Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.41
no.4
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pp.337-344
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2017
The demand of liquified natural gas is increasing due to environmental issues. This reason has resulted in increasing the capacity of liquified natural gas cargo tank. The Mark-III type primary barrier directly contacts liquified natural gas. Also, the primary barrier is under various loading conditions such as weight of liquified natural gas and sloshing loads. During a ship operation, various loads can cause fatigue failure. Therefore, the fatigue life prediction should be evaluated to prevent leakage of liquified natural gas. In the present study, the fatigue analysis of insulation system including primary barrier is performed using a finite element model. The fatigue life of primary barrier is carried out using a numerical study. The value of principle stress and the location of maximum principle stress range are calculated, and the fatigue life is evaluated. In addition, the effects on the insulation panel status and the arrangement of knot or corrugation are analyzed by comparing the fatigue life of various models. The insulation system which has best structural performance of primary barrier was selected to ensure structural integrity in fatigue assessment. These results can be used as a design guideline and a fundamental study for the fatigue assessment of primary barrier.
The leakage of cryogenic LNG through cracks in the insulation membrane of an LNG carrier causes the hull structure to experience a cold spot as a result of the heat transfer from the LNG. The hull structure will become brittle at this cold spot and the evaporated natural gas may potentially lead to a hazard because of its flammability. This paper presents a computational model for the LNG flow and heat diffusion in an LNG insulation panel subject to leakage. The temperature distribution in the insulation panel and the speed of gas diffusion through it are simulated to assess the safety level of an LNG carrier subject that experiences a leak. The behavior of the leaked LNG is modeled using a multiphase flow that considers the mixture of liquid and gas. The simulation model considers the phase change of the LNG, gas-liquid multiphase interactions in the porous media, and accompanying rates of heat transfer. It is assumed that the NO96-GW membrane storage is composed of glass wool and plywood for the numerical simulation. In the numerical simulation, the seepage, heat diffusion, and evaporation of the LNG are investigated. It is found that the diffusion speed of the leakage is very high to accelerate the evaporation of the LNG.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.6
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pp.625-633
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2014
Mark III CCS plate is considered in this paper to perform its strength assessment. Mark III CCS plate is designed and constructed by stacking various non-metallic engineering materials such as plywood, triplex and reinforced PU foam that are supported by series of mastic upon inner steel hull structure. From the viewpoint of structural analysis, this plated structure is treated as a laminated anisotropic structure. Commercially available general purpose finite element analysis programs such as MSC PATRAN and MARC are used to develop the finite element (FE) model of the Mark III CCS plate. Because of the characteristics of LNG cargo that the Mark III CCS plate deals with, it is subjected to a wide range of temperature variations, i.e. about $-163^{\circ}C$ to $20^{\circ}C$. Different material properties of the Mark III CCS plate at these temperature levels are considered in the FE model. Using the developed FE model, strength assessment procedure is developed incorporating various anisotropic failure criteria such as Hashin, Hill, Hoffman, Maximum stress and Tsai-Wu. The strength assessment is performed within the initial failure state of the Mark III CCS plate and, as a result, failure details such as failure locations and loads are identified.
Kim, Jong-Hwan;Ryu, Dong-Man;Park, Seong-Bo;Noh, Byeong-Jae;Lee, Jae-Myung
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.4
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pp.307-313
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2016
When liquefied natural gas (LNG) is stored in a tank, it is necessary to maintain low temperature. It is very important that insulation techniques are applied to the LNG cargo because of this extreme environment. Hence, laminated wood, especially plywood, is widely used as the structural member and insulation material in LNG cargo containment systems (CCS). However, fracture of plywood has been reported recently, owing to sloshing effect. Therefore, it is necessary to increase the strength of the structural member for solving the problem. In this study, compressed wood, which is used as a support in LNG independent type B tanks, was considered as a substitute for plywood. Compression and bending tests were performed on compressed wood under ambient and cryogenic temperatures to estimate the mechanical behaviors and fracture characteristics. In addition, the direction normal to the laminates surface was considered as an experimental variable. Finally, the feasibility of using compressed wood for an LNG CCS was evaluated from the test results.
