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[TECH & INSIDE] 밸러스트 수 처리 리더십의 새로운 정의
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[TECH & INSIDE] 밸러스트 수 처리 리더십의 새로운 정의

콤팩트한 크기와 뛰어난 성능, 에너지 효율까지 갖춰

기사입력 2013-06-01 00:02:25
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[TECH & INSIDE] 밸러스트 수 처리 리더십의 새로운 정의

[산업일보]
화학약품을 사용하지 않는 알파라발의 3세대 밸러스트 수 처리 시스템이 공식적으로 선을 보였다. 시스템의 근본적인 재정의에 가까운 기술 혁신을 통해 ‘퓨어밸러스트 3.0(PureBallast 3.0)’은 크기와 에너지 효율성 그리고 유연성에 있어 괄목할 만한 발전을 이뤘으며, 이로써 알파라발이 밸러스트 수 처리에 있어서 혁신적 리더임을 재확인시켜줬다.


Wallenius Water사와의 협력을 통해 개발된 PureBallast(이하 퓨어밸러스트)는 세계 최초의 상용 밸러스트 수 처리 시스템으로서 2006년에 처음 출시됐다. 그 이후 지속적인 향상을 통해 2010년 EX 옵션을 장착한 퓨어밸러스트 2.0 버전이 공개됐다. 이때 이미 에너지 효율과 기본적인 구조에서 개선이 있었지만, 퓨어밸러스트 3.0에서 이룬 혁신적인 진보와는 비교할 수 없다.

알파라발의 비즈니스 매니저 Per Warg는 “이번에 퓨어밸러스트에 대해 완전히 새로운 혁신의 장을 열었다”며 “점유공간을 50% 줄이고 에너지는 최대 60%까지 절감했으며 설치작업성과 처리용량 측면에서 유연성이 크게 개선했다. 또한 일반적으로 밸러스트 수 처리에 영향을 줄 수 있는 것들에 대해 많이 알게 됐다”고 언급했다.

기본으로 돌아가기

퓨어밸러스트 3.0의 개발은 거의 그 이전 버전의 출시 직후인 2011년 초 시작됐다. 퓨어밸러스트 제품 개발 매니저인 Jonas Alvan은 “원래 구조 자체가 유연한 설계방식으로 이뤄졌다. 이는 보다 큰 시스템의 혁신을 이루기 위해서는 새로운 방법들을 생각해야만 했다는 것을 의미한다”고 강조했다.

초기 설계구조는 공급자들이 IMO 시험을 통과할 필요가 있다는 것을 모를 때 결정됐다. 이 규정을 준수할 필요가 없었기 때문에 알파라발은 생물학적 효율성 측면에서 다소의 유연성을 갖도록 퓨어밸러스트를 개발했다. 하지만 이제는 취역한 약 100대 정도의 퓨어밸러스트 시스템과 판매된 수백대 이상의 퓨어밸러스트 시스템에서 얻은 실제 경험을 토대로 설계해 재평가하는 것이 가능해졌다. 따라서 개발팀은 새로운 시스템에 대해 ‘에너지 효율성’ 측면에서 도전적인 목표를 설정했다.

중요 매개변수의 도출

UV 기반 시스템에서 핵심요소는 리액터로 이곳에서 UV 처리가 실제로 일어난다. 표준 UV 처리에서는 유기물들이 직접적으로 제거되거나 그 DNA 및 생물학적 구조가 파괴돼 번식을 하지 못하게 된다. 퓨어밸러스트의 처리과정은 AOT(고도산화 처리기술)에 의해 보다 강화되며, 여기서 세포막을 완전히 파괴하는 활성산소를 생성하게 된다. 퓨어밸러스트 AOT는 증명된 생물학적 효과를 통해 보다 나은 처리 성능과 에너지 소비 절감을 제공한다.

새로운 퓨어밸러스트 시스템에 대한 접근법을 찾으면서 개발팀은 ‘해수 유량이 큰 UV 기반
리액터의 성능을 결정하는 인자들은 무엇일까?’라는 근본적인 문제에 부딪쳤다.

Jonas Alvan에 따르면 이 문제는 매우 중요했다. 그는 “해수의 UV 처리는 육지에서 담수를 UV 처리하는 것과는 아주 다른 프로세스”라며 “많은 밸러스트 수 처리 시스템이 식수 애플리케이션을 개조한 것인데, 이 애플리케이션에서는 미리 정제 및 처리된 물에서 주로 박테리아를 지속적으로 처리한다. 하지만 밸러스트 수 처리는 전혀 지속적이지 않고 간헐적이며 장시간 리액터 내에서 염수에 담긴 상태로 정지해 있어야 한다. 게다가 처리돼야 할 생물체들은 더 강하고 다양하다”라고 설명했다.

