LNG선 정복하기 6편: 포화증기압이란?

LNG선에서 탱크 압력을 처음 볼 때 나는 숫자만 봤다.

몇 mbar인지, 올라가는지, 내려가는지, 알람에 가까운지만 봤다. CCR 화면에서 압력 그래프가 천천히 올라가면 신경이 쓰였고, 반대로 압력이 내려가면 일단 좋은 쪽으로 생각했다.

그런데 시간이 지나면서 생각이 바뀌었다. 탱크 압력은 “BOG가 많다”, “가스를 태웠다” 하나로만 설명되지 않았다. LNG 온도, Vapour Space 상태, 화물 조성, 열 유입, 선속, 엔진 가스 소비량, 재액화 장치 운전 상태가 같이 만든 결과였다.

그 안쪽에 있는 개념이 포화증기압이다. 처음에는 너무 이론적인 말처럼 들렸다. 그런데 항해 중 Tank Pressure Trend를 보거나, 출항 전 압력 계획을 세우거나, Rollover 자료를 읽을 때 결국 이 개념으로 다시 돌아왔다.

내 기준에서 포화증기압을 이해하면 탱크 압력을 숫자 하나가 아니라 “탱크가 어느 상태로 가려고 하는지”로 보게 된다. 지금 압력이 낮아도 앞으로 다시 올라갈 수 있고, 압력이 조금 높아 보여도 처리 여유가 있으면 관리 가능한 상황일 수 있다.

이 글은 LNG선 정복하기 6편으로, 포화증기압을 중심으로 LNG선 탱크 압력을 어떻게 읽을지 정리한 기록이다. 실제 압력 목표값, 알람값, 장비 설정값, 밸브 Line-up, 회사별 운항 기준은 넣지 않았다.

실제 Cargo Operation과 비상조치는 본선 승인 절차, 회사 SMS, 선박별 매뉴얼, Terminal Regulation, Charterer Instruction을 우선한다. 이 글은 공개 자료와 일반 개념을 바탕으로 한 흐름 정리이며, 실제 운전 기준을 대신하지 않는다.

포화증기압을 보는 이유

LNG선에서 Tank Pressure는 계속 따라다닌다.

Loading 중에도 보고, Discharging 중에도 보고, Laden Voyage 중에도 본다. Ballast Voyage에서 Heel을 가지고 갈 때도 본다. Tank Pressure는 화물 상태와 운항 상태를 동시에 보여주는 숫자라서 대충 넘기기 어렵다.

처음에는 단순하게 생각했다. 탱크 안에 가스가 많으면 압력이 올라가고, 엔진에서 가스를 태우거나 재액화 장치가 돌면 압력이 내려간다고 봤다. 틀린 말은 아니지만, 그것만으로는 부족했다.

탱크 안에는 액체 LNG와 그 위의 Vapour Space가 같이 있다. 액체는 계속 일부가 증기로 가려 하고, 증기는 다시 액체와 평형을 이루려는 쪽으로 움직인다. 온도가 주어지면 그 상태에서 자연스럽게 형성되려는 압력이 있다. 그게 포화증기압이다.

그래서 Tank Pressure는 단순한 “가스 양”이 아니라 액체 LNG, Vapour Space, 온도, 조성, 열 유입, 가스 처리량이 서로 맞춰진 결과로 보는 게 맞다.

내 기준으로 포화증기압을 이해하기 시작하면 아래 항목들이 한 줄로 연결된다.

이 표에서 내가 나중에 바꾼 생각이 있다. Vapour Temperature가 높다고 해서 그 값 하나로 포화증기압이 바로 정해지는 것은 아니다. 포화증기압은 기본적으로 액체와 증기가 평형을 이루는 온도 조건과 연결된다. 다만 본선에서는 Liquid Temperature, Vapour Temperature, Pressure Trend를 같이 보면서 탱크가 어느 방향으로 움직이는지 판단하게 된다.

포화증기압 기본 개념

포화증기압을 교과서식으로 말하면, 일정한 온도에서 액체와 그 증기가 평형을 이룰 때의 증기 압력이다.

조금 쉽게 말하면, 그 온도에서 액체가 자연스럽게 만들려고 하는 증기 압력이다.

밀폐된 공간에 액체 LNG가 있고 그 위에 Vapour Space가 있다고 생각하면 된다. 액체 LNG 일부는 계속 기화하고, 증기 일부는 다시 액체와 평형을 이루려는 방향으로 움직인다. 시간이 지나면 그 온도에서 어느 정도의 압력으로 균형이 잡히려 한다.

