본 논문은 국내에 건설된 충전소를 분석 검토하여 수소충전소에 대한 안전성 평가를 실시함으로써 수소충전 소의 안전성에 대한 확인과 충전소 설치 시 필요한 기준마련에 기초자료를 제공하는 것이 궁극적인 목표이다. 안전성 평가 방법으로 FMEA (Failure Mode and Effect Analysis)를 사용하였고, 충전소를 크게 4개의 공정(제조, 압축, 저장, 충전)으로 분류하였다. 또한 각각의 발견된 위험요소에 S (severity), O (occurrence), D (detection)의 점수를 부여하여 이 세 요소의 곱의 값인 RPN (Risk Priority Number)의 수치를 이용하여 위험의 우선순위를 정하고, 이를 바탕으로 시나리오를 생성하였다. 생성한 시나리오를 기반으로 사고피해영향평가 결과 주요한 사고 유형으로 jet fire와 폭발이 나타났고, PSA (pressure swing adsorption) 공정 feed line에서의 누출의 경우 원료물질에 따라 CO가스의 농도가 상이할 수도 있으나, CO가스중독 위험성을 함께 예측되었다.
본 논문은 국내에 건설된 충전소를 분석 검토하여 수소충전소에 대한 안전성 평가를 실시함으로써 수소충전 소의 안전성에 대한 확인과 충전소 설치 시 필요한 기준마련에 기초자료를 제공하는 것이 궁극적인 목표이다. 안전성 평가 방법으로 FMEA (Failure Mode and Effect Analysis)를 사용하였고, 충전소를 크게 4개의 공정(제조, 압축, 저장, 충전)으로 분류하였다. 또한 각각의 발견된 위험요소에 S (severity), O (occurrence), D (detection)의 점수를 부여하여 이 세 요소의 곱의 값인 RPN (Risk Priority Number)의 수치를 이용하여 위험의 우선순위를 정하고, 이를 바탕으로 시나리오를 생성하였다. 생성한 시나리오를 기반으로 사고피해영향평가 결과 주요한 사고 유형으로 jet fire와 폭발이 나타났고, PSA (pressure swing adsorption) 공정 feed line에서의 누출의 경우 원료물질에 따라 CO가스의 농도가 상이할 수도 있으나, CO가스중독 위험성을 함께 예측되었다.
A safety assessment was performed through the process analysis of hydrogen station. The purpose of this study provides basic information for the standard establishment about hydrogen stations. The processes of hydrogen stations were classified by four steps (process of manufacture, compression, stor...
A safety assessment was performed through the process analysis of hydrogen station. The purpose of this study provides basic information for the standard establishment about hydrogen stations. The processes of hydrogen stations were classified by four steps (process of manufacture, compression, storage, charge). FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) method was applied to evaluate safety. Each risk element is following; S (severity), O (occurrence), D (detection). And the priority of order was decided by using RPN (Risk Priority Number) value multiplying three factors. Scenarios were generated based on FMEA results. And consequence analysis was practiced using PHAST program. In the result of C.A, jet fire and explosion were shown as accident types. In case of leakage of feed line in PSA process, concentration of CO gas is considered to prevent CO gas poisoning when the raw material that can product CO gas was used.
A safety assessment was performed through the process analysis of hydrogen station. The purpose of this study provides basic information for the standard establishment about hydrogen stations. The processes of hydrogen stations were classified by four steps (process of manufacture, compression, storage, charge). FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) method was applied to evaluate safety. Each risk element is following; S (severity), O (occurrence), D (detection). And the priority of order was decided by using RPN (Risk Priority Number) value multiplying three factors. Scenarios were generated based on FMEA results. And consequence analysis was practiced using PHAST program. In the result of C.A, jet fire and explosion were shown as accident types. In case of leakage of feed line in PSA process, concentration of CO gas is considered to prevent CO gas poisoning when the raw material that can product CO gas was used.
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가설 설정
Table 2. H2 storage tank condition.
제안 방법
Table 4와 같다. 또한 수소충전소의 각 공정에서 발생할 수 있는 사고들을 우선순위화 하여 관리할 수 있도록 RPN 값 산정을 위해서 심각도, 발생도 및 검출도를 수소충전소에 적합하게 제시하였다.
사고이력을 기초로 하여 인적 . 물적 손실 피해 정도를 파악하여 세부항목을 10단계로 구성하였다.1, 3, 4) 본 논문에서 구성한 심각도는 Table 5에 제시하였다.
발생 가능한 사고들을 미리 파악하는 개념이며, 현재까지 현장에서 감지된 사고의 비율과 참고문헌에서 제시하는 가이드라인을 혼합하여 구성하였고, Table 7과 같다. 1, 2, 3, 4)
발생도의 기준을 정하기 위하여 국내외 수소와 관련한 사고사례를 분석하였고, 참고문헌 및 정부 기관에서 제시하는 가이드라인을 혼합하여 결정했다. 1, 2, 3, 5) 본 논문에서 구성한 발생도는 Table 6 과 같다.
