• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권2호
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• pp.200-208
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• 2021

액체 상태의 수소는 기체 상태의 수소에 비해 수송이 용이하고 에너지 밀도가 높으며 폭발 위험성이 낮다. 하지만 수소 액화 공정은 냉각 사이클에 많은 양의 에너지가 소모된다. 반면에 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 재기화 과정에서 다량의 냉열이 버려진다. 따라서 LNG 냉열을 회수하여 수소 냉각에 활용한다면 공정 효율을 높일 수 있다. 또한, 천연가스 개질을 통한 수소 생산은 가장 경제성 있는 방법으로 평가받고 있으며, 이러한 측면에서 LNG를 수소 생산의 원료로 사용할 수 있다. 본 연구에서는 LNG를 원료 및 냉열원으로 사용하여 수소를 생산 및 액화시키는 공정을 개발하고 열역학적 관점에서 공정을 평가하였다. 공정 개발을 위해 기존의 탄화 수소 혼합 냉매와 헬륨-네온 냉매를 이용한 수소 액화 공정을 비교 공정으로 선정하였다. 이후 LNG를 원료 및 수소 예냉의 냉열원으로 사용하는 새로운 공정을 설계하여 에너지 소모량 및 엑서지 효율 측면에서 기존 공정과 비교, 분석하였다. 제안된 공정은 기존 공정 대비 약 17.9%의 에너지 절감 및 11.2%의 엑서지 효율이 향상된 결과를 나타내었다.

• 한국해양공학회지
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• 제31권2호
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• pp.91-102
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• 2017

Recently, a new type of LNG membrane Tank called the "KC-1 membrane LNG Tank" was developed by KOGAS (Korean Gas Corporation). It is necessary to estimate the temperature distribution of the hull structure and insulation system for this new LNG tank, as well as the BOR (Boil-Off Rate) when exposed to outside temperature conditions to ensure the integrity of the tank structure and limit LNG evaporation, from a safety evaluation point of view. In this study, temperature distribution calculations for the hull structure and insulation system of the KC1 membrane tank were compared by employing four numerical approaches under the IGC condition. Approaches 1-3 studied 2D simulations and approach 4 used a 3D numerical simulation. Approach 1 was calculated by in-house Excel VBA codes and the three other approaches utilized ANSYS Fluent. The BOR of approach 4, the 3D simulation case, for the IGC condition was 0.0986%/day.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권3호
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• pp.371-376
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• 2022

액화 천연 가스는 도시가스로 공급되기 위해 기화의 과정을 거치는데 이 때 약 800 kJ/kg의 냉열이 발생한다. 현재 이 에너지는 모두 바다로 버려지고 있어 에너지 재순환 관점에서 보면 아주 심각한 에너지 낭비를 초래하고 있다. 본 연구에서는 이 점에 착안하여 버려지는 액화 천연 가스의 냉열을 활용할 수 있는 해수담수공정을 제안하고 이 공정을 최적화하여 고유 전력 소비와 경제성에 대해 분석하였다. 그 결과 제안된 공정의 에너지 소모량은 -5.2 kWh/m³, 담수생산 단가는 0.148 USD/m³으로 계산되어 현재까지 개발된 어떤 공정보다도 우수함을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권9호
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• pp.780-785
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• 2016

선박의 연료로 이용되는 중유는 지구 온난화를 일으키는 유해가스를 배출한다. 이를 저감하기 위해 친환경선박으로 표현되고 있는 녹색선박이 등장하게 되었고, 천연가스를 연료로 하는 액화천연가스(LNG) 연료 선박이 대표적인 사례이다. 본 논문에서는 LNG 선박에 사용되는 극저온 환경에서 고압 하중을 받는 기화기와 출입구 배관의 구조 건전성을 ASME 코드에 따라 평가하고 실용화한 최초의 사례이다. 기화기와 배관은 유한요소법을 사용하여 구조해석을 수행하였다. 기화기는 등가응력을 바탕으로 ASME Section VIII Division 2에 제시된 허용응력과 비교하여 건전성 평가를 수행하였고, 배관은 성분별 응력을 조합하여 ASME B31.3에 제시된 허용응력과 비교 및 건전성 평가를 수행하였다. 각 하중에 대한 구조물들의 응력 결과는 허용응력 범위 이내에 있으므로 구조적 건전성을 유지하는 것으로 평가되었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제34권1호
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• pp.46-52
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• 2010

