• Composites Research
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• 제32권2호
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• pp.90-95
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• 2019

LNG 운반선의 슬로싱 충격하중은 LNG 화물창 내 단열시스템의 파손을 야기하는 주원인이다. 단열시스템의 파손은 LNG 화물창 내 극저온을 유지시키는 데 치명적으로 작용하게 된다. 극저온을 유지하기 위해서는 단열재료의 성능 강화가 가장 전형적인 방법이다. 일반적으로 LNG 화물창 내의 단열재료는 폴리우레탄 폼과 플라이우드, 이 두 재료를 접합시키기 위한 접착제가 사용된다. 본 연구에서는 단열시스템에 채용되는 단열재료를 강화하기 위한 일환으로 글라스 버블/에폭시 복합수지를 제작하여 충격 하중이 작용할 때 재료의 흡수에너지를 향상시켰다. 실험 시나리오는 글라스버블의 첨가량, 온도의 영향성을 분석하기 위한 상온 및 극저온 환경을 고려하여 자유낙하 실험을 수행하였다. 실험 결과는 글라스 버블 첨가량이 20 wt.%에 도달할 경우 극저온 흡수에너지가 최대의 성능이 나타나는 것을 확인하였다. 반면에 상온 흡수에너지는 첨가량 0 wt.%에서 최대 성능을 보였다. 글라스버블/에폭시 수지의 혼합성능의 경우 첨가량이 20 wt.%가 되면 교반성능 저하로 인하여 응집현상이 발생하여, 접착성능이 떨어질 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.625-633
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• 2014

본 논문에서는 액화천연가스 운송을 위해 사용되는 맴브레인형 Mark III 화물창 시스템의 주요 구조물인, 방열 판 구조물의 파손 강도 평가를 수행한 내용을 다루고 있다. Mark III 방열 판 구조물을 복합적층 구조물로 고려하였으며 상용화된 범용 유한요소 프로그램인 MSC사의 PATRAN과 MARC를 사용하여 Mark III 방열 판 구조물의 유한요소 모델을 개발하였다. 특히, 액화천연가스 화물의 특성으로 인해 Mark III 방열 판 구조물이 접하는 상온에서 극저온에 이르는 광범위한 온도 분포에 따른 재료 물성치 변화를 유한요소 모델에 포함하였다. 이 유한요소 모델을 기반으로 파손 강도 평가 절차가 확립되었으며, 이 때 Mark III 방열 판 구조물의 파손 발생 여부를 판단하기 위해 Hashin, Hill, Hoffman, maximum stress, 그리고 Tsai-Wu와 같은 이방성 파손 기준들을 사용하였다. Mark III 방열 판 구조물의 전반적인 구조적 거동을 이해하였으며 이후 초기 파손 영역에서 강도 평가를 수행하여 파손이 발생되었을 때의 위치와 하중 등을 알 수 있었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제59권4호
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• pp.207-213
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• 2022

LNG CCS which is a special type of cargo hold operated at -163℃ for transporting liquefied LNG is composed of a primary barrier, plywood, insulation panel, secondary barrier, and mastic. Currently, glass fiber is used to reinforce polyurethane foam. In this paper, we evaluated the possibility of replacing glass fiber-reinforced polyurethane foam with basalt fiber-reinforced polyurethane foam. We conducted a thermal conductivity test to confirm thermal performance at room temperature. To evaluate the mechanical properties between basalt and glass-fiber-reinforced polyurethane foam which is fiber content of 5 wt% and 10 wt%, tensile and an impact test was performed repeatedly. All of the tests were performed at room temperature and cryogenic temperature(-163℃) in consideration of the temperature gradient in the LNG CCS. As a result of the thermal conductivity test, the insulating performance of glass fiber reinforced polyurethane foam and basalt fiber reinforced polyurethane foam presented similar results. The tensile test results represent that the strength of basalt fiber-reinforced polyurethane foam is superior to glass fiber at room temperature, and there is a clear difference. However, the strength is similar to each other at cryogenic temperatures. In the impact test, the strength of PUR-B5 is the highest, but in common, the strength decreases as the weight ratio of the two fibers increases. In conclusion, basalt fiber-reinforced polyurethane foam has sufficient potential to replace glass fiber-reinforced polyurethane foam.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.615-624
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• 2014

