LNG지하저장 핵심기술 중 하나인 ice ring 형성을 열-수리 역학 해석을 통해 분석하였다. ice ring은 극저온물질의 누출에 대한 이차방벽 역할과 지하수의 저장공동 침투에 대한 일차방벽역할을 수행한다. 따라서 ice ring의 두께와 위치는 콘크리트와 PU foam 및 멤브레인으로 구성된 일차방호재의 무결성 유지에 있어서 핵심인자가 된다. 수치해석을 통해 이러한 ice ring의 위치와 두께를 추정하였으며 온도와 지하수위 결과를 계측치와 비교하였다. 수치해석결과는 PU foam 열전도도의 온도의존성과 지하수의 상변화를 고려한 경우 파일럿 공동에서 측정한 계측치와 잘 일치하였다. 본 논문에서 제시한 수치해석 기법은 실규모 저장시설의 설계에 있어서 ice ring 형성을 모델링하는 데에 바로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
Ice ring formation, one of the core techniques in LNG storage in a lined rock cavern, is investigated through hydro-thermal coupled analysis. An ice ring acts as a secondary barrier in case of leakage of cryogenic liquid and as a primary barrier for groundwater intrusion into an LNG cavern. Therefore, the thickness and location of the ice ring are crucial factors for the safe operation of an LNG storage cavern, especially for maintaining the integrity of a primary barrier composed of concrete, PU foam, and steel membrane. Through numerical analyses, the position and thickness of the ice ring are estimated, and the temperature and groundwater level are compared with measured values. The temperature md groundwater level by numerical analyses show good agreement with the field measurements when temperature-dependent properties and phase change are taken into account. The schemes used in this paper can be applied for estimation of ice ring formation in designing a full-scale LNG cavern.