여기서 온도가 올라가면 일반적으로 포화증기압도 올라간다. 분자 운동이 커지고, 액체에서 증기로 가려는 경향이 커지기 때문이다. 메탄 같은 순수 성분은 물성표나 식으로 온도에 따른 증기압을 비교할 수 있다.

다만 LNG선 화물은 순수 메탄 하나가 아니다. LNG는 메탄이 주성분이지만 에탄, 프로판, 질소 등 여러 성분이 섞인 혼합물이다. 그래서 본선에서는 “메탄 증기압 하나만 보면 된다”가 아니라 화물 조성과 탱크 상태까지 같이 봐야 한다.

• 탱크 안 LNG와 Vapour Space는 서로 따로 노는 것이 아니다.
• 온도가 높아지면 그 조건에서 요구하는 평형 압력도 높아지는 방향으로 간다.
• 현재 압력이 낮아도 화물 상태에 따라 다시 올라갈 수 있다.
• 압력을 강제로 낮추면 액체가 더 기화하면서 다시 평형을 맞추려 할 수 있다.
• 그래서 Tank Pressure는 온도, 조성, BOG 처리 여유와 같이 봐야 한다.

이 개념은 로딩항 출항 직후에 특히 중요하게 느껴졌다. 출항 전에 압력만 낮게 만들어놨다고 끝나는 게 아니다. 화물과 Vapour Space가 아직 안정되지 않은 상태라면 출항 후 압력이 다시 올라올 수 있다.

반대로 압력이 조금 높아 보여도 압력 추세가 안정적이고, 가스온리 운항이나 재액화 장치로 처리 여유가 있으면 더 차분하게 볼 수 있다. 결국 숫자 하나가 아니라 방향을 봐야 했다.

Vapour 온도와 Tank Pressure

CCR에서 Tank Pressure를 볼 때 가장 먼저 눈에 들어오는 것은 압력 숫자다.

하지만 실제로는 Vapour Temperature와 Liquid Temperature, Pressure Trend를 같이 보는 쪽이 맞다. 압력 숫자 하나만 보면 현재 상태는 알 수 있어도 다음 움직임은 잘 안 보인다.

Vapour Temperature는 탱크 상부 증기 공간의 열 상태를 보여준다. 이 값이 높다는 것은 “증기 공간이 따뜻하다”는 뜻이다. 다만 이 값 하나만으로 포화증기압을 바로 계산하듯 보는 건 조심해야 한다. 포화증기압은 액체와 증기가 평형을 이루는 조건과 연결되기 때문이다.

그래도 실무 감각에서는 Vapour Temperature가 압력 추세를 읽는 단서가 된다. 현재 Tank Pressure가 낮아 보여도 Vapour Space가 따뜻하고, 가스 소비량이 줄어들 예정이고, 재액화 처리 여유가 적다면 압력이 다시 올라갈 가능성을 생각하게 된다.

반대로 Tank Pressure가 어느 정도 있어도 Liquid Temperature와 Vapour Temperature가 안정적이고, 엔진에서 가스를 충분히 쓰고 있거나 재액화 장치가 여유 있게 돌고 있다면 압력 상승 속도는 둔해질 수 있다.

그래서 실무에서는 현재 압력보다 “압력의 움직임”이 더 중요할 때가 많다. 올라가는 속도, 내려가는 속도, 어느 Tank가 먼저 움직이는지, 선속을 바꾼 뒤 반응이 어떤지를 같이 본다.

처음에는 압력만 내려가면 안심했다. 나중에는 “왜 내려갔는지”와 “이후 다시 어디로 갈지”를 같이 보게 됐다. 이 차이가 Tank Pressure를 읽는 감각을 많이 바꿨다.

압력 하강과 BOG

처음에는 Tank Pressure가 높으면 그냥 가스를 많이 빼서 낮추면 된다고 생각하기 쉽다.

물론 압력 관리에는 가스 소비, 재액화, GCU, Vapour Return 같은 방법이 필요하다. 하지만 압력을 낮춘다는 행위 자체가 항상 단순한 것은 아니다.

포화증기압 관점에서 보면 탱크 안 액체와 증기는 그 온도에서 평형을 이루려고 한다. 만약 Vapour Space의 압력을 낮추면, 액체 LNG는 다시 그 온도 조건에 맞는 평형 압력으로 가기 위해 더 기화하려는 방향으로 움직일 수 있다.

쉽게 말하면, 압력을 낮췄더니 끝나는 게 아니라 액체가 다시 증기를 만들어 압력을 채우려는 흐름이 생길 수 있다. 이게 BOG와 연결된다.