물적 손실의 기준을 정하는 기본 요소로 정하였다. 사고이력을 기초로 하여 인적 . 물적 손실 피해 정도를 파악하여 세부항목을 10단계로 구성하였다.
수소충전소는 충전소 내의 수소제조시설의 유무에 따라 on-site 방식과 off-site 방식으로 나눌 수 있는데, 본 논문은 위험성이 더 많이 존재하는 on-site 충전소의 초점을 맞추었다.
RAN 값으로 표현하였다. 총 52개의 잠재위험 중 8개(15%)의 위험이 사고로 나타날 가능성이 높은 것으로 나타났기 때문에, 이를 바탕으로 시나리오를 생성하였다.
이론/모형
충전효율을 높이기 위해서 사용되는 방법으로 3개의 저장 탱크를 사용하여 저장하는 방식으로 캐스캐이드 방법이 사용되었다. 수소를 저장하기 위한 압력 용기는 사용 재료와 복합재료 강화 방법에 따라 네 가지로 구분하는데 type 4의 용기가 사용되 었다.
성능/효과
(1) FMEA를 이용한 정성적 위험성 평가 결과 수소충전소에서 발생할 수 있는 사고는 유지보수 작업 시 작업절차 미준수에 의한 상해 가능성과, 수소압축 과정중에 발생하는 온도상승으로 인한 화재 및 폭발가능성이다. 또한 수소저장 공정에서는 유지보수 작업 중 잔압에 의한 상해 가능성과 잔가스가 완전히 제거되지 않은 상태에서의 열처리 작업으로 인한 화재 및 폭발 가능성이 예측되었고, 수소 충전공정에서는 차량에 중전 완료 후 중전기를 제거하지 않고 출발하여 발생한 사고와 충전 중 차량 내 온도상승으로 인한 사고가능성이 발견되었다.
(2) 위 결과를 토대로 사고피해영향평가 결과를 위해 시나리오 2개를 생성하였고 두 시나리오 모두 누출에 의한 점화로 jet fire와 폭발 사고 유형이 나타났다. 시나리오 1에서 jet fire와 폭발이 발생했을 경우 15m까지 복사열과 과압에 의해 심각한 피해를 받을 수 있는 지역으로 분석되었고, 시나리오 2에서는 jet fire에 의한 피해가 미약하였지만, 폭발의 경우 17m까지 심각한 피해가 우려되었다.
인한 화재 및 폭발가능성이다. 또한 수소저장 공정에서는 유지보수 작업 중 잔압에 의한 상해 가능성과 잔가스가 완전히 제거되지 않은 상태에서의 열처리 작업으로 인한 화재 및 폭발 가능성이 예측되었고, 수소 충전공정에서는 차량에 중전 완료 후 중전기를 제거하지 않고 출발하여 발생한 사고와 충전 중 차량 내 온도상승으로 인한 사고가능성이 발견되었다.
시나리오 1에서 jet fire와 폭발이 발생했을 경우 15m까지 복사열과 과압에 의해 심각한 피해를 받을 수 있는 지역으로 분석되었고, 시나리오 2에서는 jet fire에 의한 피해가 미약하였지만, 폭발의 경우 17m까지 심각한 피해가 우려되었다. 피해감소 방안으로 누출 감지 센서, 화재 감지 센서 설치는 물론이고, 운전자 및 작업자 수칙 및 안전보호구 등을 비치할 것을 제시하였고, 건물 부지 주변 환경(건물밀집도, 유동인구에 대해서도 고려되어야 함을 피해영향 결과를 통해 나타내었다.
후속연구
이 뿐만 아니라 안전기준의 미비로 수소 충전소 건립 시 인허가 및 설치가 지연되고 있고, 충전기, 안전장치, 안전거리, 건설비용 과다로 수소에너지 사회로의 전환의 시기를 늦추고 있다. 수소가스를 효율적 에너지원으로 이용 및 실용화하는데 필수 선결 과제인 안전관리 시스템을 구축하기 위하여 수소 사고사례 분석, 물리적 메커니즘 규명, 정성적, 정량적 안전성평가 및 사고 차단기술 개발 등과 같은 분석을 수행할 필요가 있다.
참고문헌 (5)
Robin E. Mcdermott, Raymond J. Mikulak, and Micheal R. Beauregard, "The basics of FMEA", Productivity Press Inc, pp. 12-59, (1996)
Stamatis D. H, "Failure Mode and Effect Analysis", Asq Quality Pr. (1995)
노용해, "Risk Based on Inspection 기법을 이용한 화학공장의 안전성 향상에 관한 연구", 광운대학교 석사학위논문, (2000)
유진환, "FMEA를 이용한 화학제품의 PL대응체계 연구", 광운대학교 석사학위논문,(2002)
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