[논문자료] CNG 및 CO2 겸용 수송을 위한 압력용기 개념 설계에 대한 연구

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최근 고유가에 따라 천연가스의 수요가 증가하고 있어 LNG (Liquified natural gas)선 신조수요도 더욱 증가되었다. LNG선은 기체상태의 천연가스를 -163℃로 냉각시켜 액화상태로 수송하여 재기화 설비를 선박 내에 설치하거나 육상에 설치해야 한다. 이러한 재기화설비 비용을 절약하고 NIMBY(not in my back yard) 로 인한 안전성측면에서 천연가스를 고압가스로 수송하는 CNG 수송에 대한 관심도 높아지고 있다. LNG선에 비해 화물수송량은 절반 수준이나 재기화설비비용 절약, 중소 유전의 활용에 효율적이어서 개념설계의 연구가 진행되고 있다. 또한 온실가스인 CO2의 배출량을 감축하기 위해 국제적으로 대책이 강화되고 있다. 기후변화협약 및 교토의정서에 따라 강제적인 온실가스 감축을 진행하고 있어 교토의정서 1차 의무 감축기간이 종료되는 2012년 이후를 위한 대책이 요구된다. 이와 관련하여 CO2 처리과정에서 해상수송 및 심해저 저장을 위한 CO2 운반선(Chirkowski,et al, 2006)에 대한 연구도 선진국을 중심으로 진행되고 있다. 최근 저온의 상온 또는 낮은 고압형태로 CO2를 액화하여 수송하는 방식에 대한 연구가 활발하다(Chang, 2009).

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201308438434468

 

본 연구를 통해서 CNG와 CO2액화화물을 겸용으로 수송하는 컨테이너 탑재형 압력탱크에 대한 ASME 설계기준에 개념설계 및 전산구조해석을 통해 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

 

(1) 동일한 Head 형상일 때, 실린더의 횡단면 형상에 따른 압력탱크 중량당 화물적재 중량의 비율은 유사하나 탱크중량과 화물중량을 더한 총중량측면에서는 단일 원형단면일 때가 4개 원형 조합일 때 보다 적기 때문에 선박탑재 수송측면에서 유리하다.

 

(2) 동일한 실린더 횡단면 형상일 때, Head 형상이 타원형인 경우가 접시형 구형에 비해 적재효율은 2~3% 정도 우세하며, 특히 선박탑재 수송효율성 측면에서는 타원형의 총중량이 10~13% 정도 적기 때문에 접시형 구형에 비해 유리하다.

 

(3) 컨테이너 적재하는 실린더형 압력탱크의 형상은 단일 원형의 횡단면과 타원형 경판의 형태로 구성하는 것이 수송효율측면에서 유리하다

 

(4) 압력탱크의 Head 요소와 Shell 요소의 치수는 초기 설계 기준에 의해 설정하고 직접구조해석을 통해 응력 및 변형량을 검토하여 치수 보정과정을 허용범위 내로 치수 및 형상을 결정해야 한다. 내압 58bar~200bar 범위 내에서 소재 선정은 압력탱크 단위중량당 화물적재 중량인 수송효율성과 총중량을 동시에 검토 되어야 한다. 허용응력을 만족하기 위해 두께의 증가가 발생하는데 그 정도가 연강에 비해 고장력강, 알루미늄합금이 적기 때문에 컨테이너 탑재용 압력탱크의 소재는 고장력강이나 알루미늄합금이 적절하다.

 

(5) 그러나 고장력강이나 알루미늄합금의 단위중량당 가격이 연강에 비해 매우 높기 때문에 컨테이너 탑재형 압력용기의 최적설계는 구조적 안전성 뿐만 아니라 비용측면을 고려하여 수행되어야 한다.

 

향후에는 본 연구를 바탕으로 비용측면의 실용 가능성을 평가하기 위하여 동일한 CNG나 CO2의 수송시 선박일체형 압력탱크와의 수송효율성 비교 검토가 필요하다.

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열교환기용 압력용기

산업용으로 많이 이용되는 대형 압력용기는 유체를 일정한 압력 이상으로 저장하는 저장조의 목적으로 많이 이용됩니다. 대형 및 산업용 압력용기는 가스 및 액체 저장, 증기발생기, 미생물 반응기, 열교환기 등의 목적으로 다양하며 유체의 성질, 상태, 용도에 따라 다양한 사양, 형태, 구조로 설계와 제작됩니다.

 

두 개의 유체 간에 열을 주고받도록 하게 하는 장치를 말하며, 넓은 의미로 가열기, 냉각기, 응축기 등도 포함되며 열의 회수 및 저장 을 목적으로 하는 것을 열교환기라 하며, 발전소나, 공장 등에서 다양하게 사용 되는 제품입니다. 산업용으로 제작 & 사용 되지만 다른 시리즈와는 다르게 100ℓ 의 다소 작은 부피로 제작 됩니다.

열교환기용 대형압력용기는 화학공업이나 반응 등 온도와 관련된 공정에 폭넓게 사용이 가능하며 냉각기나 가열기, 응축기, 증발기 등 다양한 용도로도 사용할 수 있습니다.

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