그래서 Tank Pressure 관리는 무조건 낮게만 가져가는 게임이 아니다. 너무 높은 압력은 부담이지만, 필요 이상으로 낮추는 것도 다음 추세를 봐야 한다.

특히 출항 전, Gas Only 전환 전후, 재액화 장치 운전 전후에는 압력 하강 이후 반응을 계속 봐야 한다. 압력이 떨어지는 순간보다, 그다음 1~2시간 동안 다시 어떻게 움직이는지가 더 중요할 때가 있다.

이 부분이 실무에서 제일 헷갈렸다. 압력이 떨어지면 좋은 줄만 알았는데, 어느 순간 다시 올라오는 걸 보면 “왜 다시 오르지?”라는 생각이 든다. 포화증기압 개념이 들어오면 조금 이해가 된다. 탱크는 숫자만 따라가는 게 아니라, 자기 온도 상태에 맞는 균형점을 찾아가려고 한다.

LNG 조성과 Weathering

LNG를 설명할 때 흔히 메탄이 주성분이라고 말한다.

맞는 말이다. 하지만 LNG는 순수 메탄 하나로만 된 액체가 아니다. 에탄, 프로판, 질소 등 여러 성분이 섞인 혼합물이다. 그래서 LNG의 포화증기압도 순수 메탄 하나만 보고 단순하게 판단하면 부족하다.

화물 조성, 온도, 저장 시간, BOG 제거 방식에 따라 액체와 증기의 상태가 조금씩 달라질 수 있다. 항해 중에는 더 휘발성이 높은 성분이 먼저 기화될 수 있고, 그 결과 남아 있는 LNG의 조성과 밀도도 조금씩 변한다. 이런 흐름을 Weathering이라고 설명하기도 한다.

일반 항해 중에 매번 특별한 현상을 걱정한다는 뜻은 아니다. 다만 LNG가 탱크 안에서 완전히 고정된 물질이 아니라는 감각은 필요하다. 열이 들어오고, 일부 성분이 기화하고, 액체의 밀도와 온도 분포가 변할 수 있다.

이걸 알고 있으면 “왜 같은 압력인데 Tank마다 상태가 다르게 보이지?”라는 질문에 조금 더 가까이 갈 수 있다. 같은 압력이라도 화물 조성, Liquid Temperature, Vapour Temperature, 하역 직후 안정 상태가 다르면 이후 움직임은 달라질 수 있다.

이 부분은 아직도 애매하게 느껴질 때가 있다. 화물 조성표를 보고 바로 압력 추세를 계산할 수 있는 건 아니다. 그래도 LNG가 혼합물이고, 항해 중 조금씩 변한다는 감각을 가지고 보면 Tank Pressure가 덜 단순하게 보인다.

출항 전 압력 계획

Loading Port 출항 전에는 Tank Pressure를 어느 정도로 가져갈지 생각하게 된다.

특히 출항 직후 압력이 빨리 오르는 항구나 화물 상태를 겪어보면 더 그렇다. 개인 경험 기준으로는 라스라판 같은 일부 항구에서 출항할 때 Tank Pressure 움직임을 더 신경 쓰게 됐다. 출항 직후 압력이 빠르게 올라올 수 있다는 생각이 있어서, 가능하면 출항 전에 압력을 낮게 가져가는 쪽이 마음이 편했다.

다만 이건 항구, 화물 상태, 외기, 하역 조건, 선박 장비 구성, Charterer Schedule에 따라 달라질 수 있다. 일반 법칙처럼 단정하면 안 된다.

출항 전 압력을 낮게 가져갈 때도 포화증기압 감각이 필요하다. 현재 압력이 낮아 보여도 화물 온도와 Vapour Space가 안정되지 않았다면, 출항 후 다시 압력이 올라갈 수 있다.

그래서 출항 전에는 압력 하나만 보는 것보다 아래 항목을 같이 본다.

• 현재 Tank Pressure와 압력 추세
• Liquid Temperature와 Tank별 온도 차이
• Vapour Temperature와 상부 공간의 안정 상태
• Loading 직후 Tank 상태가 안정되었는지
• Gas Only로 태울 수 있는 가스량
• 재액화 장치나 Sub-cooler 처리 여유
• 출항 직후 예상 선속과 엔진 부하
• Charterer가 준 다음 Voyage Schedule과 ETA 여유

Gas Only 운항에서는 선속 계획이 Tank Pressure 관리와 연결된다. 배가 빨리 가면 엔진 부하가 올라가고 가스 소비량도 늘어난다. 그러면 압력이 빠질 수 있다. 반대로 감속하면 가스 소비가 줄고, 압력이 올라갈 여지가 커진다.

