[논문]액체수소 사고피해 완화기술에 대한 연구

조영도; 김진준

doi:10.7842/kigas.2012.16.6.29

액체수소 사고피해 완화기술에 대한 연구
A Study on Mitigating Accidents for Liquid Hydrogen 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.16 no.6, 2012년, pp.29 - 33

조영도 (한국가스안전공사, 가스안전연구원) , 김진준 (한국가스안전공사, 가스안전연구원)

초록
AI-Helper

이 연구에서는 최근의 액체수소안전관련 연구현황을 간략히 살펴보고자 한다. 액체수소 저장용기가 파손되어 액체수소가 누출될 수 있다. 누출된 액체수소는 풀을 형성하고 증발하여 수소증기 운을 형성한 뒤 증기운 폭발이 일어날 수 있다. 액체수소를 저장하고 있는 용기가 외부로부터 유입되는 열에 의하여 증발하는 가스를 처리하지 못할 경우에는 BLEVE가 발생할 수 있다. 압축된 수소가스가 있는 시설에서는 수소누출에 의한 제트화제가 발생하고 지연점화에 의하여 개방공간에서 플래시 화재 및 폭발이 발생할 수 있다. 이러한 여러 가지 사건에 대하여 최근의 기술개발과 향후연구개발 방향에 대하여 간략히 살펴보았다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is an attempt to give a concise overview of the state-of-the-art in the recent liquid hydrogen safety researches with unwanted event progress. The vessel of liquified hydrogen may fail and liquid hydrogen spilled. The hydrogen will immediately start to evaporate above a pool and make a hydrogen cloud. The cloud will disperse and can produce a vapor cloud explosion. The vessel containing the liquid hydrogen may not be able to cope with the boil-off due to heat influx, especially in case of a fire, and a BLEVE may occur. In equipment where it exists as compressed gas, a leak generates a jet of gas that can self-ignite immediately or after a short delay and produce a jet flame, or in case it ignites at a source a certain distance from the leak (delayed ignition), a flash fire occurs in the open and with confinement a deflagration or even detonation may develop. The up-to-date knowledge in these events, recent progress and future research are discussed in brief.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

다음 각 절에서 누출된 액화수소의 풀 형성, 수소가스의 밀폐공간에서 확산거동, 수소 제트화재 그리고 위험성평가에 대한 연구현황을 살펴보고자 한다.
이 논문에서 액체수소가스를 취급하는 시설에서 액체라인 또는 저장탱크의 액체 부분이 파손되어 액체 수소가 누출되어 풀을 형성에 대한 지금까지 연구현황과 기체부분이 누출되어 수소가스의 확산, 제트화재, 그리고 폭발에 대한 연구내용 들을 살펴보았다.
이 논문에서는 수소가스를 저온으로 냉각하여 액체 상태에 있는 액체수소를 취급하는데 있어서 사고발생 가능한 사건의 진행과정에 따라서 현재까지 진행되는 연구내용들을 살펴보고, 향후 액체수소 안전을 확보하기 위한 연구들을 살펴보고자 한다.
1960년대 우주선과 로켓 연료로 사용하는 액체수소 취급 안전을 검토하기 위하여 소규모 액체수소 풀 실험이 이루어 졌다[3]. 이때 주 목적은 액체수소의 누출 후 연소와 대기중에서 확산에 연구를 수행하기 위한 것이었다. 1980년 NASA에서 3000 m³의 액체수소 저장탱크의 완전파손을 가정하여 모던 저장 액화수소가 누출되는 현상에 대한 실험을 수행하여 개방 공간에서 대규모의 수소가스 확산거동을 살펴보았다[4].

가설 설정

액체수소 풀은 액체질소, 액체산소, 그리고 액화천연가스에 비하여 작게 형성되고 누출된 가스가 빨리 증발한다. 그러므로 액체수소가스의 누출피해를 예측하기 위한 보수적인 방법으로 누출된 모든 액화수소가스가 증발하고 확산되어 화재 또는 폭발을 일으키는 것으로 가정하여 피해를 산정할 수 있다.
앞 절에서 언급하였듯이 수소가스의 경우 밀폐공간에서 누출될 경우 심하게 불균일 농도를 이루고 있으며 이와 같은 현상이 폭발 피해에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 고려가 필요하다. 수소가스의 경우 폭발범위가 매우 넓기 때문에 누출되어 제류하고 있는 가스는 대부분 연소되어 폭발압력 또는 열 발생에 기여하는 것으로 가정하여 폭발사고 피해정도에 따라서 최소 수소가스 체류량을 산출할 수 있다[21].
액체수소는 증발잠열이 작고 다른 탄화수소에 비하여 끓는점이 낮기 때문에 형성되는 풀의 크기가 작으므로 위험성을 보수적으로 산출하기 위하여 풀이 형성되지 않고 대부분 누출 즉시 기화하는 것으로 가정하여 대기확산 및 가스운 폭발을 해석 할 수 있다. 그리고 수소는 공기보다 가볍기 때문에 최악의 사고시나리오는 누출된 가스가 반 밀폐공간 또는 밀폐공간에 체류하여 폭발이 일어나는 사고이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	액체수소의 누출은 어떤 위험성이 있는가?	액체수소를 생산하거나 저장하는 시설의 액체라인 또는 저장탱크 액체부분의 결함으로 누출이 발생할 경우 액화수소가 대기중으로 누출되어 지면에서 액체 풀을 형성하게 된다. 누출 즉시 점화될 경우 누출 압력에 따라서 풀 화재 또는 제트화재가 형성된다. 점화 되지 않을 경우 누출된 액체수소는 풀을 형성하고 증발하여 기상의 수소가스 운을 형성하게 되고 형성된 수소가스 운은 대기중으로 확산이 일어나게 된다. 확산된 수소가스 운은 가연성 분위기를 형성하게 되고 주위 점화원에 의하여 점화되는 경우 개방공간에서 폭발이 일어나게 된다. 이와 같은 폭발해석에 대하여 많은 연구들이 이루어져 왔다.
	액체수소 풀의 특징은?	액체수소 풀은 액체질소, 액체산소, 그리고 액화천연가스에 비하여 작게 형성되고 누출된 가스가 빨리 증발한다. 그러므로 액체수소가스의 누출피해를 예측하기 위한 보수적인 방법으로 누출된 모든 액화수소가스가 증발하고 확산되어 화재 또는 폭발을 일으키는 것으로 가정하여 피해를 산정할 수 있다.
	밀폐공간 또는 반 밀폐공간에서 수소가스를 취급할 때, 환기구와 가스센서의 위치를 상부로 하는 것이 유리한 이유는?	특히 차고지, 터널, 그리고 가정집과 같은 반 밀폐공간에서 가스가 누출되어 폭발사고가 발생하는 경우 심각한 피해를 동반할 수 있다. 밀폐공간에서 수소가스가 누출되면 부력에 의하여 천정부분에 수소가스농도가 가장 높고 아래 방향으로 갈수록 농도가 감소하는 경향을 보인다. 따라서 밀폐공간 또는 반 밀폐공간에서 수소가스를 취급할 때에는 환기구를 상부에 두는 것이 유리하고 또한 가스센서의 위치도 상부로 하는 것이 효율적이다.

