The cryogenic containment system (CCS) for liquefied natural gas (LNG) carrier ships has a barrier system and insulation panel. The primary barrier which is made of stainless steel has corrugations to reduce thermal stress due to the LNG temperature of -163℃. Since, deformation of the corrugation of primary barrier and failure of plywood of insulation panel has been reported recently and the leakage of LNG from LNG ships is very critical, lots of studies about impact of LNG ship are going on to find out the cause of impact which induces failure of corrugation and plywood.
In this work, the design characteristics of the cryogenic containment system for LNG carrier ship were analyzed by the axiomatic design theory to improve problems of conventional design. By the axiomatic design method, impact reducing system was newly designed. To prevent the deformation of corrugation of the primary barrier, a pressure resistance structure reinforcing the corrugation was developed. Also, to reduce the impact load transfer from the primary barrier to insulation panel, a vibration isolation layer was inserted between the primary barrier and insulation panel. Finally, to explain the cause of large impact load, a cavitation theory which could explain the formation of vapor bubbles of a flowing liquid and production of shock wave due to rapid collapse of bubble, was adopted. By the cavitation theory inside LNG ship, new impact test equipment which could induce a short duration of impact, was newly designed. Using the equipment, the effect of a vibration isolation layer was analyzed and optimized.
LNG 선용 극저온 저장 시스템 (Cryogenic containment system, CCS)는 방벽과 단열 패널로 이루어져 있다. 스테인레스 스틸로 이루어진 제 1차 방벽은 -163℃의 저온에 의한 열응력을 줄이기 위하여 표면에 굴곡부가 형성되어 있다. 최근 운행도중 발생한 내부 충격에 의한 제 1차 방벽 굴곡부의 변형과 단열패널 상단의 합판의 파괴가 보고되었다. LNG선에서의 LNG 누출을 치명적인 위험을 갖고 오기 때문에, LNG선의 충격에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
본 연구에서는 공리설계이론을 이용하여 LNG선용 극저온 저장 시스템의 설계특성을 분석하여 기존 설계의 문제점을 해결했다. 공리설계이론에 따라 새로운 충격 절감 구조가 설계되었다. 제 1차 방벽 굴곡부의 변형을 막기 위해서 굴곡부를 보강하는 압력지지구조 (Pressure resistance structure)가 개발되었다. 또한 제 1차 방벽에서 단열패널로 전달되는 충격을 줄이기 위하여 진동분리층 (Vibration isolation layer)이 제 1차 방벽과 단열패널 사이에 삽입되었다. 마지막으로 LNG선 내의 충격의 원인을 설명하기 위하여 Cavitation 이론이 도입되었다. Cavitation 이론에 따라 짧은 Duration을 갖는 충격을 발생하는 충격 시험 장치를 개발하였고, 이를 이용하여 진동분리층의 효과를 검증하고 최적화하였다.
