LNG 수요의 증가에 따라, LNG FPSO (부유식 생산저장 하역설비) 선박 및 LNG 선박의 건조도 지속적으로 증가하고 있고, 다양한 형태의 저장탱크 설계가 시도되고 있다. 본 논문에서는 LNG를 저장하는 선박 화물창 내부탱크의 방식으로 5~9% Ni강재를 적용하고, 단열재를 우레탄폼 블록 대신에 펄라이트 분말을 충전하는 새로운 선박 탱크 형식을 제안하였다. 펄라이트 단열재의 적용 가능성을 위하여 필수적으로 검토되어야 하는 펄라이트의 내부탱크 벽체에 가하는 압력, 압력 흡수를 위하여 적용되는 탄성 블랭킷의 특성, 블랭킷의 적정 설계두께, 내부탱크 설계압력 등 설계 인자들을 분석하였다. 연구결과로, 블랭킷의 두께설계 기준은 내부탱크 단열간격의 1/4~1/3 사이가 되어야 하고 적정 두께는 30% 정도가 되었으며, 탱크 설계압력 기준은 블랭킷 두께에 따라 1,500 Pa 이하가 되어야 하는 것으로 얻어졌다.
LNG 수요의 증가에 따라, LNG FPSO (부유식 생산저장 하역설비) 선박 및 LNG 선박의 건조도 지속적으로 증가하고 있고, 다양한 형태의 저장탱크 설계가 시도되고 있다. 본 논문에서는 LNG를 저장하는 선박 화물창 내부탱크의 방식으로 5~9% Ni강재를 적용하고, 단열재를 우레탄폼 블록 대신에 펄라이트 분말을 충전하는 새로운 선박 탱크 형식을 제안하였다. 펄라이트 단열재의 적용 가능성을 위하여 필수적으로 검토되어야 하는 펄라이트의 내부탱크 벽체에 가하는 압력, 압력 흡수를 위하여 적용되는 탄성 블랭킷의 특성, 블랭킷의 적정 설계두께, 내부탱크 설계압력 등 설계 인자들을 분석하였다. 연구결과로, 블랭킷의 두께설계 기준은 내부탱크 단열간격의 1/4~1/3 사이가 되어야 하고 적정 두께는 30% 정도가 되었으며, 탱크 설계압력 기준은 블랭킷 두께에 따라 1,500 Pa 이하가 되어야 하는 것으로 얻어졌다.
As the LNG demands are growing, the constructions of LNG FPSO (Floating Production Storage and Off-loading) and LNG carriers have been constantly increased, and the various design of storage tank has been tried. This paper propose that the material of inner storage tanks is made of 5~9% Ni steel pla...
As the LNG demands are growing, the constructions of LNG FPSO (Floating Production Storage and Off-loading) and LNG carriers have been constantly increased, and the various design of storage tank has been tried. This paper propose that the material of inner storage tanks is made of 5~9% Ni steel plate and perlite powder insulation instead of urethane foam block. It needs essentially to obtain the proper design specifications that are the pressure of perlite, the characteristics of resilient blanket as the pressure absorber, optimum thickness of blanket and design pressure of tank wall, etc. to enable the perlite insulation system to LNG carrier, The results show that the design thickness of blanket should be between 1/4 to 1/3 of insulation width and the optimum rate becomes 30%, and the design pressure be applied below 1,500 Pa with blanket thickness.
As the LNG demands are growing, the constructions of LNG FPSO (Floating Production Storage and Off-loading) and LNG carriers have been constantly increased, and the various design of storage tank has been tried. This paper propose that the material of inner storage tanks is made of 5~9% Ni steel plate and perlite powder insulation instead of urethane foam block. It needs essentially to obtain the proper design specifications that are the pressure of perlite, the characteristics of resilient blanket as the pressure absorber, optimum thickness of blanket and design pressure of tank wall, etc. to enable the perlite insulation system to LNG carrier, The results show that the design thickness of blanket should be between 1/4 to 1/3 of insulation width and the optimum rate becomes 30%, and the design pressure be applied below 1,500 Pa with blanket thickness.
본 연구에서는 육상의 LNG 탱크에 적용되고 있는 탱크 형태로 내부탱크의 재료는 5~9% Ni강재 혹은 316L강 그리고 외부탱크는 일반 탄소강을 사용하는 LNG저장탱크를 새로이 선박에 적용하고자, 내외부 탱크 사이에 가설되는 단열재를 우레탄폼 단열재와 비슷한 열전도도 값을 갖는 펄라이트 분말을 충전식 탱크를 검토하였다. 이 탱크 방식의 장점을 보면 강판 규격이 폭 3.
제안 방법
본 연구에서는 LNG 내외부탱크 사이의 단열부 설계와 내부탱크의 두께 및 벽체 지지장치(Stiffener)의 설계에 필수적으로 고려되어야 하는 펄라이트 충전압력 설계기준을 파악하기 위하여 5~9% Ni 철재의 온도에 따른 변형, 펄라이트 충전에 따른 탱크 압력 특성, 블랭킷의 두께와 복원력에 따른 펄라이트 분말의 압력 흡수 특성, 블랭킷의 특성 등을 분석하여 그 결과를 선박에 적용 가능하도록 적정 설계기준을 검토, 제시하였다. 본 연구의 해석을 위하여 LNG 펄라이트 단열재 적용탱크의 내부벽체에 가해지는 압력 산정 프로그램을 개발하여 사용하였다.