LNG 방열 시스템의 선형 동적해석 모델을 사용하여 슬로싱 충격 압력을 구조해석에 적용 시 사용되는 이상화된 삼각파 압력에 대해서 검토하였다. 삼각파 압력의 최대값, 지속시간, 비대칭성의 충격파에 대한 구조 안전성 평가를 위해서 멤브레인 구조의 허용기준과 슬로싱 압력에 관련된 간략화된 파괴압력에 대해 검토하고, 슬로싱 충격 압력의 지속시간과 비대칭성으로 특징 지워진 이상화된 삼각파 형상의 압력을 고려한 일련의 선형 동적해석을 수행하여 설계기준으로 사용할 파괴압력을 도출하였다. 본 논문에서 제시한 방법을 통해서 방열시스템 구조 요소의 안전성을 평가하기 위한 파괴 압력을 선정할 수 있고 모형실험을 통한 슬로싱 압력과의 비교를 통하여 방열시스템의 구조안전성을 평가할 수 있을 것이라 판단된다. 또한 해석결과를 통해 방열시스템에서의 최대 응력은 매우 짧은 순간의 충격하중 하에서는 압력의 비대칭성 보다는 하중 지속시간에 많은 영향을 받고 있음을 검토하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.531-538
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• 2011

멤브레인형 LNG 탱크의 구조적 안전성을 확보하기 위해서는 슬로싱에 의한 작용 압력과 구조응답을 정확히 평가할 수 있어야 한다. 탱크 방열구조에 작용하는 슬로싱 충격하중은 매우 불규칙적이며 이로 인한 구조 응답 역시 유탄성 거동을 포함하는 매우 복잡한 물리 현상이기 때문에 최신의 이론적 실험적 접근 방법을 동원하더라도 정확한 평가가 어렵다. 본 연구에서는 실험이나 수치해석으로부터 얻어진 슬로싱 압력 시계열을 이용하여 탱크 방열 구조의 구조응답을 간편하게 해석할 수 있는 방안을 제안하였다. 이 간이 해석법은 기본적인 삼각형 impulse 형태의 충격 압력에 대한 구조응답을 시간영역에서 과도응답해석법으로 계산한 후, 이렇게 구해진 구조물의 삼각형 응답함수를 조합하여 임의 형상의 압력 시계열에 대한 구조 응답을 구하는 방식이다. 여러 가지 예제 해석을 통하여 제안된 해석법의 타당성을 검토하였고, 이를 이용하여 실제 모형실험에서 얻어진 압력시계열을 바탕으로 구조응답을 계산하고 그 결과를 고찰하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권5호
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• pp.327-333
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• 2013

이 연구의 목적은 축소된 탱크 모델에서 측정되어진 슬로싱 압력을 이용하여 실제 크기의 탱크 모델에서의 압력을 예측하는 것이며, 또한 예측된 압력으로 LNG 코너 블럭의 슬로싱 하중에 의한 구조 강도를 평가하는 것이다. 이 목적을 위하여, Ansys CFX 프로그램을 이용하여 138K급 LNG 화물창 시스템의 크기 비율에 따른 슬로싱 해석을 수행 하였으며, 크기 비율에 따른 슬로싱 평균 압력 및 최대 피크 압력을 측정하였다. 또한, 측정된 압력은 프루드 법칙에 의해 실제 138K 크기의 압력으로 변환하여 실선 크기의 KC-1 코너블럭에 대한 구조강도 평가를 수행하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.157-157
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• 2010

우리나라는 기후변화협약에 대응하기 위한 교토의정서를 비준한 국가로서, 아직 온실가스의 의무감축 대상 국가는 아니다. 그러나 2012년부터 시작될 교토의정서 2차 공약기간 중에 브라질, 중국 및 인도와 같이 2차 의무감축대상이 가장 유력시 되는 국가로 지목되고 있으므로, 이러한 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 기술적, 사회적, 정책적 방안이 신속히 마련될 필요가 있다. CCS(carbon capture & storage)란 화석연료로 부터 연소시 대기 중으로 배출되는 온실가스($CO_2$)를 포집하여 재생 또는 지중, 해양에 저장하는 기술로서 국가녹색성장 핵심기술중의 하나로 분류되며, 대료적인 $CO_2$ 발생대상인 석탄화력발전소로 부터 $CO_2$ 회수방안, 회수, 처리관련 연구를 포함하여 국내외 적으로 활발한 연구가 이루어 지고 있다. 순산소 연소기술을 통한 $CO_2$ 회수, 처리기술은 연료(천연가스, 석탄, 석유)의 산화제를 공기대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 순산소연소를 하며, 이때 발생하는 배가스의 대부분은 $CO_2$와 수증기로 구성되어 있다. 발생된 배가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 연소기의 열적 특성에 적절한 연소가 가능하도록 최적화함과 동시에 배가스의 $CO_2$ 농도를 80% 이상으로 농축시켜 회수를 용이하게 하며, 특히 공해물질은 NOx 발생량을 10ppM 이하로 줄일 수 있다. 천연가스가 생산되는 LNG기지에서 LNG를 기화시키기 위하여 해수식 기화기(ORV : Open Rack Vaporizer와 수중연소식 기화기(SMV ; Submerged Combustion Vaporizer)를 사용하고 있으며, 특히 SMV는 버너를 이용하여 $-162^{\circ}C$ LNG를 $10^{\circ}C$의 LN로 기화시키는 설비로서 이때 연소시 $CO_2$를 상당량 발생시킨다. 본 논문에서는 SMV에서 순산소 연소방식을 적용하여 연료인 천연가스를 연소시키고, 이때 발생되는 $CO_2$와 수분이 주 성분인 배가스를 연소기에 재순환시켜, 연소실내 고온문제를 해결하며, 최종적으로 배가스중 $CO_2$는 $-162^{\circ}C$의 LNG 냉열을 이용하여 고순도의 액체 $CO_2$로 액화시키므로서 $CO_2$의 회수, 처리문제를 해결하는 방식을 소개하고자 한다. 이러한 방식은 천연가스에서 발생되는 $CO_2$ 회수를 LNG 냉열을 활용하므로서 폐열을 활용하는 에너지 효율적인 문제와 사용가능한 고순도 $CO_2$로 회수하므로서 환경적인 문제를 처리하는 기술이라 할 수 있다.

