슈퍼단열적용 LNG저장용 입형 및 횡형 초저온 탱크의 최적설계에 관한 연구

Abstract

본 연구는 IMO의 신조 선박에 대한 NOx 80% 이상 감축 규제를 맞추기 위하여 청정에너지인 LNG연료 선박 및 벙커링 선박의 보급이 유럽 선진국들을 시작으로 전세계로 확장되는 추세에 있는 바, LNG를 장기간 액체로 저장할 수 있는 탱크 설계 기술을 개발하고자 하였다. LNG 저장탱크는 LNG 벙커링의 필수 설비로 현재의 액체질소 등을 저장하는 극저온 액체 저장탱크와 동일한 구조이며, IMO의 "C"형 가압탱크인 내외 용기로 구성된 2중 탱크에 진공펄라이트 단열재가 충전되는 형식이다. 그러나 이 단열방식은 진공작업이 어렵고 일 LNG 기화량이 2.0% 내외가 되어 보다 고효율의 탱크가 요구되어 진다. 본 연구에서는 내외탱크 사이에 고진공을 적용하고 복사열 차단재를 적용한 슈퍼단열 방식을 적용한 고효율 LNG 입형과 횡형탱크의 설계기술을 개발하는 연구를 수행하였다 슈퍼단열을 적용한 .LNG 저장탱크는 2중 실린더 구조이며 내외 용기 사이에는 Super Insulation(SI)이 적용되는 구조로 되어 있다. SI단열은 Multi-layer vacuum insulation(MLVI)라고도 불리며, 0.006mm의 Mylar와 간극재가 수십겹 이상 적용되고 10-4 Torr 이하의 고진공이 유지되는 단열방식이다. 국내에서는 Mylar가 생산되지 않을 뿐만 아니라 Mylar와 Mylar 사이의 절연재 기술을 보유하고 있지 못한 상황으로, 본 연구에서는 슈퍼탱크 단열재인 Mylar의 국산화와 적절한 절연재를 개발, 적용하고자 하였다. 새로이 개발되는 LNG 저장 탱크의 최적화 설계를 위하여 먼저 열해석을 수행하였고, 이를 설계와 제작에 반영하였다. 해석결과를 보면, 본 개발 탱크는 진공도가 10-5 Torr 이하일 때 일 기화량이 0.03 % 이하로 매우 적게 유지될 수 있고, 10-4 Torr 이하가 되면 일 기화량이 0.11 %로 해석되어 매우 효율이 높은 LNG 탱크 단열방식이 되었다. 제작한 탱크의 성능 시험 결과를 보면, 본 개발 탱크는 진공도가 10-4 Torr 이하에서 일 기화량이 0.16 %에 불과한 매우 효율이 높은 탱크가 되었으며, 기존 단열시스템에 비하여 일 기화량이 85%이상 절감된 탱크 설계 기술을 개발하였다. 이의 장점으로는 진공 공간의 감소로 고진공 형성 시간을 감소시키고, 진공이 깨어진 경우에도 단열을 유지할 수 있는 장점을 지닌다.