본 연구에서는 LNG 내외부탱크 사이의 단열부 설계와 내부탱크의 두께 및 벽체 지지장치(Stiffener)의 설계에 필수적으로 고려되어야 하는 펄라이트 충전압력 설계기준을 파악하기 위하여 5~9% Ni 철재의 온도에 따른 변형, 펄라이트 충전에 따른 탱크 압력 특성, 블랭킷의 두께와 복원력에 따른 펄라이트 분말의 압력 흡수 특성, 블랭킷의 특성 등을 분석하여 그 결과를 선박에 적용 가능하도록 적정 설계기준을 검토, 제시하였다. 본 연구의 해석을 위하여 LNG 펄라이트 단열재 적용탱크의 내부벽체에 가해지는 압력 산정 프로그램을 개발하여 사용하였다.
대상 데이터
Figure 1은 논문에서 검토하고자 하는 선박용 LNG 내외부 탱크 및 단열공간을 나타내며, 내외부 탱크 사이에는 미세한 흰색 분말의 펄라이트를 단열재로 충전하고, 하부와 상부의 코너 부분은 우레탄 블록을 가설하는 구조를 갖추었다. 약 60 cm 두께의 펄라이트 분말 단열부는 글래스울 블랭킷이 내부 탱크 벽체에 설치되며, 이 블랭킷의 두께, 탄성도 등의 특성에 따라 탱크 내부 벽체에 가해지는 하중이 증가 혹은 감소하게 된다.
성능/효과
(1) 펄라이트가 탱크에 가하는 압력은 탱크 직경보다는 내외탱크의 간격이 클수록 벽체에 가하는 압력이 증가하는 것으로 나타났다.
(2) 블랭킷 두께에 따른 충전압력 변화를 보면, 탱크 단열간격이 적을수록 그리고 블랭킷의 두께가 두꺼울수록 압력 흡수효과가 증가하였다.
(3) 블랭킷의 적정 설계압력기준은 1,500 Pa 이하가 되어야 하며, 적정 적용두께는 내외탱크 단열간격의 1/4~1/3 사이로 30%가 적절한 것으로 얻어졌다.
후속연구
본 연구는 선박용 LNG 화물창의 새로운 탱크 형식의 설계 개념을 정립하여 이의 적용성을 제공하고, 선박 건조의 작업량과 기간을 줄일 수 있는 보다 효과적이고 안전하며 다양한 우리 고유기술의 선박용 LNG탱크 설계 및 제작기술을 보유하는 데 기여할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
LNG저장을 위한 이중 탱크는 무엇으로 나누어 지는가?
-162℃의 초저온 액체상태인 LNG를 원해에서 생산 저장하는 FPSO나 운송 선박의 화물창 탱크 형식은 단열이 된 이중 탱크로 제작된다. 내부탱크의 재료 형태에 따라 철재로 제작된 직육면체의 멤브레인 식과 알루미늄으로 제작된 원형의 모스형으로 나뉜다. 현재는 LNG의 열응력과 하중에 견디도록 주름(Corrugation)이 잡혀있는 9% Ni강으로 두께가 1~2 mm에 불과한 멤브레인식이 LNG선박 탱크의 주를 이루고 있다.
다양한 형태의 저장탱크 설계가 시도되게 된 배경은?
LNG 수요의 증가에 따라, LNG FPSO (부유식 생산저장 하역설비) 선박 및 LNG 선박의 건조도 지속적으로 증가하고 있고, 다양한 형태의 저장탱크 설계가 시도되고 있다. 본 논문에서는 LNG를 저장하는 선박 화물창 내부탱크의 방식으로 5~9% Ni강재를 적용하고, 단열재를 우레탄폼 블록 대신에 펄라이트 분말을 충전하는 새로운 선박 탱크 형식을 제안하였다.
LNG의 특징은?
LNG는 편리하고 저렴하면서 청정에너지여서 전세계 및 국내의 주요 에너지원으로 자리를 확고히 하고 있다. 최근 쉘가스의 대두와 함께 LNG는 60년의 매장량을 고려하여 볼 때 향후에도 지속적인 팽창이 예견된다.
참고문헌 (8)
Korea Gas Corporation, "LNG storage tank installed inside the ship and manufacturing method the tank." Korea, Patent 100499710000, June 28, 2005 (in Korean).
Samsung Heavy Industries, "Membrane structure and liquefied gas storage structure." Korea, Patent 1011296460000, March 16, 2012 (in Korean).
Hyundai Heavy Industries, "Membrane type cargo tank for liquefied gas, method of manufacturing the same and ship having the same." Korea, Patent 1011315360000, June 15, 2011 (in Korean).
H. A. Janssen, "Versuche uber getreidedruck in silozellen", CZ. Vereines Deutscher Ingenieure, 39, 1045-1049, 1895.
D. Singh, and E. B. Moysey, "Grain bin wall pressures: theoretical and experimental", Canadian Agricultural Engineering, vol. 27, no. 1, pp. 43-48, 1985.
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