본 논문에서는 천연가스 액화 플랜트 산업에서의 경쟁력 확보를 위한 핵심기술인 2단 압축 인터쿨러 방식을 적용한 액화공정에 대해 시뮬레이션을 수행하였다. 이 공정들은 기본 케스케이드 공정을 기초로 하였으며, 모든 공정에 2단 압축 방식을 적용하였다. 먼저 프로판, 에틸렌, 메탄 사이클에 각각 인터쿨러를 적용하였으며 성능 특성을 비교하였다. 모든 사이클에 인터쿨러를 적용한 공정의 COP가 13.7 ~ 20.5%로 가장 크게 증가하였고, LNG 단위 생산량 당 소요 에너지는 기본 케스케이드 공정에 비해 23.8% ~ 35%로 가장 크게 감소하였다.

• 한국가스학회지
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• 제8권3호
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• pp.57-62
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• 2004

본 연구는 천연가스 생산기지를 구성하는 설비 가운데 핵심설비라 할 수 있는 LNG 저장탱크의 설계 기술을, 세계에서 다섯 번째로 국내 기술로 설계를 완료하여 건설 중에 있는, OO 생산기지 LNG 저장탱크(용량 ; 14만kl, 형식 : 지상식, $9\%$ Ni강 내조 $\cdot$ Prestressed Concrete 외조) 1기에 대한 공정설비의 설계 적합성과 탱크 외벽에 대한 소화설비의 설계 적합성에 관하여 연구하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권3호
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• pp.345-358
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• 2021

본 연구에서는 액화천연가스(LNG; liquefied natural gas) 재기화 과정에서 버려지는 냉열을 회수하는 방법으로 액화 공기를 생산하는 공정을 개발하였다. 액화 공기는 LNG 수출국으로 운송하여 천연가스 액화를 위한 냉매를 부분적으로 대체하는 용도로 활용될 수 있다. 이를 위하여, 액화 공기는 LNG 운반선에 저장 가능한 압력을 만족하여야 한다. 따라서, 가장 널리 사용되는 멤브레인 탱크로 액화 공기를 운송하기 위해 약 1.3 bar에서 공기가 액체 상태로 존재할 수 있도록 설계하였다. 제안한 공정에서, 공기는 LNG와의 열교환 이후 추가적인 질소 냉매 사이클과의 열교환을 통해 과냉된다. LNG 운반선의 최대 용량만큼 액화 공기를 생산할 때 운송비용 측면에서 가장 경제적일 수 있으며, 천연가스 액화공정에서 활용할 수 있는 냉열이 많아지게 된다. 이를 비교하기 위하여, 동일한 1 kg/s의 LNG 공급 조건 하에서 기존 공정을 이용한 Base case와 제안공정 내 유입 공기 유량을 각각 0.50 kg/s, 0.75 kg/s, 1.00 kg/s으로 하는 Case1, Case2, Case3를 구성하고 열역학적 및 경제적 측면에서 분석하였다. 액화 공기 생산량이 많을수록 1kg의 생산량 당 더 많은 에너지가 요구되는 경향을 보였으며 Case3는 Base case 대비 0.18 kWh 높게 나타났다. 그 결과 Case3의 액화 공기 1 kg 당 생산 비용이 $0.0172 더 높게 나타났다. 그러나 액화 공기의 생산량이 증가함에 따라 1 kg 당 운송 비용이 $0.0395 감소하여 전체 비용 측면에서 Case3는 Base case에 비해 1 kg 당 $0.0223 적은 비용으로 액화 공기를 생산 및 운송할 수 있음을 확인하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제31권6호
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• pp.379-387
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• 2017

