Behavior of Liquid Nitrogen in the Cryogenic Storage Tank

초저온액화가스 저장탱크 내에서의 액화질소의 거동

A cryogenic liquid stored in the closed cryogenic tank has been studied at various liquid levels. The change of pressure, temperature, and liquid-vapor ratio in the tank depended on the liquid levels. The various phenomena were shown at different liquid levels as follows: (1) liquid level was increased with condensation of vapor: (2) liquid was vaporized in spite of liquid level going up for a certain initial period and then condensation of vapor occurred at higher pressure; (3) liquid was vaporized without liquid level change; (4) liquid was vaporized with liquid level decreasing. If the tank is full with cryogenic liquid, it is extremely dangerous because of soaring the pressure. Therefore the tank must be filled with $90\%$ liquid according to the safety rules. If the tank was filled with $0\%$ ullage, the pressure increment as high as 80bar during first 5 days. With $90\%$ liquid level, however, the pressure was increased as low as 1.5bar in the same period. No matter what the liquid level is, it is very dangerous if the tank is locked-up with filled cryogenic liquid for a long time.

밀폐된 초저온액화가스 저장탱크에 액화질소의 충전량을 바꾸어 가면서 시간이 경과함에 따른 탱크 내부의 여러 가지 변화에 대해 조사하였다. 탱크 내부의 압력, 온도, 액체와 기체의 비율 등의 변화는 충전된 액체의 양에 의존한다. 탱크에 충전된 액체의 양에 따라 (1)액면이 높아지면서 액화를 동반하기도 하고, (2)액면이 높아짐에도 불구하고 초기에는 액체의 기화가 일어나다가 압력이 높아지면 다시 액화가 일어나기도 하며, (3)액면은 일정하게 유지되지만 액체의 기화가 일어나기도 하며, (4)액면이 낮아짐과 동시에 액체의 기화가 일어나는 등 다양한 변화를 나타내었다. 탱크에 액체를 가득 채우면 압력이 급상승하여 매우 위험하므로 안전수칙에 따라 $90\%$ 이하 충전해야한다. 탱크가 완전히 밀폐되어 있을 경우, 탱크를 액체로 가득 채우면 불과 5일만에 80bar의 압력상승을 가져오지만, $90\%$ 충전하면 5일 동안에 겨우 1.5bar의 압력상승이 일어난다. 그러나 어느 경우이건 액체를 충전한 채 탱크를 완전히 밀폐시킨 뒤 장기간 방치하는 것은 대단히 위험하다.