산업현장에서 폭발성가스의 사용이 꾸준이 증가 함에 따라 작업자는 물론 일반지역주민들에까지 사고로 인한 생명에 위험을 처하기도 한다. 수소사용공정에서의 사고피해는 공정자체에 국한 되는 것이 아니라 대형화재나 폭발로 이어져 다수의 사상자를 유발시키므로 사고의 유형과 원인을 규명하고 피해규모를 예측하여 이에 대한 안전대책을 수립, 운영하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor) 소성공정의 수소저장 사용시설에서 화재 폭발시 위험범위를 예측하였다. 실제 사고데이터의 분석결과 사고발생빈도가 가장 많은 배관누출에 대하여 사고 피해예측 시나리오 모델로 선정, 적용하였다. 10 mm Hole에서 120 Bar의 압력으로 수소가스 누출시 Jet fire가 발생되며 Radiation Level 4($kw/m^2$)의 경우 최대 12.45 m까지 복사열의 영향을 주었다. 또한 사고피해 예측을 통한 안전성확보와 개선방안을 제시하였다.
산업현장에서 폭발성가스의 사용이 꾸준이 증가 함에 따라 작업자는 물론 일반지역주민들에까지 사고로 인한 생명에 위험을 처하기도 한다. 수소사용공정에서의 사고피해는 공정자체에 국한 되는 것이 아니라 대형화재나 폭발로 이어져 다수의 사상자를 유발시키므로 사고의 유형과 원인을 규명하고 피해규모를 예측하여 이에 대한 안전대책을 수립, 운영하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor) 소성공정의 수소저장 사용시설에서 화재 폭발시 위험범위를 예측하였다. 실제 사고데이터의 분석결과 사고발생빈도가 가장 많은 배관누출에 대하여 사고 피해예측 시나리오 모델로 선정, 적용하였다. 10 mm Hole에서 120 Bar의 압력으로 수소가스 누출시 Jet fire가 발생되며 Radiation Level 4($kw/m^2$)의 경우 최대 12.45 m까지 복사열의 영향을 주었다. 또한 사고피해 예측을 통한 안전성확보와 개선방안을 제시하였다.
As the using rate of an explosive gas has been increased in the industrial site, the regional residents adjacent to the site as well as the site workers have frequently fallen into a dangerous situation. Damage caused by accident in the process using hydrogen gas is not confined only to the relevant...
As the using rate of an explosive gas has been increased in the industrial site, the regional residents adjacent to the site as well as the site workers have frequently fallen into a dangerous situation. Damage caused by accident in the process using hydrogen gas is not confined only to the relevant process, but also is linked to a large scale of fire or explosion and it bring about heavy casualties. Therefore, personnel in charge should investigate the kinds and causes of the accident, forecast the scale of damage and also, shall establish and manage safety countermeasures. We, in Anti-Calamity Research Center, forecasted the scope of danger if break out a fire or/and explosion in hydrogen gas facilities of MLCC firing process. We selected piping leak accident, which is the most frequent accident case based on an actual analysis of accident data occurred. We select and apply piping leak accident which is the most frequent case based on an actual accident data as a model of damage forecasting scenario caused by accident. A jet fire breaks out if hydrogen gas leaks through pipe size of 10 mm ${\Phi}$ under pressure of 120 bar, and in case of $4kw/m^2$ of radiation level, the radiation heat can produce an effect on up to distance of maximum 12.45 meter. Herein, we are going to recommend safety security and countermeasures for improvement through forecasting of accident damages.
As the using rate of an explosive gas has been increased in the industrial site, the regional residents adjacent to the site as well as the site workers have frequently fallen into a dangerous situation. Damage caused by accident in the process using hydrogen gas is not confined only to the relevant process, but also is linked to a large scale of fire or explosion and it bring about heavy casualties. Therefore, personnel in charge should investigate the kinds and causes of the accident, forecast the scale of damage and also, shall establish and manage safety countermeasures. We, in Anti-Calamity Research Center, forecasted the scope of danger if break out a fire or/and explosion in hydrogen gas facilities of MLCC firing process. We selected piping leak accident, which is the most frequent accident case based on an actual analysis of accident data occurred. We select and apply piping leak accident which is the most frequent case based on an actual accident data as a model of damage forecasting scenario caused by accident. A jet fire breaks out if hydrogen gas leaks through pipe size of 10 mm ${\Phi}$ under pressure of 120 bar, and in case of $4kw/m^2$ of radiation level, the radiation heat can produce an effect on up to distance of maximum 12.45 meter. Herein, we are going to recommend safety security and countermeasures for improvement through forecasting of accident damages.
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문제 정의
본 연구에서는 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor) 소성공정(Firing process)의 수소저장 사용시설에서 배관누출로 인한 화재폭발 사고를 피해예측시나리오 모델로 선정하여 실제 사고데이터 값 및 누출량 사고지점까지의 배관길이 화재폭발 피해예측 프로그램인 PHAST 6.5ver를 이용하여 사고발생시 나타나는 화재의 유형과 복사열의 영향, 농도 분포 등을 분석한 피해영향평가를 실시함으로서 배관 누출에 의한 화재폭발사고에 대한 안전성확보하고 그 대응책을 제시하고자 하였다.
