LNG 천연가스로서 저장과 운반이 용이한 액체로 변형이 가능하며, 청정연료로 각광받게 되어, 석유에너지의 의존도를 낮추고 에너지사용의 다변화를 위해 1986년 인도네시아로부터 처음 도입된 이래로 산업의 성장과 더불어 그 수요량이 지속적으로 증가하고 있다. LNG는 천연가스의 부피를 영하 약 $-162^{\circ}C(-260^{\circ}F)$까지 냉각시켜 1/600까지 줄일 수 있으므로, 저장 및 운반에 있어서 매우 효율적이다. 현대의 LNG 저장탱크는 철근 콘크리트 이중벽과 내부 니켈방호벽 및 벽사이의 효율이 높은 단열재로 구성된 완전 방호식이 적용되고 있다. 단열재는 극저온의 온도가 LNG 탱크 외벽으로 전달되는 것을 차단하며, 바닥슬래브, 외벽 및 상부에 설치된다. LNG 저장탱크의 단열재의 배치에 따라 콘크리트 외조에 작용하는 온도분포에 차이가 나므로, 본 연구에서는 기 건설된 완전 방호식 LNG 저장탱크 바닥판 단열재의 배치에 대해 검토하고, 이를 바탕으로 단열시스템 개선 방안을 제안하고자 한다.
LNG 천연가스로서 저장과 운반이 용이한 액체로 변형이 가능하며, 청정연료로 각광받게 되어, 석유에너지의 의존도를 낮추고 에너지사용의 다변화를 위해 1986년 인도네시아로부터 처음 도입된 이래로 산업의 성장과 더불어 그 수요량이 지속적으로 증가하고 있다. LNG는 천연가스의 부피를 영하 약 $-162^{\circ}C(-260^{\circ}F)$까지 냉각시켜 1/600까지 줄일 수 있으므로, 저장 및 운반에 있어서 매우 효율적이다. 현대의 LNG 저장탱크는 철근 콘크리트 이중벽과 내부 니켈방호벽 및 벽사이의 효율이 높은 단열재로 구성된 완전 방호식이 적용되고 있다. 단열재는 극저온의 온도가 LNG 탱크 외벽으로 전달되는 것을 차단하며, 바닥슬래브, 외벽 및 상부에 설치된다. LNG 저장탱크의 단열재의 배치에 따라 콘크리트 외조에 작용하는 온도분포에 차이가 나므로, 본 연구에서는 기 건설된 완전 방호식 LNG 저장탱크 바닥판 단열재의 배치에 대해 검토하고, 이를 바탕으로 단열시스템 개선 방안을 제안하고자 한다.
Liquefied natural gas(LNG) is natural gas that has been converted temporarily to liquid form for ease of storage and transport it. Natural gas is the worlds cleanest burning fossil fuel and it has emerged as the environmentally preferred fuel of choice. In Korea, the demand of this has been increase...
Liquefied natural gas(LNG) is natural gas that has been converted temporarily to liquid form for ease of storage and transport it. Natural gas is the worlds cleanest burning fossil fuel and it has emerged as the environmentally preferred fuel of choice. In Korea, the demand of this has been increased since the first import from the Indonesia in 1986. LNG takes up about 1/600th the volume of natural gas in the gaseous state by cooling it to approximately $-162^{\circ}C(-260^{\circ}F)$. The reduction in volume therefore makes it much more cost efficient to transport and store it. Modern LNG storage tanks are typically the full containment type, which is a double-wall construction with reinforced concrete outer wall and a high-nickel steel inner tank, with extremely efficient insulation between the walls. The insulation will be installed to LNG outer tank for the isolation of cryogenic temperature. The insulation will be installed in the base slab, wall and at the roof. According to the insulation's arrangement, the different aspects of temperature transmission is shown around the outer tank. As the result of the thermal & stress analysis, by the installing cellular glass underneath the perlite concrete, the temperature difference is greatly reduced between the ambient temperature and inside of concrete wall, also reducing section force according to temperature load.
