[논문]LNG 저장탱크 구조물의 종합적 상태평가기준 개발

김정훈; 조영도

doi:10.7842/kigas.2018.22.6.44

[국내논문] LNG 저장탱크 구조물의 종합적 상태평가기준 개발
A Development of Representative Condition Evaluation Standard for LNG Storage Tank Structures 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.22 no.6, 2018년, pp.44 - 51

김정훈 (한국가스안전공사 가스안전연구원) , 조영도 (한국가스안전공사 가스안전연구원)

초록
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LNG저장탱크가 노후화 됨에 따라 외벽 콘크리트에 균열, 철근부식 등 결함이 발생할 경우, 손상 종류 및 정도에 따라 구조물의 붕괴 등 대형사고 발생 위험이 존재하게 된다. LNG저장탱크는 2014년부터 정밀안전진단이 시작 되어 안전점검이 수행되고 있으며, 부재별 상태평가기준은 2016년 1월에 개정되어 적용하고 있다. 상태평가는 액화천연가스 저장탱크에 대한 외관 조사 및 재료시험 결과를 바탕으로 저장탱크에 대한 상태를 평가하는 것을 말하는 것으로 유지관리에 있어서 중요하다. 또한 각각의 LNG 저장탱크 대표상태를 나타내는 종합적 상태평가기준이 유지관리 시 중요하지만, LNG저장탱크 외조 콘크리트에 대한 관련 기준이 국내 외에 부재하여 상태평가 기준 개발 필요하다. 이 논문에서는 LNG 저장탱크 구조적 특성 검토, 부재별 상태평가 기준현황 분석, 부재별 가중치 부여를 통한 종합적 상태등급 산정 방안을 수립하였다. 부재별 가중치 산출은 AHP(Analytic Hierarchy process)기법을 이용하고 전문기관의 설문조사 등을 통해 종합적 상태평가 기준을 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

As the LNG storage tank is aged, if there is a crack in the outer wall concrete or corrosion of the reinforcing steel, there is a risk of a major accident such as collapse of the structure depending on the type and degree of damage. Since 2014, LNG storage tanks have undergone precise safety diagnosis and safety inspection has been carried out. The condition evaluation criteria for each component have been revised and applied in January 2016. The condition evaluation standard is to evaluate the status of storage tanks based on the appearance survey and material test results of LNG storage tanks and it is important for maintenance. In addition, the representative condition evaluation standard that shows the comprehensive state of each LNG storage tank is important in maintenance, but the related standard for LNG storage tank outer concrete is not available in Korea and abroad, and development of the condition evaluation standard is necessary. In this paper, we examined the structural characteristics of LNG storage tanks, analyzed the status of the condition evaluation criteria for each member, and developed a comprehensive status rating system by weighting the members. We used the AHP(Analytic Hierarchy Process) technique and developed a representative conditon evaluation criteria through surveys of professional organizations.

주제어

표/그림 (24)

그림 Fig. 1. Classification according to tank positions
그림 Fig. 2. Above-ground of LNG storage tank(Elevated concrete base)
그림 Fig. 3. Above-ground of LNG storage tank(Base heating)
그림 Fig. 4. In-ground of LNG storage tank
표 Table 1. Application range of condition rating for members of LNG storage tank
그림 Fig. 5. Procedure of AHP analysis
그림 Fig. 6. Hierarchy construction for Above-ground of LNG storage tank(Elevated concrete base)
그림 Fig. 7. Hierarchy construction for Above-ground of LNG storage tank(Base heating)
그림 Fig. 8. Hierarchy construction for In-ground of LNG storage tank
그림 Fig. 9. Hierarchy construction for durability of LNG storage tank
그림 Fig. 10. Analysis results of above-ground(Elevated concrete base) according to specialized organization.
그림 Fig. 11. Integrated weight results of above-ground (Elevated concrete base).
그림 Fig. 12. Analysis results of above-ground(Base heating) according to specialized organization.
표 Table 2. Weight ranking results of above-ground (Elevated concrete base) according to specialized organization
그림 Fig. 13. Integrated weight results of above-ground (Base heating)
그림 Fig. 14. Analysis results of In-ground according to specialized organization
그림 Fig. 15. Integrated weight results of In-ground
그림 Fig. 16. Analysis results of durability according to specialized organization
표 Table 3. Weight ranking results of above-ground (Base heating) according to specialized organization
표 Table 4. Weight ranking results of In-ground according to specialized organization
그림 Fig. 17. Integrated weight results of durability
표 Table 6. Weights of each member according to LNG storage tank types
표 Table 5. Weight ranking results of durability according to specialized organization
표 Table 7. Criteria according to defectability range

