LNG 운반선은 선체와 화물창이 일체형인 멤브레인 타입을 적용한 대형선을 중심으로 건조되어 왔으나, 최근 친환경 연료인 LNG의 수요 증가 및 LNG 벙커링 인프라 확대로, 중소형 운반선에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구에서는 중소형 LNG 운반선에 IMO B 형식 탱크를 적용하고 설계의 안정성 및 적합성을 검증하는 것을 목표로 하였고, B 형식 탱크를 적용하는 경우 필수적으로 수반되는 파괴역학 기반의 균열 진전 해석 및 가스 누출을 대비하여 설치되는 부분 2차 방벽의 크기의 결정을 위한 내용을 소개하였다. LNG 운반선 적용에 적용되는 국제 규정인 IGC 코드를 이용하여 설계 수명동안 균열 진전 해석에 적용될 응력 분포를 산정하는 방법을 제시하였고, Paris 법칙과 British Standard 7910 (BS 79110) 기반의 균열 진전 해석 프로그램을 개발하여 표면 균열 진전 해석을 수행하였다. 다음으로 2차 방벽의 크기를 결정하기 위하여, 초기 관통 균열의 크기를 가정할 수 있는 방법론을 제시하고, 균열 감지 후 회항 가능 기간인 15일 동안의 관통 균열 진전 해석을 수행하여 국제 규정에서 요구하는 B 형식 화물 탱크의 안정성 및 적합성을 검증하였다. 더 정확한 피로 균열 진전 해석을 위하여 코드 기반에 더하여 직접 해석을 통한 해석 절차 개발 및 검증이 필요할 것으로 사료된다.

국제항해에 종사하는 모든 선박은 황 함유량 0.5% m/m 이하의 선박연료유를 사용해야만 한다. 따라서 글로벌 해운기업들은 이러한 규제조치에 대응하기 위하여 저유황유의 사용, 혼합유의 사용, 탈황설비(scrubber)의 신규 설치, LNG 연료 전환 등과 같은 다양한 옵션을 해당 회사의 재무사정, 신조발주계획, 중장 기 항로배치, 글로벌 얼라이언스(alliance) 정책 등을 종합적으로 고려하여 신조 발주를 선택하고 있다. 왜냐하면 선박용 LNG 연료는 기존의 고유황유를 대체 하면서 해양환경을 보호할 수 있는 궁극의 수단은 아니지만 현실 가능한 대체 수단으로 평가되고 있기 때문이다. 국내외 조선·해운산업계는 친환경연료추진 선박, 예컨대 암모니아 또는 수소, 연료전지 등과 같이 탄소중립형선박을 건조하여 운항하는 것이 최종목표이지만, 제반 환경을 고려하였을 때 중간단계로서 반드시 LNG 연료추진선박을 고려하지 않을 수 없다. 따라서 이 연구는 향후 상업적인 관점에서 조선소에서 대두될 LNG 연료추진선박에 대한 LNG 연료공 급과 관련된 선박건조보험상의 주요 쟁점들을 법적으로 검토하고, 개선방안을 도출하여 향후 선박용 LNG 연료공급사업의 활성화에 필요한 기초자료를 제공 하였다.

본 논문에서는 LNG 추진선박에서 발생하는 BOG(boil-off gas)를 이용하여 수소를 생산하고 수소 연료전지 시스템을 보조엔진으로 적용한 개질공정의 특성에 대한 연구를 수행했다. 연구를 위해 BOG 수증기 개질공정을 UniSim R410 프로그램을 이용해 공정설계하고, 개질기의 출구온도와 압력, SCR(steam carbon ratio)에 따른 생성물의 분율과 반응물의 소모량을 산출하였다. 연구 결과 개질온도가 890℃일 때 메탄의 반응률이 100 %였으며, 최대 수소 생산량을 보였다. 또한 개질압력이 낮을수록 반응 활성도가 높았다. 하지만 그 이상의 온도가 되면 역반응의 우세로 인해 수소의 생산량은 감소하게 되고, 물과 이산화탄소의 양은 증가했다. 또한 SCR이 증가할수록 수소 생산량도 증가했으나 요구되는 에너지 소비량도 비례하여 증가했다. SCR이 1.8일 때 수소분율이 가장 높았으나 코킹방지를 위해 SCR이 3에서 운전하는 것이 최적 운전범위임을 확인했다. 그리고 개질압력이 낮을수록 발생되는 이산화탄소의 양은 증가했으며, 냉각 및 액화를 위해서는 이산화탄소 발생량을 기준으로 42.5 %의 LNG 냉열이 요구됨을 알 수 있었다.