Liquefied natural gas(LNG) is natural gas that has been converted temporarily to liquid form for ease of storage and transport it. Natural gas is the worlds cleanest burning fossil fuel and it has emerged as the environmentally preferred fuel of choice. In Korea, the demand of this has been increased since the first import from the Indonesia in 1986. LNG takes up about 1/600th the volume of natural gas in the gaseous state by cooling it to approximately $-162^{\circ}C(-260^{\circ}F)$. The reduction in volume therefore makes it much more cost efficient to transport and store it. Modern LNG storage tanks are typically the full containment type, which is a double-wall construction with reinforced concrete outer wall and a high-nickel steel inner tank, with extremely efficient insulation between the walls. The insulation will be installed to LNG outer tank for the isolation of cryogenic temperature. The insulation will be installed in the base slab, wall and at the roof. According to the insulation's arrangement, the different aspects of temperature transmission is shown around the outer tank. As the result of the thermal & stress analysis, by the installing cellular glass underneath the perlite concrete, the temperature difference is greatly reduced between the ambient temperature and inside of concrete wall, also reducing section force according to temperature load.
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문제 정의
바닥판 단열재 배치에 따른 온도장 해석시 온도 분포도의 차이를 알아보고, 이에 따라 발생하는 단면력을 비교하여 합리적인 단열재 배치에 대한 방안을 제시하기 위하여, LNG 저장탱크의 온도 해석의 경우 정상상태 및 유출상태로 나누어 수행하는데 본 연구의 목적은 단열재의 합리적인 배치에 대한 제시에 있으므로 정상상태에 대해서만 고려하였다.
그러나 LNG 저장탱크의 단열재의 배치에 따라 콘크리트 외조에 작용하는 온도분포에 차이가 발생한다. 본 연구에서는 국내에서 최근에 설계 및 시공된 지상식 완전방호식 LNG 저장탱크 바닥판 단열재의 배치에 대해 검토하고, 이를 바탕으로 단열 시스템 개선방안을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 최근에 A 현장과 B 현장에 시공중인 LNG저장탱크의 단열재 배치에 대해 합리적인 방안을 검토하였으며, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
가설 설정
해석을 위한 LNG 유체 온도 및 외기 조건은 여름의 외기조건(30℃)을 사용하였으며, LNG의 온도는 Table 2에 나타낸 바와 같이 -170℃로 가정하였다.
제안 방법
한편, LNG 저장탱크의 열해석 모델은 전형적인 축대칭 구조(axi-symmetric)라고 볼 수 있으며, 구조물 두께 방향의 온도 분포를 구현하기 위해 LUSAS 해석프로그램의 축대칭 솔리드 요소를 사용하여 해석을 수행하였다.(Theory Manual Volume 1&2)
성능/효과
1) 펄라이트 콘크리트 하단에 다공질 유리(100mm)의 배치 유무에 따라 온도차는 -6.70℃를 보였으며, 이 결과 단면력 발생의 차이는 원주방향 모멘트에서 대략 8배의 증가를 나타내어, 다공질 유리의 배치가 온도응력저감에 효율적임을 알 수 있었다.
2) LNG 저장탱크의 단면 설계시 온도하중에 의한 영향은 다른 개별하중에 비해 영향이 크므로, 단면력의 감소 측면에서 펄라이트 콘크리트 하단에 다공질 유리를 설치하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.
3) 이러한 정량적인 문제 이외에 바닥판 하단의 지반이 동결되지 않도록 Heating System이 5∼10℃로 유지 되어야 하는데, 이러한 측면에서도 바닥판의 단열재 배치는 중요함을 알 수 있었다.
