세아제강, ‘친환경 수소 이송용 배관’ 수소취성 인증 평가 진행

종합강관 제조업체 세아제강(대표이사 이휘령, 김석일)이 탄소중립 시대 친환경 수소 이송용 배관의 상용화에 박차를 가하고 있다.

산업통상자원부의 수소 경제 활성화 로드맵에 따르면 수소 활용산업이 성장할 경우 수소 수요는 2030년 194만톤에서 2040년에는 526만톤까지 확대될 전망이다. 이와 같이 수소 수요가 확대되면서 운송 부분의 성장도 주목을 받고 있다. 현재 울산, 여수 등 수요처 인근에 구축된 약 200km 정도의 수소 파이프라인으로는 앞으로 증가하게 될 수소 물류를 수용하기 어려울 수 있다.

이에 취성을 극복하고 50bar 이상의 고압으로 수소를 이송할 수 있는 파이프라인 개발이 필요하다. 이어 개발된 수소 이송용 배관이 주요 수요처 주변에서 시작해 중장기적으로 전국망으로 확대해 구축될 예정이다.

세아제강은 이러한 기조에 발맞춰 포스코와 API X-Grade급 고강도 ERW와 SAWL 소재 및 강관을 개발해냈다. 특히 API X52 ERW 6인치 및 8인치 제품을 안산 수소시범 도시와 포항 수소충전소 수소 이송용 배관으로 공급했다.

수소의 경우 매우 친환경적인 에너지이나 천연가스 대비 체적에너지 밀도가 낮고 재생에너지원의 활용이 확대될 것으로 예상되고 있다. 이에 경제적인 경재력을 갖추기 위해서 고압, 대경화가 필요한 상황이다.

천연가스와 비교해 상대적으로 엄격한 환경에서 사용되는 수소 파이프라인은 품질기준을 만족하기 위해 제한된 몇 가지 표준이 있다. 대표적으로 수소와 혼합가스(수소+천연가스)에 대한 수소 파이프 및 파이프라인 코드인 ASME B31.12가 있다. ASME B31.12는 수소 환경에서의 소재/파이프 규격과 용접 파이프에 적합한 두 가지 설계방법 Option A, Option B로 구분하고 있다.

세아제강 R&D센터에서는 수소 이송용 배관의 수소취성 평가에 대해 파괴 역학 접근방식을 사용하는 ASME B31.12 Option B의 방식을 적용하여 100% 수소 농도와 설계압력에서 임계응력강도 계수인 K1H(Minimum threshold stress intensity factor) 시험평가를 진행 중이다.

해당 시험은 Table1 에 나타난 바와 같이 100% 수소 환경에서 용접 및 모재의 균열 저항의 적격성 평가를 목적으로 수소 테스트 및 파괴 역학에 대한 경험이 풍부한 공인 외부 인증기관인 RINA에서 실시했다. 먼저 수소 압력에 대해 API 5L 파이프의 성능을 입증하기 위해 ERW, SAWL 제품을 대상으로 K1H 시험을 진행했다. 파이프에서의 시험은 모재, 용접, 열영향부에서 3회 시행되었으며, K1H의 요구 값은 55MPa√m 이상을 적용했다.

그 결과는 Table2 에 나타난 바와 같이 K1H 결과 값이 74~92MPa√m 수준으로 수소균열 취성에 대한 결과 값이 우수한 것으로 나타났다. 추가적으로 ERW 와 SAWL 제품에 대해 RINA의 수소취성 시험평가와 공인인증을 진행중이며, 2024년 1분기내 취득을 목표로 하고 있다.

아울러 R&D센터에서는 고객 맞춤형 솔루션 제공과 수소 이송용 배관, CO2 이송용 배관, 클래드(Clad) 제품 등 친환경 제품에 대해서 지속적으로 연구, 개발을 진행해 나갈 예정이다. 세아제강은 이러한 인증 취득을 통해 최대 100% 수소 운송을 위한 파이프라인 프로젝트 수행의 선도기업 역할을 할 것으로 기대된다.