다양한 산업에서 강조되고 있는 정비의 중요성은 각 분야에 다양한 정비전략을 적용하도록 만들었다. 해양산업 역시 그에 따른 정비전략의 변화가 있었으나 타 산업 대비 그 속도가 느려 실제 적용이 되지 않은 채 과거 시행되고 있던 방식을 유지하는 경우가 많다. 특히 선박은 기존에 행해왔던 방식의 정비전략을 사용하고 있는 편이며 해상의 조건에서 선박은 새로운 정비전략의 개발을 필요로 하고있다. 이에 선박예지정비모델은 기기의 정비가 필요한 시점을 예지하여 조치할 수 있는 정비전략으로서 선박이 항해 중에 처할 수 있는 정비 관련 위험요소들을 줄여 주는 모델이다. 본 연구는 선박예지정비모델의 개발을 위한 연구 중의 하나로서, LNG선박 입거사양서의 텍스트 데이터 분석을 통한 결과를 원문의 내용을 바탕으로 해석해보았다. 공통된 정비항목 조합을 도출하여 선박 내 다른 기기들 사이에 작용하고 있는 상호연관성을 발견하고 이를 앞으로 개발될 선박예지정비모델에 적용하고자 한다.

우리나라는 산업통상자원부를 통해 ‘LNG 벙커링(연료공급) 전용선 건조지원사업’을 한국가스공사를 중심으로 추진하고 있고, 동시 해양수산부는 부산신항내 LNG 벙커링 터미널 구축을 추진하고 있다. LNG 벙커링 전용선박은 LNG 연료를 터미널에서 대상 선박으로 공급하기 위한 필수 대상이고, 이에 따라 안정 운항에 대한 절차서의 필요성이 대두되고 있다. 따라서 본 연구는 연안선박용 LNG벙커 링 전용선박의 운항 절차서를 제안하기 위하여 부산 신항에서 부산항 정박지로 운항하는 연안선박용 LNG 벙커링 전용선박의 안정성을 평가하였다. 이를 위해 포텐셜 유동해석 기반의 운동해석을 수행하여 취득한 선체운동 응답진폭함수를 운항 해역의 5년간 관측된 실해역 자료와 부산 연안에 적합한 TMA스펙트럼과 합성하여 유의파고별 연안선박용 LNG 벙커링 전용 선박의 내항성능 평가를 수행하였다. 그 결과는 유의파고 2 m 이상에서 횡동요와 수평가속도가 내항성능에 주요 위험 요소가 됨을 알 수 있었다. LNG 벙커링 전용선박의 운항 가능 기간은 총 관측기간의 83.3 ~ 99.9 % 수준임을 알 수 있었다.

In the maritime industry, most perceptions, frameworks and methodologies of dealing with hazards are for their risk assessment rather than their risk management. This tendency discloses the reality that within the maritime sectors in areas like shipping, logistics, oil and gas there is a lack of coherent Quantitative Risk Management (QRM) methodology from which to understand the risk-based decisions especially for appropriate risk management such as in seaports’ terminals. Therefore, in this paper initially, during priority assessment of the identified hazards, Fuzzy Set Theory was applied to handle imprecision of the uncertain risk-based statistics to get an accurate result. In the next stage, Fuzzy Fault Tree and Fuzzy Event Tree methods were used to achieve the sequence of quantitative risk analysis. In the final step, a Fuzzy Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution tool was used for the implementation of the mitigation phase to complete and conclude the proposed QRM cycle.

