FE Analysis on the Design Safety of Inner Tank Bottom Plate in Terms of Cryogenic Temperature Loadings

초저온 하중을 고려한 내부탱크 바닥판의 설계 안정성에 관한 유한요소해석

This paper presents von Mises stress, deformation, and rotating distortion moment characteristics of inner tank bottom plate as a function of a cryogenic temperature difference along the radial distance from the center area to the corner one. The calculated results show that the filling level of LNG at the beginning of the cool-down process is very important for the design safety analysis of the inner tank. Obviously the thermal loading by a temperature difference between the LNG vapor gas of $-80^{\circ}C$ and a LNG temperature of $-162^{\circ}C$ affects to the thermal related characteristics of the bottom plates and annular one. From the computed results, the temperature difference by a vapor gas and liquid of LNG may lead to the thermal instability of the bottom plate. This phenomenon may cause the system failure of an inner tank.

본 논문은 내부탱크 바닥판의 중심부에서 바닥판의 가장자리인 코너부로 연결되는 반경 방향의 거리를 따라서 바닥판에 걸리는 von Mises 응력, 변위량, 회전 뒤틀림 모멘트를 나타내고 있다. 계산결과에 의하면 내부탱크를 냉각하는 초기과정에서 LNG의 충진율, 즉 LNG와 직접 접촉하는 반경방향 거리는 내부탱크의 바닥판에 대하여 중요한 영향을 미치게 된다. 내부탱크에 공급된 $-162^{\circ}C$의 액상 LNG와 내부에서 증발된 $-80^{\circ}C$의 LNG 가스가 내부탱크의 바닥판과 환상판, 측벽면 등에 접촉하면서 온도차 하중에 의한 열적거동 특성을 위치에 따라 서로 다르게 보여주고 있다. 유한요소해석 결과로부터, LNG의 증발가스와 초저온 액체($-162^{\circ}C$)에 의한 온도차는 바닥판의 열적 불안정성을 일으키는 원인으로 작용하며, 이러한 열적 뒤틀림 현상은 내부탱크 시스템의 안전성을 위협할 수도 있다.