02 mJ 미만의 매우 작은 에너지만 존재하더라도 착화원에 의해 바로 착화하여 Jet Fire를 만든다. 수소가스 배관누출에 대한 사고피해 영향평가를 실시한 결과, 수소 Tube trailer설비에 대하여 사고시 피해를 최소화하기 위하여 아래의 방안을 제안하였다.
시스템안전 활동중 가장 핵심적인 부분은 위험성평가(Risk assessment) 인데 이 위험성평가의 목적은 위험물질을 취급하는 제조공정 및 설비를 대상으로 화재, 폭발, 위험물 누출 등과 같은 잠재적 위험을 도출하고 잠재적 위험이 실제적 사고로 연결될 가능성과 사고발생시에 나타 날 수 있는 피해의 크기를 예측하고 평가하여 그에 따른 조치를 취하므로서 사고발생 확률과 피해의 크기를 최소화하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
Tube trailer 수소저장 공급방식의 경우 수소누출의 가능성은 수소가스 용기 입출입 배관부인 Manifold, Piping system, 용기부식, 또는 외부충격 등으로 최근 대형재해(Major accidents)를 분석한 결과 누출시나리오를 선정하였다. 시나리오 선정은 Figure 4와 5에서 알 수 있듯이 발생확률이 높은 시나리오는 물리적인 결함(Mechanical failure)에 의한 배관계의 In/Out Line 부위의 누출과 Tank(Vessel)류의 부식 혹은 외부충격에 의한 누출사고라 할 수 있다.
고압 용기에서 분출되는 가스상태의 수소는 누출점에서 빠르게 분출되어 정전기 등의 원인으로 착화되어 Jet Fire 형태로 나타나며, 증기운을 만들지 않는다 따라서 가스상태의 수소에 대한 폭발위험성 평가에서는, VCE 가능성을 배제하였으며 Jet Fire의 경우로 한정하였다.
예측하고자 하는 시나리오는 Pipe에서의 고압 수소가스의 누출이며 이때 발생한 Jet fire로 인한 복사열 (Radiation heat) 피해를 예측하는 것이다.
본 연구에서의 누출면적의 결정은 “Kosha Code P14-2000, 누출원 모델링에 관한 기술지침”에서 제시하는 Table 9의 방법에 따라 선정하였다.
수소 저장공급 사용시설에서 수소가스가 누출되어 화재 등의 피해를 야기하는 과정으로 화재범위를 산출하였으며 사고피해결과를 예측하기 위하여 작성된 사고 시나리오는 “KOSHA Code P-14-2000, 누출원 모델링에 관한 기술지침”에 따라 적용하였다.
이상의 고온의 온도를 올려 소성하여 하여야 하므로 이때 수소가스를 사용하게 된다. 안정적으로 수소가스를 사용하기 위한 저장, 공급 사용시설로 수소 Tube trailer(T/T) 방식을 사용한다(Figure 2참조).
성능/효과
(1) 안전밸브(PSV-1)의 방출배관 끝단은 방출시 15.96 m 내에서는 주변가연물에 의한 화재가 발생하지 않도록 최소 15.96 m 이상의 안전거리를 확보하여야 한다. 또한 안전밸브 방출배관의 끝단은 수소가스 배출시 매우 낮은 점화에너지(0.
(2) 20 mm 배관 손상시(10 mm Pin Hole) 11.17 m 범위내에서 복사열에 의해 2차 화재가 발생가능하므로 인접한 수소트레일러 용기표면에 복사열 완화를 위하여 2시간 이상 분무 가능한 스프링클러를 설치하여 화재로 인한 용기파손의 피해를 예방 할 수 있다.
(3) 가스누출감지기는 누출된 수소가스를 빠르게 감지할 수 있도록 설치위치를 배관연결부가 많은 밸브스테이션 상부에 최대한 근접하는 위치에 배치하고 감지부 상단에는 누출시 가스를 빠르게 포집하여 인지할 수 있도록 포집 커버를 설치한다.
(4) 전기설비는 수소가스에 적합토록 국내 KS 기준을 충족하는 방폭인증 등급에 합격한 방폭 전기설비를 사용하여야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수소사용공정에서 사고 시 그 유형과 원인을 규명하고 안전대책을 수립, 운영 해야하는 이유는?
산업현장에서 폭발성가스의 사용이 꾸준이 증가 함에 따라 작업자는 물론 일반지역주민들에까지 사고로 인한 생명에 위험을 처하기도 한다. 수소사용공정에서의 사고피해는 공정자체에 국한 되는 것이 아니라 대형화재나 폭발로 이어져 다수의 사상자를 유발시키므로 사고의 유형과 원인을 규명하고 피해규모를 예측하여 이에 대한 안전대책을 수립, 운영하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor) 소성공정의 수소저장 사용시설에서 화재 폭발시 위험범위를 예측하였다.
참고문헌 (24)
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NFPA 52, "Compressed Natural Gas Vehicular Fuel Systems"(1998).
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