해상에서 밸러스트 수 처리 프로세스는 지속적이고 연속적으로 진행되지는 않는다. 뿐만 아니라 밸러스팅 및 디밸러스팅이 빠르게 일어나야 하기 때문에 리액터 내의 잔류시간이 늘어나지도 못한다. 보다 강력한 UV 램프를 사용하거나 램프의 수를 증가시키는 것은 생물학적 효율성을 증가시킬 수 있는 반면, 에너지 효율성은 떨어지게 된다. 이러한 사실에 따라 개발팀은 짧은 시간에 많은 UV 조사를 이룰 수 있는 유체 흐름의 패턴을 어떻게 형성할 것 인가와 램프를 어떻게 설치할 것인가 하는 두 가지의 중요한 변수를 도출하게 됐다.

[TECH & INSIDE] 밸러스트 수 처리 리더십의 새로운 정의


새로운 리액터 개발

Jonas Alvan은 UV빛의 물속 이동거리와 관련해 “우리가 찾고 있던 것들 중에 하나는 AOT의 효과를 높이고 낮은 UV 투과율을 보상하는 데 도움을 주는 보다 적합한 난류의 형성이었다”라며 “유체에 더 많은 난류를 형성시키면 그 유체 속의 유기물이 UV 램프 근처를 통과할 기회가 많아지고 이는 생물학적 효율성을 증가시키게 된다”고 말했다.

또한 육지에서 이뤄지는 수 처리와 해양 UV 처리 간의 차이도 중요하다. “식수 애플리케이션에서는 깨끗하고 균일한 물이 높은 UV 투과율을 제공하기 때문에 적절한 매개변수를 찾기가 보다 쉬워진다. 하지만 밸러스트 수는 유체의 불균형으로 인해 UV 투과율이 가변적이어서 전력 소모를 최소화하면서 이상적인 리액터 설계 방식을 찾는데 보다 복잡한 어려움이 발생한다”는 것이 Jonas Alvan의 설명.

이러한 설계는 결국 표준 UV 처리를 위한 확립된 모델을 근간으로 독창적인 CFD(전산유체역학) 모델의 도움으로 가능해졌다. 새로운 모델에서는 광원이 방정식에 도입됐으며, 이를 통해 리액터를 통과하는 매 5만개의 이론적 입자(유기물)에 대한 UV 선량을 파악하는 것이 가능해졌다.

Jonas Alvan은 “이같은 형상화를 통해 우리는 유체의 각 입자를 발생된 UV 선량에 따라 하나의 색상으로 지정했다”며 “유체가 리액터를 벗어나는 출구에서 균일한 색상을 가지도록 리액터 설계를 최적화함으로써 우리는 거의 고른 UV 선량을 보장할 수 있게 됐다. 이를 통해 가능한 최소한의 에너지 소비로 리액터를 설계할 수 있게 됐으며 그 결과는 매우 놀라웠다”고 설명했다.

CIP의 면밀한 관찰

물론 퓨어밸러스트 3.0 개발 프로젝트에서 리액터만을 신경 쓴 것은 아니다. 이 프로젝트에서 재평가된 또 다른 요소는 각 처리과정 사이에 무독성, 낮은 pH 유체를 순환시켜서 UV 램프 슬리브를 세척하는 퓨어밸러스트의 CIP(현장세척) 유닛이다. 그러나 이 유닛은 변경 없이 그대로 쓰게 됐다.

Jonas Alvan은 “많은 공급자들이 공간과 비용을 절약하기 위해 CIP를 배제하고 있다”며 “개발팀이 CIP 없이 여러 사이클 동안 퓨어밸러스트를 가동하면서 자체적으로 시험한 결과 CIP는 우리가 기대했던 것 이상으로 중요하다는 것이 밝혀졌다”고 덧붙였다.

그 이유는 퓨어밸러스트는 물론 해수와 관련된 모든 UV 처리 중에 염화칼슘과 금속 이온이
UV 램프 슬리브에 들러붙기 때문이다. 이는 슬리브의 UV 투과율을 악화시켜서 생물학적 효과를 크게 저하시킨다.

이어 “우리는 밸러스팅 또는 디밸러스팅 후에 장비의 완전한 성능을 유지하는 데 있어 CIP 실시의 명확한 가치를 보았다”며 “기계식 와이퍼로 염화칼슘은 제거할 수 있지만 금속 이온은 그렇지 않으며, 와이퍼와 수작업 청소는 결과적으로 석영 유리에 성능을 저하시키는 스크래치를 남기게 된다. CIP는 형식-승인된 수준으로 성능을 유지하기 위한 가장 부드럽고 효과적인 수단”이라고 덧붙였다.

콤팩트한 크기, 놀라운 성능

완성된 퓨어밸러스트 3.0 시스템은 이전 버전과 동일한 처리 기술을 토대로 하지만 크기와 에너지 효율 그리고 유연성에 있어서 괄목할만한 발전을 이뤘다. 한눈에 볼 수 있는 두드러진 특징은 그 크기다.