최근 환경규제가 강화됨에 따라 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 이용하여 전력을 생산해내는 신규발전설비인 부유식 LNG 발전설비(floating LNG power plant)가 개발되고 있다. 부유식 LNG 발전설비는 운용 시 증발가스가 발생하고 이를 제거하거나 회수할 수 있는 시스템의 설계가 필요하다. 그러나 해양플랜트는 해상요건에 따라 설계가 상이하고, 부유식 LNG 발전설비의 설계 전 시행착오를 줄이기 위해 지속적으로 수정이 가능한 BOG 회수시스템 공정모사 모델이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 상용공정시뮬레이션 프로그램을 통해 부유식 LNG 발전설비에 적합한 모델을 모델링하고자 냉매사용 유무에 따라 서로 다른 BOG(Boil-Off Gas) 회수시스템을 모델링하여 BOG의 회수율과 액화점을 비교 및 분석하였으며, 그 결과 질소냉매를 사용한 BOG 회수시스템 모델을 부유식 LNG 발전설비용 BOG 회수시스템 모델로 제안하고자 한다.

본 연구에서는 LNG 추진선에서 배관의 파손으로 천연가스가 누출되었을 때 누출공의 크기별 플래시 화재, 과압, 복사열에 따 른 피해범위를 ALOHA(Areal Location of Hazardous Atmospheres)를 이용하여 산출했다. 그리고 민감도 분석을 위해 환경 변수(풍속, 대기온 도, 대기 안정도)와 공정 변수(배관 압력, 배관 길이)로 구분하여 다양한 시나리오별 피해영향범위를 분석했다. 그 결과 환경 변수에 따른 피해범위는 플래시 화재에 의한 피해범위가 가장 컸으며 다음으로 과압, 복사열 순서로 큰 피해범위를 나타냈다. 그리고 공정 변수에 따른 피해범위를 산출한 결과 배관의 압력과 길이, 누출공의 크기와 관계없이 플래시 화재에 의한 피해범위가 가장 컸으며, 환경 변수와 동일하게 과압, 복사열 순서로 높은 피해범위를 보였다. 또한 누출공의 크기가 클수록 환경 변수와 공정 변수가 피해범위에 큰 영향을 주었으며 제트 환재에 의한 피해범위는 환경 변수에 비해 공정 변수에 의한 피해범위가 더 큰 것을 알 수 있었다.

이 논문에서는 수직방향 지진입력에 의한 지반-구조물 상호작용 효과가 기초 종류에 따라 LNG 저장탱크의 지진응답에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위하여 직경 71m인 LNG 탱크와 기반암 위 점토지반의 깊이가 30m인 지반조건을 고려하였다. 그리고 기초형식으로 네 가지(얕은 기초, 말뚝지지 전면기초, 말뚝기초(지표면 접촉식, 부유식)를 고려하였다. 지반의 비선형성은 자유장 지반에 대하여 등가선형화기법으로 고려되었다. 또한, 말뚝기초의 시공과정에서 발생하는 동다짐 효과에 대해서도 분석하였다. SSI 해석을 위하여 진동수영역 해석프로그램인 KIESSI-3D를 이용하였다. 지반-구조물 상호작용 해 석을 통해 LNG 저장탱크의 외조 벽체 쉘의 응력을 구하였다. 해석결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다: (1) 얕은 기초에서 외조탱크의 수직응력은 SSI 효과로 인하여 고정기초응답 보다 작았다. (2) 말뚝으로 지지된 기초에서 말뚝으로 인해 기초의 수직강성이 커지고 방사감쇠가 작아질 수 있기 때문에 SSI 응답이 고정기초응답 보다 커질 수 있다. (3) 동다짐 효과는 수직지진에 의한 LNG 저장탱크의 응답에 미치는 영향이 매우 작았다.