In this study, a pile-guide mooring system (PGMS) was designed for an offshore liquefied natural gas bunkering terminal (LNG-BT), which is an essential infrastructure for large LNG-fuelled ships. The PGMS consisted of guide piles to restrict five motions of the floater, except for heave, as well as a seabed truss structure to support the guide piles and foundation piles to fix the system to the seabed. Singapore port was considered for a case study because it is a highly probable ports for LNG bunkering projects. The wave height, current speed, and wind speed in Singapore port were investigated to calculate the environmental loads acting on the hull and PGMS. A load and resistance factor approach was used for the structural design, and a finite element analysis was performed for design verification. The steel usage of the PGMS was analyzed and compared with the material usage of a gravity-based structure under similar LNG capacity and water depth criteria. This paper also describes the water depth limit and wave conditions of the PGMS based on estimation of the initial investment and the present value profit difference. It suggests a suitable LNG-BT support system for various design conditions.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권1호
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• pp.125-134
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• 2003

The present paper is concerned to the thermal analysis during the cool-down period of 138,000 m$^3$class GTT MARK-III membrane type LNG carrier servicing with LNG from the Middle East to Korea. It is the cool-down period that cools the insulation wall and the gas in LNG tank to avoid the thermal shock as the start of loading of -162$^{\circ}C$ LNG. For six hours of the standard cool-down period, the temperature of NG falls down from -4$0^{\circ}C$ to -13$0^{\circ}C$ and especially the mean temperature of the 1st barrier in the top side insulation wall falls down from -38.38$^{\circ}C$ to -122.42$^{\circ}C$ in case of IMO design condition. By the 3-D numerical calculation about the cargo tank and the cofferdam, the temperature variation in hulls and insulations is precisely predicted in this paper. And the mean temperature variation of gas is calculated as the function of the spraying rate by the heat balance model during the cool-down period.

• Journal of Welding and Joining
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• 제13권3호
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• pp.18-33
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• 1995

천연가스는 지구상에서 비교적 광범위하게 생산되며 구미 등에서는 대부분 pipe line으로 소비지까지 운송하여 사용하고 있지만 일본 등에서는 액화 천연가스 (LNG)로 저장, 수송하여 사용하고 있다. LNG 저장탱크는 생산측의 액화기지와 사용측 의 수입기지에 설치되며 지금까지 약 240기가 건설되어 있다. 종래 탱크 1기의 용량 은 대부분 6 - 8만m$^{3}$ 규모였지만, 토지의 유효이용 등으로 대형화되고 있으며, 또 지상식에서는 PC(Prestressed Concrete)의 방파제를 외부탱크에 근접시켜 외부탱크 와 일체화시킨 PC LNG 탱크가 개발.설계되었다. 일본에서는 이미 이 방식으로 세계 최대규모인 14만m$^{3}$ 탱크가 건조되어 가동 중이다. LNG의 주성분은 메탄이고 비등점은 -161.5.deg.C로 극저온이다. 이러한 저온에서도 취화되지 않고 사용할 수 있는 재료는 9%Ni강, Al 합금, 스테인레스강 및 Invar 등이 있지만, 탱크의 대형화에 따라 가공성, 용접성 및 경제성을 고려하여 요즈음은 9%Ni강이 주로 사용되고 있다. 한편 9%Ni강용 용접재료는 고Ni계 합금 및 모재와 동일한 성분계의 공금계가 있지만 지금까지 고 Ni계 합급이 주로 사용되고 있다. 본 내용에서는 9%Ni강을 사용한 지상식 평지원통형 LNG 탱크를 예로 들어 탱크의 개요 및 용접재료, 용접시공 등을 포함한 용접기술에 대해서 개괄적으로 설명하고자 한다.