• Composites Research
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• 제36권4호
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• pp.246-252
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• 2023

멤브레인 형 LNG 화물창시스템(Cargo containment system, CCS) 내 유리섬유 강화 복합재료 기반 2차 방벽 설치 시 본딩 자동화 머신(automatic bonding machine, ABM) 활용한 prolonged 구조임과 동시에 양단 접착 고정 사이 비 접착(non-bonding, N-B) 영역의 복합재에서 극저온 열 수축 기인한 상당한 열 응력이 발생하기 때문에 이를 고려한 구조 안전성평가 관점에서 수행된 연구가 있으나 실제로 무한히 긴 길이 고려한 기계적 물성 평가를 수행한 연구는 찾아볼 수가 없었다. 해당 복합재는 파단강도 분산이 큰 세라믹 재료 취성 파괴임을 고려하여 2-파라미터 Weibull 통계분석을 통해 실제 길이 대상 신뢰도 있는 기계적 물성치 값을 표준화 하였으며 LNG 운반 환경을 고려한 극저온 환경까지의 특정 온도별 단축 인장실험을 수행하였다. 실험결과, -70℃에서 기계적 강도가 -20℃에 비해 약 1.5배 급증하고 초기 권축 섬유 신장의 비선형 거동이 억제되었다. 또한, 극저온 환경까지 온도가 낮아질수록 기계적 강도는 계속해서 증가하였으나 반대로 연신은 줄어드는 저온 취성의 현상이 확인되었다. 본 연구에서 제시하는 기계적 물성치 데이터는 멤브레인 형 LNG 화물창 구조 안전성 평가 시 신뢰도 높은 해석 지원 물성치 확보 측면에서 유용하게 적용되어지리라 사료된다.

• 한국가스학회지
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• 제14권1호
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• pp.21-27
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• 2010

LNG선박에서 발생한 기화가스의 처리를 위해 지금까지는 기화가스를 보조연료로 사용하거나 연소시켰지만 선박의 대형화와 디젤엔진의 사용으로 인해 기화가스를 처리할 수 있는 방법이 제한적인 상황이 되었다. 이를 극복하기 위한 방안으로 고안된 재액화공정은 장치비용과 선박의 제한적인 에너지 공급문제 때문에 지금의 형태를 갖게 되었고 3세대 공정까지 기술발전을 이룩했지만 고효율을 위해 계속해서 연구 개발 중이다. 재액화공정의 방식은 크게 Reverse Brayton Cycle System(RBCS)과 Claude Cycle System(CCS)으로 구분된다. 이 연구에서는 두 가지 System을 분석함으로써 이상적인 피드 상태를 도출하고, 장치 설정을 변경하여 재액화 효율을 높이는데 적합한 설정을 결정하기 위해 HYSYS를 사용하였다. 도출된 경과는 고효율 재액화공정의 설계를 위한 자료로 활용이 가능하다.

• 대한조선학회논문집
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• 제50권6호
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• pp.390-398
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• 2013

In this paper, an experimental study on sloshing problems in an independent B-type tank of STX Offshore and Shipbuilding Co. is described. Recently STX Offshore and Shipbuilding Co. introduced a new design of an independent B-type tank in order to reduce sloshing impact loads on LNG CCS. This tank has many internal members, so that sloshing flow and the resultant hydrodynamic loads are very different from those in typical membrane tanks. In this study, a series of sloshing experiment have been carried out for 1/50 scale model, and the main characteristics of sloshing load on the independent tank are observed. The properly scaled internal members such as swash bulkhead, center bulkhead and stringers have been installed in the test tank model, but sloshing pressures are measured on the tank walls only. The forced excitation signals have been generated by using the predicted ship motion in irregular sea states. The characteristics of sloshing loads on this tank have been observed in different filling levels with various heading angles, and sea states. In this paper, some key findings from the model tests are discussed.