모듈형 LNG Tank의 외조를 구성하는 SCP(sandwich concrete panel)에 대해서 중속충돌시험기로 충돌시험을 수행하고 이에 대한 수치해석을 수행하였다. 충돌시험에 사용된 시험체는 가로세로 각각 2m로 외조의 일반단면과 연결부단면의 특성을 가지도록 제작하였다. 51kg의 탄자를 설계기준에 규정된 충돌에너지를 갖도록 중속충돌시험기로 45m/sec로 이상의 속도로 가속하여 충돌시켰다. 이런 충돌시험을 두 차례 반복하고 시험체의 극한능력을 평가하기 위하여 충돌속도를 2배로 하여 충돌시켰다. 충돌시험의 수치해석 모델은 LS-DYNA를 이용하여 수행되었다. 외측의 강판와 그 사이의 충진콘크리트를 고 체요소로 모델링하고 전단연결재는 보요소를 이용하여 모델링하였다. 강재의 재료모델은 탄소성 및 파단거동을 고려하였으며 콘크리트의 재료는 CSCM재료로 모델링하였다. 해석에서 전면부의 충돌변형은 시험에서 얻어진 변형과 유사한 값을 얻었으나 후면부의 변형은 시험결과와 다소 작은 값을 보였다. 일반부 단면에 대한 2배속 충돌시험에서는 전후면의 강판이 파 손되었으나 해석결과에서는 전면부의 강판만 파손되었다. 수치해석에서 충돌에너지는 주로 충진 콘크리트로 전이되었는데 이는 이전 연구에서 보였던 고에너지를 가진 충돌의 경우와 다른 경향이다. 작성된 모델은 구조적으로 보수적인 결과를 보 이므로 실제 설계에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 가스추진 174K급 LNG 운반선의 가스 압축기실에서 발생하는 가스누출 모사를 통해 가스탐지기의 최적 위치를 분석 하였으며, 새로 개정된 IGC 코드에 명시된 안전규정을 만족하는 합리적인 방법도 함께 제안하였다. 가스압축기실에서의 LNG 가스누출 수치해석을 위해, 실제 ME-GI 엔진이 장착된 174K급 LNG 운반선의 압축기실 형상과 장비, 배관의 배치와 같은 치수로 3D 설계되었다. 가 스누설에 대한 시나리오는 305 bar의 높은 압력과 1 bar의 낮은 압력을 적용하여 진행하였다. 고압용 핀홀의 크기는 4.5, 5.0, 5.6 mm이고 저압용은 100, 140 mm이다. 해석 결과, 5.6 mm 핀홀(고압)과 100, 140 mm 핀홀(저압) 상태의 누출에 대한 환기평가에서 가연성 가스농도는 심 각한 위험이 없음을 확인하였다. 그러나 개정된 IGC 코드에 따라 설치된 압축기실의 가스 감지 센서의 실제 위치는 다른 지점으로 이동 해야 하고, 측정 지점이 현 규정에서 요구하는 것보다 더 추가되어야 함을 확인하였다.

이 연구에서는 기초의 종류에 따라 지반-구조물 상호작용(SSI) 효과가 LNG 저장탱크의 지진응답해석에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위하여 직경 71m인 LNG 탱크와 기반암 위 점토지반의 깊이가 30m인 지반조건을 고려하였다. 그리고 기초형식으로 네 가지(얕은 기초, 말뚝지지 전면기초, 말뚝기초(지표면 접촉식, 부유식)를 고려하였다. 지반의 비선형성은 자유장 지반에 대하여 등가선형화기법으로 고려되었다. 또한, 말뚝기초의 시공과정에서 발생하는 동다짐 효과에 대해서도 분석하였다. SSI 해석을 위하여 진동수영역 해석프로그램인 KIESSI-3D를 이용하였다. 지반-구조물 상호작용 해석을 통해 LNG 저장탱크의 외조 벽체 쉘의 응력과 내조탱크의 밑면전단력 및 전도모멘트를 구하였다. 해석결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다: (1) 고정 기초해석에 의한 외조와 내조탱크의 지진응답이 SSI 효과로 인한 지진응답보다 매우 컸다. (2) SSI의 효과가 내조탱크와 외조탱크의 동적응답에 미치는 영향은 기초의 형식에 따라 다르게 나타난다. (3) 말뚝지지 전면기초에서 동다짐 효과에 의한 구조물 응답의 변화는 약 10%로서 무시할 수 없을 정도로 큰 것으로 나타났다.