이때 포화증기압은 배경 개념으로 깔린다. 탱크가 현재 온도와 조성 상태에서 어느 압력 쪽으로 가려고 하는지, 내가 가스 소비나 재액화로 그 흐름을 얼마나 잡을 수 있는지 보는 것이다.

실무에서는 선장님과 미리 방향을 맞춰두는 게 중요했다. 출항 후 압력이 빠르게 오를 것 같으면 가능한 범위에서 선속, 엔진 운전, 가스 처리 계획을 미리 이야기해두는 쪽이 좋다. 항해 중에는 Charterer Schedule과 실제 ETA도 계속 다시 봐야 한다.

Rollover와 압력 상승

포화증기압 이야기를 하다 보면 Rollover도 같은 큰 흐름 안에 들어온다.

Rollover는 Tank 안에서 밀도 차이와 성층화가 생긴 뒤, 층이 갑자기 섞이면서 많은 양의 Vapour가 발생하고 Tank Pressure가 급격히 올라갈 수 있는 현상으로 이해하면 된다.

SIGTTO의 Rollover 관련 공개 자료도 LNG선에서 Rollover 예방을 별도 주제로 다룬다. 이 현상은 육상 LNG 저장탱크에서 더 많이 알려져 있지만, 선박에서도 장기간 정박, 특정 화물 상태, 혼합 조건 등에서는 Crew가 개념을 알고 있어야 한다.

Rollover를 이번 글에서 깊게 다루지는 않는다. 다만 포화증기압, Vapour Temperature, Liquid Density, 화물 조성, Tank Pressure Trend가 따로 노는 개념이 아니라는 점을 보여주는 좋은 예다.

또 IGC Code는 액화가스 산적운송 선박의 구조와 설비, 안전 기준을 다루는 국제 코드다. Filling Limit, Vapour Space, Pressure Relief 같은 부분은 선박 설계와 승인자료, 화물 조건, 선박별 운용 절차와 연결된다. 공개글에서는 세부 계산이나 선박별 설정값은 다루지 않는다.

항해사가 가져야 할 감각은 이거였다. Tank Pressure는 CCR 화면의 숫자 하나로 끝나는 게 아니다. Tank 안에서 액체와 증기가 어떤 상태로 균형을 잡으려 하는지, 그 균형이 깨질 만한 조건은 없는지, 선박 운항 조건이 그 압력에 어떤 영향을 주는지 같이 봐야 한다.

다시 처음 공부한다면 나는 포화증기압을 아래처럼 정리할 것 같다.

1. 포화증기압은 그 온도에서 액체와 증기가 평형을 이루려는 압력이다.
2. LNG는 혼합물이므로 순수 메탄 하나처럼 단순하게 보면 부족하다.
3. Tank Pressure는 Liquid Temperature, Vapour Space, 조성, 열 유입, BOG 처리량과 같이 봐야 한다.
4. 압력을 낮춰도 액체가 다시 기화하며 평형을 찾으려 할 수 있다.
5. 출항 전 압력 계획은 현재 압력보다 이후 압력 추세를 보는 일이었다.
6. Rollover는 밀도, 온도, 조성, 압력 추세가 함께 무너질 수 있는 예로 봐야 한다.

이번 글에서는 포화증기압을 중심으로 LNG선 Tank Pressure를 읽는 방법을 정리했다. 다음 글에서는 이 흐름을 이어서 LNG선 Rollover와 성층화, 급격한 BOG 증가를 어떻게 이해할까를 따로 정리해보려고 한다.

외부 출처 / 팩트체크

• NIST Chemistry WebBook·Methane
  순수 메탄의 온도별 증기압 데이터와 포화 조건을 이해하기 위한 물성 기준으로 참고했다.
• NIST·Chemistry WebBook
  NIST Chemistry WebBook이 화학종의 물리·화학 물성 데이터를 제공하는 표준 참고 데이터베이스임을 확인했다.
• GIIGNL·Information Papers
  LNG의 기본 물성, 메탄 중심의 혼합물이라는 성격, LNG 개념 설명의 공개 자료 범위를 확인했다.
• SIGTTO·Guidance for the Prevention of Rollover in LNG Ships
  LNG선 Rollover 예방, 성층화와 급격한 Vapour 발생 위험을 설명하는 공개 자료 범위를 확인했다.
• IMO·International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk
  액화가스 산적운송 선박의 구조·설비와 안전 기준을 다루는 IGC Code의 적용 범위를 확인했다.

자료 확인 기준일: 2026년 07월 22일