AI 본문요약
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제안 방법

AHP 분석 결과를 통해서 형식별 부재별 가중치를 설정하고 부재별 상태등급에 따른 결함도 점수산정방안을 마련하여 종합적 상태평가 기준(안)을 개발하였다. 향후 LNG 저장탱크의 모든 형식의 부재별 상태등급 데이터가 확보된 후 개발 기준을 적용하여 결과를 검토한 후 기준 개정을 할 계획이다.
요소를 중요도와 상호관계에 따라 동질적인 집단으로 군집화해야 하는 LNG 저장탱크의 경우는 저장탱크형식별 부재로 가능하다. AHP 분석을 위해서 LNG 저장탱크의 형식과 부재에 대해서 계층화 구조로 정의를 한 후 형식별 부재의 쌍대비교를 하기 위한 설문지를 개발하였다. LNG 저장탱크 운영체, 진단기관, 대학교, 연구원 및 KGS의 전문가를 상대로 설문조사를 실시하고 형식별로 전문기관 특성별 및 통합 가중치 분석을 수행하였다.
AHP 분석을 위해서 LNG 저장탱크의 형식과 부재에 대해서 계층화 구조로 정의를 한 후 형식별 부재의 쌍대비교를 하기 위한 설문지를 개발하였다. LNG 저장탱크 운영체, 진단기관, 대학교, 연구원 및 KGS의 전문가를 상대로 설문조사를 실시하고 형식별로 전문기관 특성별 및 통합 가중치 분석을 수행하였다. 비상시 LNG를 가둘 수 있는 벽체 및 바닥판 부재와 지반의 불안정으로 구조물에 손상을 입힐 수 있는 기초가 주요한 부재로 분석되었다.
LNG 저장탱크의 구조적 특성은 주요 형식으로 고상식, 지상식(저부가열식) 및 지중식으로 구분한다. 외조 저장탱크의 상태평가 대상 주요부재는 육안으로 점검이 가능한 지붕, 벽체, 바닥판, 탱크받침, 페데스탈, 기초 및 콘크리트 내구성이다.
LNG 저장탱크의 부재별 상태평가등급이 결정된 후 구조형식에 따른 부재별 가중치를 적용하여 환산 결함도 점수를 구한다. 환산 결함도 점수는 시설물 전체의 상태평가 결과를 산정하기 위한 기준값이며, Table 7의 결함도 점수 범위에 따른 기준을 적용하여 시설물 전체에 대한 상태평가 결과를 구한다.
국내의 토목구조물에 대해서 상태평가 기준을 분석 및 검토를 수행하였다. 국내 기존 국내 토목구조물 상태평가기준에서 구조물 형상이 하나인 경우(터널, 옹벽 등)는 각 평가단위를 구분하여 산술평균과 합계를 이용한다.
대표 상태등급 산정을 위한 가중치 도출의 장애 요소 검토를 하고 부재별 가중치 도출 문제점에 대한 개선방향 검토를 통한 개발 방안으로 AHP가 있으며 이 방법을 적용하였다. AHP 분석을 위해서 의사결정 문제에 대해서 계층화 구조를 정의해야 한다.
LNG 저장탱크 형식별 구성 부재들의 표준화를 통해 다수의 대상 탱크에 대한 방대한 정보처리 시체계적인 관리 및 분석을 수행할 수 있다. 부재별 상태평가 기준은 상부구조, 하부구조, 받침 및 기타부재로 분류하고, 콘크리트의 탄산화와 염화물에 대한 평가항목을 포함하였다.
1과 같이 분류한다. 상태평가는 육안으로 구조물의 손상이나 결함을 평가하는 것으로 외면이 확인 가능해야 하므로 이 연구에서는 지상식, 지중식 저장탱크를 고려하게 된다.
각각의 LNG 저장탱크 대표상태를 나타내는 평가 기준이 유지관리 시 중요하지만, LNG저장탱크 외조 콘크리트에 대한 관련 기준이 국내·외에 부재하여 상태평가 기준 개발이 필요하다. 이 논문에서는 LNG 저장탱크 구조적 특성 검토, 부재별 상태평가 기준 현황 분석, 종합적 상태등급 산정 방안으로 AHP 기법 선정, 전문기관의 설문조사 등을 통해 종합적 상태평가 기준을 개발하였다.
토목구조물 중 여러 부재로 구성되는 경우(건축물, 교량 등)는 부재의 중요도를 고려하여 전체 구조물에 대한 대표 상태평가 등급을 산정하는 것을 확인 할 수 있었다. 이를 통해 LNG 저장탱크의 경우도 여러 부재로 구성되어 있는 구조물로 부재의 중요도(가중치)를 고려하여 종합적 상태평가를 하는 연구방향으로 설정하였다.
이후 CI를 RI(Random Index)로 나누어 CR(Consystency Ratio)을 계산한다. 보통 CR이 0.
국내 기존 국내 토목구조물 상태평가기준에서 구조물 형상이 하나인 경우(터널, 옹벽 등)는 각 평가단위를 구분하여 산술평균과 합계를 이용한다. 토목구조물 중 여러 부재로 구성되는 경우(건축물, 교량 등)는 부재의 중요도를 고려하여 전체 구조물에 대한 대표 상태평가 등급을 산정하기 때문에 LNG 저장탱크의 경우 부재의 중요도(가중치)를 고려하여 종합적 상태평가를 하는 연구방향으로 설정하였다.