결과에서와 같이 바닥판 수직방향, 벽체, 지붕의 단면력은 거의 동일한 값을 나타내고 있으나, Fig. 7의 바닥판 원주방향 단면력은 바닥판 단부에서는 작용하는 원주방향 축력이 중심기점 약 40m 부근에서 다공질 유리를 설치한 A현장의 경우 B현장과 비교시 975kN에서 532kN으로 45%(약 1.8배) 감소하였고, 원주방향 모멘트는 중심기점 약 40m 부근에서 A현장의 경우 B현장과 비교시 460kN·m에서 58kN·m으로 87%(약 7.9배) 감소하였다.
이와 같이 100mm의 다공질 유리를 사용하여 원주방향의 단면력을 감소시킴으로써 바닥판의 단면 두께 또는 철근량을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
1N/mm2정도 밖에 안 되고, 깨어지기 쉬운 재료이기 때문에 지압부에 사용하는 경우에는 캡핑재를 병용할 필요가 있다. 또한 병용되는 캡핑재의 종류에 의해 저온에서 다공질 유리의 압축강도가 저하하는 것도 있으므로 대기온도부터 사용온도까지의 실측값을 확인하여 사용해야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
LNG는 무엇인가?
청정연료로 각광받고 있는 LNG(Liquefied Natural Gas)는 석유 에너지의 의존도를 낮추고 에너지 사용의 다변화를 위해 1986년 인도네시아로부터 처음 도입된 이래로 산업의 성장과 더불어 그 수요량이 지속적으로 증가하고 있다. LNG는 천연가스를 약 -163℃까지 냉각하여 액화시킨 것으로서, 기체에서 액체로 되는 과정에서 부피가 약1/600로 감소되어 저장이 용이하게 된다. LNG 저장탱크는 단일방호식(single containment type), 이중방호식(double containment type) 및 완전 방호식(full containment type)으로 나눌 수 있으며, 이중 완전방호식이 가장 발전된 형태로 볼 수 있다.
폴리우레탄 폼의 압축변형은 무엇에 근거하여 산출되나?
일반적으로 폴리우레탄 폼(poly urethane foam, PUF)은 압축하중을 재하한 경우 내부가 균일하게 압축되지 않고, 내부에 발생하는 압축변형도 균일하지 않는 특성을 보인다. 따라서 PUF의 압축변형은 시험편의 변형량에 근거하여 산출된다. 또한 일반적으로 저온으로 됨에 따라 PUF의 압축강도는 상승하나 안전성을 고려하여 대기온도의 실측값을 근거로 정한다.
LNG 저장탱크는 어떻게 나눌 수 있나?
LNG는 천연가스를 약 -163℃까지 냉각하여 액화시킨 것으로서, 기체에서 액체로 되는 과정에서 부피가 약1/600로 감소되어 저장이 용이하게 된다. LNG 저장탱크는 단일방호식(single containment type), 이중방호식(double containment type) 및 완전 방호식(full containment type)으로 나눌 수 있으며, 이중 완전방호식이 가장 발전된 형태로 볼 수 있다.(BS 7777, 1993; BS EN 1473, 1996; EN 14620, 2006)
참고문헌 (10)
한국 가스 공사 "00 생산기지 2단계 4차 확장 탱크 건설 공사", 2005.
한국 가스 공사 "00 생산기지 제2공장 2단계 탱크 건설 공사", 2006.
(주)포스코 "00 LNG 터미널 증설 공사", 2008.
BS 7777 "Flat-bottomed, vertical, cylindrical storage tanks for low temperature service", 1993.
BS EN 1473 "Installation and equipment for liquefied natural gas(Design of onshore installations)", 1996.
EN 14620 "Design and manufacture of site built, vertical, cylindrical, flat-bottomed steel tanks for the storage of refrigerated, liquefied gases with operating temperatures between $0{^{\circ}C}$ and- $165{^{\circ}C}$ ", 2006.
JGA RPAS(Recommended Practice for LNG Above-ground Storage; LNG 地上式貯槽指針), 1981.
JGA RPIS(Recommended Practice for LNG Inground Storage; LNG 地下式貯槽指針), 1979.
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