FE Analysis on the Strength Safety of a Full Containment LNG Storage Tank with Tension Steel Cables

인장강선을 사용한 완전방호식 LNG 저장탱크의 강도안전성에 관한 유한요소해석

This paper presents the stress and deformation behaviors of 9% nickel steel inner tank in a full containment LNG storage tank using a FE analysis. For an increased strength safety of an inner tank, the tension cable was fastened around the outside wall of an inner tank, which is known as a weak zone for the hydrostatic pressures, cryogenic temperature loads, and other loadings. Based on the FEM computed results between a conventional inner tank and a inner tank with tension cables around the lower part of the side wall of an inner tank, the redesigned inner tank is more safe than that of the conventional tank without a tension cable. The FEM results recommend $3{\sim}4$ steel tension cables with a diameter of 50mm for an increased strength safety of the inner tank, which may decrease the stress concentration and deformation near the lower part of the side wall. Thus the tension cable around the inner tank may be used as an alternative safety device compared to the stiffener and the top girder structures for the increased LNG storage tank, especially.

본 논문은 완전방호식 LNG 저장탱크의 9% 니켈강재 내부탱크에 대해 응력 및 변형거동 특성을 FEM으로 해석하였다. 내부탱크의 강도안전성을 확보하기 위해 기존 LNG 저장탱크에 유체정압, 초저온하중 등을 가할 경우, 취약부로 알려진 지역에 인장강선을 설치하였다. 기존의 9% 니켈강재 내부탱크와 내부탱크의 하단부에 인장강선을 설치한 탱크에 대한 FEM 해석결과에 의하면, 새롭게 설계한 내부탱크는 인장강선을 설치하지 않은 기존의 내부탱크에 비해 더 안전한 것으로 나타났다. FEM 해석결과에 따르면, 내부탱크의 강도안전성 향상을 위해 내부탱크의 하단부에 직경 50 mm를 갖는 $3{\sim}4$개의 인장강선을 설치할 것을 권장하였는데, 이것은 결국 내부탱크의 응력 및 변위량을 낮출 수 있다. 따라서, 내부탱크에 인장강선을 설치하는 것은 LNG 저장탱크의 강도안전성 확보를 위해 기존 내부탱크에서 도입한 스티프너와 톱거더를 대체한 또 다른 안전장치로 활용될 수 있다.