대상 데이터

LNG 저장탱크의 구조적 특성은 주요 형식으로 고상식, 지상식(저부가열식) 및 지중식으로 구분한다. 외조 저장탱크의 상태평가 대상 주요부재는 육안으로 점검이 가능한 지붕, 벽체, 바닥판, 탱크받침, 페데스탈, 기초 및 콘크리트 내구성이다. LNG 저장탱크는 BS와 Eurocode에 의해 설계되고 있고 다양한 하중에 견디도록 설계되었기 때문에 운영 중에 이러한 설계하중에 대해서 견디도록 성능수준을 유지 및 확보하도록 유지관리가 수행되어야 한다.
LNG 저장탱크는 사고 시 대용량(10~27만㎘) 가연가스의 누출로 대형 화재․ 폭발 위험성이 상존한다. 주요 사례로 미국 클리블랜드 탱크 누출 사고(1944년)로 131명 사망 및 225명 부상의 피해가 발생하였다.

데이터처리

이렇게 도출 된 가중치가 신뢰할 수 있는지 확인하기 위해 일관성 지수(Consistency Index)를 계산한다. 이를 위해 행렬 A와 각 변수의 가중치를 곱한 값인 λP값을 계산한다.

이론/모형

이러한 문제점을 개선하여 가중치를 도출 할 수 있는 방법은 AHP(Analytic Hierarchy Process)가 있으며 이 방법을 적용하였다. AHP는 사전전 의미는 “계층적 분석 과정/방법”으로 어떤 것을 구성요소로 나누어 각 요소의 중요도 및 상호관계에 따라 계층구조를 정리하여 어떤 결과를 가져오는 기능을 의미한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LNG저장탱크 노후화로 인해 발생할 수 있는 문제점은 무엇인가	LNG저장탱크가 노후화 됨에 따라 외벽 콘크리트에 균열, 철근부식 등 결함이 발생할 경우, 손상 종류 및 정도에 따라 구조물의 붕괴 등 대형사고 발생 위험이 존재하게 된다. LNG저장탱크는 2014년부터 정밀안전진단이 시작 되어 안전점검이 수행되고 있으며, 부재별 상태평가기준은 2016년 1월에 개정되어 적용하고 있다.
	상태평가란 무엇인가?	LNG저장탱크는 2014년부터 정밀안전진단이 시작 되어 안전점검이 수행되고 있으며, 부재별 상태평가기준은 2016년 1월에 개정되어 적용하고 있다. 상태평가는 액화천연가스 저장탱크에 대한 외관 조사 및 재료시험 결과를 바탕으로 저장탱크에 대한 상태를 평가하는 것을 말하는 것으로 유지관리에 있어서 중요하다. 또한 각각의 LNG 저장탱크 대표상태를 나타내는 종합적 상태평가기준이 유지관리 시 중요하지만, LNG저장탱크 외조 콘크리트에 대한 관련 기준이 국내 외에 부재하여 상태평가 기준 개발 필요하다.
	(본 연구에서) LNG 저장탱크에 대한 종합적 상태평가 기준이 개발된 배경은 무엇인가?	각각의 LNG 저장탱크 대표상태를 나타내는 평가 기준이 유지관리 시 중요하지만, LNG저장탱크 외조 콘크리트에 대한 관련 기준이 국내․외에 부재하여 상태평가 기준 개발이 필요하다. 이 논문에서는 LNG 저장탱크 구조적 특성 검토, 부재별 상태평가 기준 현황 분석, 종합적 상태등급 산정 방안으로 AHP 기법 선정, 전문기관의 설문조사 등을 통해 종합적 상태평가 기준을 개발하였다.

참고문헌 (8)

British Standards Institution, Flat-bottomed, Vertical, Cylindrical Storage Tanks for Low Temperature Service, BS 7777, 1993
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ACI 201.1R, Guide for Making a Condition Survey of Concrete in Service, 1992.
ACI 349.3R, Evaluation of Existing Nuclear Safety -Related Concrete Structures, 1996.
Reg. Guide 1.199, Anchoring Components and Structural Supports in Concrete, US NRC.
Josef Koizser, "Liquid spill hazard investigated for LNG tanks", Engineering Forum, LNG Journal, October 2006, pp. 32-33, 2006
Choi, K.J., Seo, C.J., Kim, Y.G., Jo, Y.D. and Kim, J.H., "A Development of Condition Evaluation Standard Considering Structural Characteristic for Members of LNG Outer Storage Tanks", Journal of the Korean Institute of Gas, 21(5), 64-69, (2017)
Seong, J.H., Byun, Y.S., "A Study on the Weights of the Condition Evaluation of Rock Slope used in Entropy and AHP Method", Journal of the Korean Society of Safety, 31(5), 61-66, (2016)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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