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고압가스 압력용기의 강도안전성에 관한 수치해석적 연구
Numerical Study on the Strength Safety of High Pressure Gas Cylinder 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.14 no.2, 2010년, pp.1 - 6  

김청균 (홍익대학교 기계.시스템디자인공학과) ,  김승철 (홍익대학교 기계.시스템디자인공학과)

초록
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고압가스 압력용기의 강도안전성을 FEM으로 해석하였다. 본 연구에서 고려한 강재용기의 내압은 서비스 충전압력 $9kg/cm^2$, 가스충전 최고압력 $18.6kg/cm^2$, 안전변 작동 최고압력 $24.5kg/cm^2$, 수압시험압력 $34.5kg/cm^2$이다. FEM 해석결과에 의하면, 서비스 충전압력 $9kg/cm^2$와 충전최고압력 $18.6kg/cm^2$에 대한 강도안전성은 가스용기에 걸리는 응력이 강재의 항복강도 이내에 있기 때문에 안전한 것으로 나타났다. 그러나 수압시험압력 $34.5kg/cm^2$을 가하였을 때에 발생하는 응력은 항복강도를 충분히 넘어서기 때문에 불안전하지만, 인장강도 이내에 존재하기 때문에 아직은 안전하다. 수압시험압력을 용기에 자주 공급하면 용기는 소성변형에 의한 피로잔류응력이 특히 하단반구부에 축적되므로 파손될 수 있다. 계산결과에 의하면, 스커트 지역에 작용하는 집중하중은 하단반구부에 영향을 미치지 않지만, 용기에 서 가장 취약한 부분은 용기의 몸체와 스커트 사이에 위치한 하단반구부의 중간부분임을 알 수 있다. 따라서 하단반구부의 형상은 고압가스 저장용기 설계에서 중요한 요소라는 것을 보여주는 FEM 해석결과를 제공하고 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The strength safety of high pressure gas cylinder has been analyzed by using a finite element method. In this study, the internal gas pressures of a steel bombe include a service charging pressure of $9kg/cm^2$, high limit charging pressure of $18.6kg/cm^2$, high limit of safet...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 LP가스 용기에 작용하는 가스압력, 즉 서비스 충전압력, 최고충전압력, 안전변 작동 최고압력, 수압시험압력 등을 고려하여 LPG 용기에 대한 강도안전성을 FEM으로 해석하고자 한다.

가설 설정

  • 용기가 낙하 또는 전도하기 때문에 발생하는 충격하중을 모사하기 위해 Fig. 1(b)에서 보여준 것처럼, 스커트 부분에 집중하중이 작용한다고 가정하고 강도안전성을 유한요소법으로 해석하였다. 용기의 하단반구부와 스커트에 가해지는 집중하중은 Fig.
  • 1(b)과 같이 적용하였다. 용기는 가스충전을 위해 사용처와 충전소 사이를 자주 이동하기 때문에 낙하나 전도 등에 의해 스커트에 충격하중이 가해진다고 가정한다.
  • 4와같은 해석모델에 대해 가스압력이 작용할 때는 특히 반구형상의 곡면부분에 응력이 집중된다. 용기의 원통몸체와 반구형상을 연결하는 용접부, 하단 반구부와 스커트를 연결하는 용접부는 용접상태에 따라 강도안전성이 달라지기 때문에 본 해석에서는 이들 용접부의 접합상태가 완벽하여 동일한 소재로 제작된다고 가정하고 FEM 강도해석을 수행 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고압가스 용기는 어떤 형상으로 설계하는가? 고압가스 용기는 모든 가스압에 견디면서 가볍게 제작해야 하므로 강도안전성이 우수한 실린더 형상으로 설계하는 것이 일반적이다. LP가스 용기를 강재로 제작하면 고압가스에 대한 안전성이 높고, 제작이 용이하며, 단가는 낮아지지만, 용기는 무거워져 운반하기가 어렵고, LPG를 사용하고 남은 잔량을 확인할 수 없다.
액화석유가스(LPG)와 같은 가스연료를 저장하는 용기는 어떻게 만드는가? 액화석유가스(LPG)와 같은 가스연료를 안전하게 저장하고 운반하기 위해서는 특별하게 제작한 압력 용기(pressure vessel)를 사용한다. 용기는 저장하는 가스의 압축정도에 따라 강재로 제작하거나, 또는 강재나 알루미늄으로 제작한 원통용기의 외부에 카본/에폭시와 같은 복합소재를 감아서 사용하기도 한다. LP가스 용기로 가장 많이 사용하는 것은 원통형 상의 20kg 강재용기이지만, 도시가스가 많이 보급 되면서 LG가스용 용기 생산량이 크게 줄어든 실정 이다.
LPG 용기가 폭발한다는 것은 무엇을 말하는가? LPG 용기가 폭발한다는 것은 안전하게 충전된 LPG가 외부와의 온도차, 압력차 등에 의해 액상의 LPG가 기상으로 상변환을 일으키면서 급격하게 팽창한 가스의 체적증가로 인해 용기의 강성도가 더이상 견디지 못하고 터지는 현상이다.
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참고문헌 (7)

  1. 강주완, "LPG 산업의 성장동력 - AutoGas," Proceedings of 1st Joint Technical Symposium of Industry and Academy of KIGAS, (2006) 

  2. 김철현, "고의사고 예방과 수습에 지혜 모아야," 가스신문사, (2008.1.14) 

  3. "고의 가스사고 매면 평균 50여건 발생," 연합뉴스, (2006.4.14) 

  4. 김청균, "LPG 용기 재검사 주기의 합리적인 조정방안," LPG용기 재검주기 연장 정책자문위원회(지경부/한국가스안전공사), (2010. 1. 29) 

  5. KS B 6211, Refillable Welded Steel Gas Cylinders for Liquefied Petroleum Gas. 

  6. KS D 3533, Steel Sheets, Plates and Strip for Gas Cylinders. 

  7. MSC/MARC, Element Library, MSC, Inc., (2005) 

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