기존의 퓨어밸러스트 리액터들은 각각 250㎥/h를 처리한 반면, 개별 퓨어밸러스트 3.0 리액터들은 300㎥/h 또는 1,000㎥/h를 처리할 수 있다. 보다 큰 리액터는 원래의 250㎥/h 버전보다 크지 않으며 1,000㎥/h 시스템의 점유 공간은 절반으로 줄었다. 시스템이 더 커질수록 더 많은 공간을 절약할 수 있다.

Per Warg는 “새 리액터 용량은 보다 큰 시스템이 차지하는 공간을 크게 줄여준다”며 “퓨어밸러스트 3.0은 기존에 4개의 리액터에서 하던 작업량을 하나의 리액터에서 할 수 있게 해주므로 최대 6,000㎥/h까지의 유량 범위에서 경쟁력을 갖는다”고 말했다.

에너지 30~60% 절감

크기가 퓨어밸러스트 3.0의 경쟁력을 설명하는 유일한 사항은 아니다. 새로운 시스템은 콤팩트한 크기만큼 에너지 효율성도 우수하다.

“새로운 1,000㎥/h 리액터는 최대 전력에서 100kW만을 소비하는데 이는 기존 버전에 비해 30%의 에너지가 절감되는 것이다. 그리고 최대 전력이 필요하지 않을 때 기존 대비 에너지 절감은 60%까지 확대된다”고 Per Warg는 말했다.

Per Warg는 UV 투과율이 좋은 깨끗한 물에서 시스템의 전력 소모를 줄여주는 퓨어밸러스트 3.0의 새로운 디밍 기능(Dimming Function)에 대해 언급했다. 이같은 조건에서는 유기물을 중화시키는데 보다 적은 에너지를 필요로 한다. 그는 “퓨어밸러스트 3.0은 50%의 디밍 용량을 가지며 자동으로 디밍 프로세스를 처리한다. 이 시스템은 대부분의 상황에서 일정 수준의 디밍 기능을 사용하며 완전한 디밍 모드에서는 기존 버전에 비해 최대 60%까지의 에너지 절감이 가능하다”고 강조했다.

설치의 유연성 및 경제성

조선소의 경우 퓨어밸러스트 3.0의 가장 큰 강점은 에너지-효율적인 작동이라기 보다는 심지어 유량이 아주 큰 경우에도 설치의 유연성과 용이성이 크다는 점이다. 새 리액터의 용량을 고려할 때 1,000㎥/h당 하나의 리액터가 필요하게 되는데, 이는 시스템 설계를 아주 단순하게 해준다.

Per Warg는 “개별 리액터가 보다 많은 양의 밸러스트 수를 처리할 수 있을 때 설치할 리액터와 램프 드라이브 캐비닛의 수가 더 적어진다. 이는 설치시간이 짧아질 뿐 아니라 배관 공사의 양이 크게 줄어들기 때문에 더 쉽고 경제적인 설치가 가능하다는 것을 뜻한다”고 말했다.

램프 드라이브 캐비닛 관련해서는 유연성이 더 커진다. 기존 버전에는 리액터와 캐비닛이 부착되는 반면, 새 버전에서는 캐비닛을 최대 150m까지 떨어진 곳에 둘 수 있다. Per Warg는 “전력공급장치를 위험 구역 바깥쪽에 쉽게 설치할 수 있어 램프 드라이브 캐비닛의 위치를 150m 범위에서 자유롭게 배치할 수 있으므로 EX 시스템의 설계가 단순화된다. 이는 가장 수요가 많은 엔진실 공간을 절약할 수 있기 때문에 모든 사람들에게 혜택을 준다”고 강조했다.

리더십의 재정의

Per Warg와 Jonas Alvan은 퓨어밸러스트 3.0에 대해 큰 자부심을 갖고 있는데, 이는 분명한 이유가 있다. 탁월한 성능과 특징으로 인해 퓨어밸러스트 3.0은 밸러스트 수 처리에 있어서 기술적 우위를 확실하게 점하게 됐기 때문이다.

Per Warg는 “알파라발은 밸러스트 수 처리에 있어서 항상 업계를 리드해 왔지만, 퓨어밸러스트 3.0은 그 리더십을 완전히 재정의하게 해준다. 우리는 단순히 하나의 차세대 시스템을 보는 것만이 아니라 오늘날 고객들이 제기하는 보다 도전적인 요구들을 충족시킬 수 있는 완전히 새로운 표준을 보고 있는 것”이라고 전했다.

Per Warg의 동료인 Alvanagrees는 “크기, 경제성 및 에너지 효율이 중요한 곳에서 고객들은 퓨어밸러스트 3.0에서 그동안 찾고 있었던 것을 발견하게 될 것이라고 확신하고 있다”라고 결론 내렸다.



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