In the design of super tankers or LNG carriers, which transport a large amount of liquid in the cargo tanks, the structural d11mage due to liquid sloshing is an important problem. The impact pressure from sloshing is most violent when the liquid motion of a partially filled tank is in resonance with the motion of a ship. In this study, the sloshing natural periods of a baffled tank, often installed to reduce liquid motion, is analyzed. A variational method is adopted to estimate the sloshing natural periods for a prismatic cargo tank with baffles of arbitrary filling depth of liquid; the results are compared with Lloyd's Register regulations on sloshing periods. In this study, using an effective liquid-fill-depth concept, sloshing periods for a baffled tank can be expressed by the same form as rectangular prismatic tanks without baffles. In contrast to Lloyd's Register regulations, which can be applicable only to cargo tanks with constant baffle size and distribution, the present results can be applicable to cases of variable baffle size and distribution.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.662-670
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2019
Tanker cargo tanks are equipped with the means of raising and maintaining the cargo discharge temperature to a suitable level. In this paper, a new heating coil design is proposed and analyzed. Contrary to conventional designs, wherein the heating coils are evenly distributed over the tank bottom, the proposed design arranges the heating coils in the central part of the tank bottom, in a vertical direction. Due to the intensive cargo circulation generated, a forced convection is superimposed on a buoyancy-driven natural convection, providing a more efficient mixed convection heat transfer mechanism. Numerical simulations performed by using a finite volume method show that in the case of 7-bar steam Bunker C heavy fuel oil heating, a five-hour circulation phase average heat transfer coefficient equals 199.2 W/m2K. This result might be taken as an impetus for the more thorough experimental examination.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.4
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pp.213-221
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2023
The demand for Liquefied Natural Gas (LNG) carriers and LNG-fueled ships has significantly increased in recent years due to the sulfur-oxide emission regulations by the International Maritime Organization (IMO). The main goal of this paper is to introduce the process for the Engineering Critical Assessment (ECA) of IMO independent type-B cargo tanks made from 9% nickel alloy. A methodology proposed by the British Standard was used to conduct ECA for any structure with initial flaws. Based on this standard, a Matlab code was developed to perform ECA. Coarse mesh Finite Element Analysis (FEA) was performed on an independent type-B LNG cargo tank with a capacity of 15,000 m3. The location with the highest development of maximum principal stress was identified at the bottom of the cargo tank. Fine mesh FEA was performed to obtain the stress range required for ECA. The dynamic cargo tank loads used for FEA were determined using some ship rules presented by Det Norske Veritas. As a result of performing a 20-year long-term crack propagation analysis with a semi-elliptical surface crack, the fracture-to-yield ratio exceeded the Fracture Assessment Line (FAL) and some structural reinforcement was necessary. Performing a 15-day short-term crack propagation analysis, the fracture-to-yield ratio remained within the FAL, and no significant LNG leaks were expected. This paper is believed to provide a guide for performing ECA of LNG cargo tanks in the future by providing the basic theory and application sample necessary to perform ECA.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.5
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pp.393-405
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2017
This paper deals with the buckling strength of the skirt structure in the spherical LNG carriers. The spherical cargo tank systems consist of spherical tank, skirt, tank cover, pump tower, etc. The skirt supports the spherical cargo tank and is connected with ship hull structure. It is designed to act as a thermal brake between the tank and the hull structure by reducing the thermal conduction from the tank to the supporting structure. It is built up of three parts, upper aluminum part, middle stainless steel part and lower carbon steel part. The 150K spherical LNG carrier was designed and carried out the strength verification under Classification Societies Rule. The design loads due to acceleration, thermal distribution, self-weight and cargo weight were estimated considering requirements of the Class Rule and numerical simulation analyses. Based on the obtained design loads and experienced project data, the initial structure scantling was carried out. To verify the structural integrity, theoretical and numerical analyses were carried out and strength was evaluated aspect of buckling capacity. The results by LR and DNV design code are shown and discussed.
