A Computer Programme Development for Thermal-Hydraulic Analysis and Optimal Design on LNG Pipeline System

LMG 배관시스템의 열유동 해석 및 최적설계 프로그램 개발

LNG (Liquified Natural Gas) carried by LNG ship is unloaded into the LNG storage tanks at the very low temperature (a little lower than the boiling point of LNG). Because LNG is unloaded through the pipeline, two phase flow appears in the pipeline. In this study, we have studied the pressure-drop mechanisms of the two-phase flow in the pipeline, and the calculation method of BOG (Boil-off Gas) amount based on the heat transfer mechanism through the insulation and the surface of the pipeline. We have developed a computer program for thermal-hydraulic analysis on the LNG pipeline system. We have also developed the optimal design program to find the optimal thickness of insulation and the pipeline size. The program searches the optimal design with the minimum capital cost of pipelines and insulation on the operating conditions of maximum allowance pressure-drop and BOG amount, etc.

생산지로부터 LNG 선박으로 수송되어 각 생산기지의 저장탱크로 저장되는 액화천연가스 (LNG; Liquified Natural Gas)는 극저은인 Boiling Point보다 약간 낮은 온도 ($-162^{\circ}C$)로 전송된다. LNG 전송은 배관을 통하여 이루어지며, 이로 인하여 배관 내에는 2상 유동 (2-Phase Flow)이 자주 형성된다. 본 연구에서는 일차적으로 이러한 배관내의 2상 유동대한 압력강하량 계산법을 연구하였고, 단열재와 배관 표면을 통한 외부 열유입량과 그에 따른 BOG (Boil-off Gas) 발생량 계산 방법을 연구하여, 이들을 기반으로 LNG 배관시스템의 열유동 해석 프로그램을 개발하였다. 또한 본 연구 및 프로그램 개발을 토대로 최적의 단열재 두께와 배관 Size를 구할 수 있는 최적 설계 프로그램을 구축하였다. 이는 배관설계 시 주어진 최대 허용 압력 강하량과 BOG 발생량 등의 허용 운전 조건과, 단위 길이 당 배관가격과 단위 부피당 단열재가격을 기준으로 허용 범위 내의 최소 설비 비용을 찾는 최적 설계 방법이다.