibition, Germany, (24 April 2023).
6. GUGOLE, F., SCHAKEL, M. D., DRUZHKOV, A., and BRUGMAN, M., ‘Assessment of alternative fluid calibration to estimate traceable liquefied hydrogen flow measurement uncertainty’, International Journal of Hydrogen Energy, (21 June 2024).
7. ‘Cryogenic Meter Provers for LNG Service’, Flow Management Devices, https://flowmd.com/application-specific-meter-provers/cryogenic-meter-provers-for-lng-service/