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2017.10a
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pp.93-104
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2017
IMO type C independent tank is one of the cargo containment system specified on IGC code. It is normally adopted for small and medium size liquefied gas carrier's cargo containment system and it can be applied to fuel tank of LNG fueled vessel. This study focuses on rule scantling process and evaluation methods in early design stage of type C independent tank. Actual design results of 22K LPG/Ammonia/VCM carrier's No.2 cargo tank are demonstrated. This paper presents the calculation methods of design acceleration and liquid height for internal design pressure as defined on IGC code. And this paper shows the applied results of classification rules about shell thickness requirement and buckling strength. Additionally this paper deals with evaluation methods of structural strength and cumulative fatigue damage using FE analysis.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.12
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pp.5450-5456
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2011
In order to build a ship, painting on ship cargo tank is one of the most dangerous parts as it involves working in high altitudes and a closed ship cargo tank. Therefore, researchers have been developing devices that will enable mobile robots to operate on vertical walls. The wall-climbing robots have been widely used to attach on the wall such as suction types. These types can be utilized regardless of the wall material. However, it is required to adhere and control the suction cups. To moderate this drawbacks, this paper proposes an automatic painting robot that uses a permanent magnet mobile robot. Using the magnetic characteristics, this robot can move on the boat vertically and horizontally even while hanging on the ceiling of the ship cargo tank. Also, we made a prototype to test adhesive force of the permanent magnet wheel and mobile robot as well as the towing capacity and auto-piloting ability.
Ryu, Min Cheol;Jung, Jun Hyung;Kim, Yong Soo;Kim, Yooil
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.6
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pp.537-553
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2016
This paper addresses the safety of two-row tank design by performing the extensive sloshing model tests. Owing to the uncertainties entangled with the scale law transforming the measured impact pressure up to the full scale one, so called comparative approach was taken to derive the design sloshing load. The target design vessel was chosen as 230 K LNG-FPSO with tow-row tank arrangement and the reference vessel as 138 K conventional LNG carrier, which has past track record without any significant failure due to sloshing loads. Starting with the site-specific metocean data, ship motion analysis was carried out with 3D diffraction-radiation program, then the obtained ship motion data was used as 6DOF tank excitation for subsequent sloshing model test and analysis. The statistical analysis was carried out with obtained peak data and the long-term sloshing load was determined out of it. It was concluded that the normalized sloshing impact pressure on 230 K LNG-FPSO with two-row tank arrangement is higher than that of convectional LNG carrier, hence requires the use of reinforced cargo containment system for the sake of failure-free operation without filling limitation.
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2005.06a
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pp.22-30
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2005
Sloshing loads, produced by the violent liquid free-surface motions inside the cargo tank have become an important design parameter in ship building industry since there have been demands for the increased sizes of the cargo containment system of LNG carriers. In this study, sloshing impact pressure acting on the shell of the spherical cargo tank of an LNG carrier as well as dynamic pressure and flow behavior around the pump tower located at the center of the tank have been calculated. Comparative numerical sloshing simulations for a spherical LNG tank using 2-D LR.FLUIDS which is based on the finite difference method and 3-D MSC.DYTRAN which is capable of calculating nonlinear fluid-structure interaction have been carried out. A method of calculating sloshing-induced dynamic loads and the subsequent structural strength analysis for pump tower of a spherical LNG carrier using MSC. DYTRAN and MSC.NASTRAN have been presented.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.4
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pp.108-118
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1997
For the LNG carrier, the calculation of temperature distribution of cargo tank is necessary to select the steel grade and to estimate the boil-off rate(BOR). Since the previous studies with 2-D and 3-D method ignored the effect of several primary members, the effect was included by applying the better equations for the convection coefficient that is the most important item in this kind of study. After evaluating the program considering the primary members, the results are reflected to the design of the concerned LNG carrier.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.5
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pp.609-616
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2018
The cargo handling system, which is composed of a fuel gas supply unit and cargo tank pressure control unit, is the second largest power consumer in a Liquefied Natural Gas (LNG) carrier. Because of recent enhancements in ship efficiency, the surplus boil-off gas that remains after supplying fuel gas for ship propulsion must be reliquefied or burned to regulate the cargo tank pressure. A full or partial liquefaction process can be applied to return the surplus gas to the cargo tank. The purpose of this study is to review the current partial liquefaction process for LNG carriers and develop new processes for reducing power consumption using exergy analysis. The developed partial liquefaction process was also compared with the full liquefaction process applicable to a LNG carrier with a varying boil-off gas composition and varying liquefaction amounts. An exergy analysis showed that the Joule-Thomson valve is the key component needed for improvements to the system, and that the proposed system showed an 8% enhancement relative to the current prevailing system. A comparison of the study results with a partial/full liquefaction process showed that power consumption is strongly affected by the returned liquefied amount.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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