지상 전면 차폐 LNG 저장 탱크의 설계 및 해석

활용사례

Home

LUSAS 활용사례

지상 전면 차폐 LNG 저장 탱크의 설계 및 해석

위험 평가

위험 평가 및 해석

세계 최대의 지상 LNG 탱크 개발
정적, 동적, 열, 비선형 해석
엄격한 설계 요구 사항 충족

KOGAS Gas Technology Corporation (KOGAS-Tech)는 LUSAS Civil & Structural 소프트웨어를 사용하여 지상 전면 완전 LNG 탱크의 개발 및 지속적인 개선을 돕고 있습니다. LUSAS Civil & Structural의 도움으로 초기에는 140,000m³ 규모의 LNG 저장 탱크가 개발되었으나, 현재는 LUSAS 소프트웨어를 이용하여 200,000m³ 규모의 지상 전면 완전 LNG 탱크가 해석되고 최적화되었습니다. 완료 시, 이는 세계에서 가장 큰 지상 전면 완전 LNG 저장 탱크가 되었습니다.

탱크 개발

수년 동안 KOGAS-Tech는 두 가지 유형의 지상 포스트 텐셔닝 콘크리트 저장탱크를 개발해왔습니다. 하나는 독자적인 내부 멤브레인 시스템을 사용하는 것이고, 다른 하나는 강 니켈 내부 탱크 라이닝으로 구성됩니다. 두 모델 모두 140,000m³ 용량을 가지며, 한국의 평택 및 통영 시설에 설치되었습니다. LUSAS 소프트웨어를 사용하여 KOGAS-Tech는 이제 평택 시설을 위해 200,000m³ 지상 탱크를 개발하였습니다. 이 탱크는 작은 지름의 말뚝으로 지급된 86.4m 내부 직경의 포스트 텐셔닝 콘크리트 벽으로 절연된 84m 직경의 37.6m 높이 니켈 강 내부 탱크와 유사합니다. 이 스틸 탱크는 작은 직경의 말뚝으로 지지되는 콘크리트 기초 슬래브 위에 놓입니다. 탱크의 높이는 슬래브 상단까지 총 52.8m입니다.

해석 수행

KOGAS-Tech는 자신의 탱크 범위를 해석하고 개발하는 데 있어 LUSAS를 사용하여 여러 유한 요소 해석을 수행합니다:

정적 해석
바람 하중
모드 및 지진 해석
온도 모델링
누출 모델링
프레스트레스 / 포스트 텐셔닝
소실 모델링
안전밸브 열 플럭스 모델링
토양-구조 상호작용

정적 해석

정적 해석을 위해 2D 축대칭 고체 요소 및 3D 쉘 요소 모델이 구축되며, 구조의 다양한 부분에 대해 여러 정적 선형 하중 조건이 정의됩니다. 지붕, 벽, 기초 슬래브 등이 각각 독립적으로 하중을 받습니다. 하중 조합을 통해 여러 하중 조건의 효과를 평가합니다.

모드 해석

3D 쉘 요소 모델링과 LNG 탱크 외부 쉘 및 안전밸브 플랫폼의 고유값 해석은 두 구조의 uncoupled 및 coupled 응답을 확인하는 과정을 포함합니다. 덩어리 질량 모델링은 LNG의 유체/구조 상호작용과 말뚝의 토양/구조 상호작용에 사용됩니다.

바람 하중 모델링

3D 쉘 요소 모델링을 사용하여 LNG 탱크 외부 쉘에 대한 바람 하중 해석을 실시합니다. 이 분석을 위해 반대칭으로 인해 반모델을 자주 사용할 수 있습니다. 바람 하중은 외부 벽의 주위를 따라 분포하며, 이 형태로 구조의 앞면에는 정상 압력이 걸리고 뒷면에는 흡력이 발생합니다.

지진 해석

상호작용 모드 동적 기법이 동적 지진 응답 계산에 사용됩니다. 운영 기준 지진(OBE) 및 안전 정지 지진 해석 평가도 코드 요구 사항을 충족하기 위해 수행됩니다. 구조 해석에서 생성된 데이터는 벽의 기초 전단력 및 굽힘 모멘트를 얻기 위해 통합됩니다.

열 모델링

열 모델링을 위한 2D 축대칭 고체 필드 및 연속 요소가 사용되며, LNG 탱크 외부 벽과 절연체에 대한 반결합 정상 상태 열 해석이 수행됩니다. 이 경우, 모든 요소에 초기 무응력 온도가 적용되고, 공기 및 바닥 온도에 대한 환경 조건의 조합이 고려됩니다. 정상 상태 열 하중으로 인한 상단 및 하단 코너의 후프 응력 결과 플롯이 생성됩니다.

상단 코너 모델링

하단 코너 모델링

정상 상태 열 하중으로 인해 상단 및 하단 코너의 후프 응력 결과 플롯이 생성됩니다.

누출 모델링

누출 모델링 해석은 내부 강탱크에서 LNG 유출이 외부 콘크리트 탱크의 폴리우레탄 폼(PUF) 절연체에 미치는 영향을 다룹니다. 탱크 절연체가 각각의 LNG 높이에 따라 완전히 파괴된 것으로 가정되어 모델링됩니다. 2D 축대칭 고체 필드 및 연속 요소가 탱크 외부 벽과 절연체를 모델링하는 데 사용되며, 누출에 대한 효과를 평가하기 위한 반결합 정상 상태 열 해석이 수행됩니다.

프레스트레스 텐셔닝 모델링

벽면에 큰 일시적 개구부가 존재하기 때문에, 프레스트레스에 의한 응력 집중의 영향을 제한하는 것이 필요합니다. 각 케이블 세트에 대한 하중은 수평 및 수직으로 정의되고 별도의 하중 조건에 할당됩니다. 이러한 하중은 필요한 프레스트레스 순서 및/또는 하중 패턴을 달성하기 위해 서로 다른 방법으로 조합될 수 있습니다. 모델의 단면 분할을 통해 선택된 하중 조합에서 벽 주변의 축 방향 힘 및 굽힘 모멘트를 획득합니다.

소실 모델링

소실 시나리오 모델링은 2D 축대칭 고체 필드 요소 및 LNG 탱크 외부 벽의 과도 열 해석을 포함합니다. 탱크 지붕과 절연층(모든 PUF 계층 제외)은 파괴된 것으로 가정되어 해석에 포함되지 않습니다. 지정된 시간 동안 정상 상태 조건이 초기 적용됩니다. 소실 상황을 모델링하기 위해, 지정된 최대 온도로 시작하여 1.5m 거리에서 -170°C까지 감소하는 온도 하중이 정속으로 탱크 내부를 내려갑니다.

안전밸브 열 플럭스 모델링

안전밸브 열 플럭스 모델링을 통해 탱크 바닥은 일반적으로 열 플럭스 하중과 관련이 없다고 간주되기 때문에 분석에서 제외됩니다. LNG 탱크의 세그먼트에 대한 반결합 과도 열 해석에 3D 고체 필드 및 연속 요소가 사용됩니다.

모든 요소에 초기 무응력 온도를 적용하며, 내부 온도 -170°C 및 특정 평균 연간 외부 온도를 위한 정상 상태 조건이 설정됩니다. 지정된 시간 단계에서 지붕 상단의 특정 영역에 열 플럭스가 적용됩니다.