Hwang, Se Yun;Kim, Yooil;Kang, Joong Kyoo;Lee, Jang Hyun
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.2
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pp.162-169
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2016
A new concept of membrane type LNG CCS was proposed. Also, its static behavior was numerically analyzed considering the interaction between primary and secondary barrier together with securing device. Hull deflection was taken into account as an external load, together with temperature distribution across the barriers. The suggested numerical model considers both sliding and contact between the two mating surfaces of both the primary and secondary barrier, and anisotropic material behavior of plywood, R-PUF was also taken into account. Furthermore, detailed local strength was evaluated for the securing device, which is arranged between two barriers to hold the primary barrier. It was confirmed through the numerical analysis that the new concept of membrane type CCS was structurally safe under static loading condition and securing concept was structurally reliable.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.2
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pp.120-128
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2013
This paper presents the results of sloshing experiments having different fluids in model tanks with various density ratios. The experimental model consisting water and air at ambient, which has been commonly used, is not consistent in density ratio with that of an actual LNG cargo tank. Therefore, an advanced experimental scheme is developed to consider the same density ratio of LNG and NG by using a mixed gas of sulfur hexafluoride ($SF_6$) and nitrogen ($N_2$). For experimental observation, a two-dimensional model tank of 1/40 scale and a three-dimensional model tank of 1/50 scale have been manufactured and tested at various conditions. Two different fillings with various excitation frequencies under regular motions have been considered for the two-dimensional model tank, and three different filling levels under irregular motions have been imposed for the three-dimensional model tank. The density ratio between gas and liquid varies from the ratio of the ambient air and water to that of the actual LNG cargo container, and the different composition of gas is used for this variation. Based on the present experimental results, it is found that the decrease of sloshing pressure is predicted when the density ratio increases.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.4
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pp.429-438
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2011
In this paper, experiment of thermal conductivity among thermal properties for CCS insulation material was carried out under the condition ranged from room temperature to cryogenic temperature. CCS insulation system should be sustained under cryogenic temperature($-163^{\circ}C$), and lots of investigations will be conducted how to block the heat to insulation material. CCS components which consist of various materials are especially the main interests, and how the temperature of the entire CCS along the location is should be investigated through these studies. With the experimental thermal properties, the steady state thermal analysis of the entire cargo system was conducted. When the LNG leaked through the insulation system with external impact, temperature distribution and thermal safety of secondary barrier, especially plywood and hull structure, was observed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.1
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pp.53-60
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2016
This study discusses the thermal insulation capacity of variant of NO96 LNG (liquefied natural gas) cargo containment insulation system. Changing the insulation materials and the insulation layers of conventional GTT NO96 containment system, The thermal resistance and BOR(boil off rate) caused by the heat transfer between cryogenic and environmental temperature is discussed. Therefore, thermal analysis of LNG CCS(cargo containment system) is carried out to determine the insulation capabilities. Also, BOR is evaluated in terms of the total amount of heat invaded into CCS(cargo containment system). Variant of NO96 CCS such as NO96, NO96GW and NO96L3 membrane type during laden voyage is selected for the comparative study. Finite element model for heat transfer analysis is conducted by employing the equivalent thermal resistance model to simplify the complex insulation layers. Finally the results for each variant model are relatively compared and discussed to minimize the BOR.
Kim, Sang-Yeob;Ahn, Yangjun;Kim, Yonghwan;Heo, Joo-Ho;Jeong, Taeseok;Lee, Chul-Ho;Kim, Do-Hyun
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.6
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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.
Park, Gi-Beom;Kim, Tae-Wook;Kim, Seul-Kee;Lee, Jae-Myung
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.41
no.4
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pp.345-352
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2017
In this study, the effect of cryogenic liquefied natural gas leakage and loading on liquefied natural gas cargo hold is investigated to observe the performance of the polymer foam material that comprises the cryogenic insulation of the cargo hold. The primary barriers of liquefied natural gas carrier that are in contact with the liquefied natural gas will leak if damage is accumulated, owing to fluid impact loads or liquefied natural gas loading / unloading over a long period. The leakage of the cryogenic fluid affects the interior of the polymer foam, which is a porous closed cell structure, and causes a change in behavior with respect to the working load. In this study, mechanical properties of polyisocyanurate foam specimen, which is a polymer material used as insulation, are evaluated. The performance of the specimens, owing to the cold brittleness and the impregnation effects of the cryogenic fluids, are quantitatively compared and analyzed.
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