참고문헌 (22)

Dienhart B. Ausbreitung und Verdampfung von fluessigem Wasserstoff auf Wasser und festem Untergrund, Research Center Juelich Report No. Juel-3155;1995
Brandeis J, Ermak DL. Numerical simulation of liquefied fuel spills: I. Instantaneous release into a confined area. Int J Numer Methods Fluids 1983;3:333-45 II. Instantaneous and continuous LNG spills on an unconfined water surface. Int J Numer Methods Fluids 1983;3:347-61

상세보기
Zabetakis MG, Furno AL, Martindill GH. Explosion hazards of liquid hydrogen. Adv Cryog Eng 1961;6:185-94
Chirivella JE, Witcofski RD. Experimental results from fast 1500-Gallon $LH_{2}$ spills. AIChE Symp Ser 1986;82(251):120-40
S. S. Han and S. S. Doo, "The Effect of Hydrogen Energy", in S. S. Se(Edi.)", Hydrogen and Human Life", Hydrogen-press, Korea, 2002, pp. 105-203
K. Verfondern, B. Dienhart, "Pool spreading and vaporization of liquid hydrogen", International Journal of Hydrogen Energy 32, 2007, 2106-2117

상세보기
Prankul Middha, Olav R. Hansen, Idar E. Storvik, "Validation of CFD-model for hydrogen dispersion", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 22, 2009, 1034-1038

상세보기
Matsuura K, Nakano M, Ishimoto J. "Forced ventilation for sensing-based risk mitigation of leaking hydrogen in a partially open space", Int J Hydrogen Energy 2010;35(10): 4776-86

상세보기
Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto. "Sensing-based risk mitigation control of hydrogen dispersion and accumulation in a partially open space with low-height openings by forced ventilation", international journal of hydrogen energy 37 (2012) 1972-1984

상세보기
C.D. Barley, K. Gawlik, "Buoyancy-driven ventilation of hydrogen from buildings: Laboratory test and model validation", international journal of hydrogen energy 34 (2009) 5592- 5603

상세보기
Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto, "Acceleration of hydrogen forced ventilation after leakage ceases in a partially open space", international journal of hydrogen energy, (2012) in print
Tomohiko Imamura, Toshio Mogi, Yuji Wada, "Control of the ignition possibility of hydrogen by electrostatic discharge at a ventilation duct outlet:, international journal of hydrogen energy 34 (2009) 2815-2823

상세보기
Toshio Mogi, Sadashige Horiguchi, "Experimental study on the hazards of high-pressure hydrogen jet diffusion flames", Journal of Loss Prevention in the Process Industries 22 (2009) 45-51

상세보기
Young-Do Jo, "Hazard Distance from Hydrogen Accidents", KIGAS Vol. 16, No. 1, February, 2012
Jeffrey LaChance, "Risk-informed separation distances for hydrogen refueling stations", international journal of hydrogen energy 34 (2009) 5838-5845

상세보기
Jo Y-D, and Ahn B. J., "Analysis of Hazard Area Associated with Hydrogen Gas Transmission Pipelines", International Journal of Hydrogen Energy 31(14) p2122-2130 (2006)

상세보기
Crowl, D. A., and Jo, Y-D., "The hazards and risk of hydrogen" Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 20, 158-164, (2007)

상세보기
Jo Y-D. and Crowl D.A., "Flame Growth Model for Confined Gas Explosion" Process Safety Progress, 28, 141-146, (2009)

상세보기
Bartknecht, W. (1993). Explosions-Schutz: Grundlagen und Anwendung. New York: Springer.
Jo Y-D. and Crowl D.A., "Explosion Characteristics of Hydrogen-Air Mixtures in a Spherical Vessel", Process Safety Progress, 29(3), 216-223, (2010)

상세보기
Young-Do Jo, Kyo-Shick Park, "Minimum Amount of Flammable Gas for Explosion with Confined Space", Process Safety Progress, 17 (Nov.), p321-329, 2004
Jeffrey LaChance, Andrei Tchouvelev, Angunn Engebo, "Development of uniform harm criteria for use in quantitative risk analysis of the hydrogen infrastructure", international journal of hydrogen energy 36 (2011) 2381-2388

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증