수소가스의 제트 누출에 의한 확산, 화재, 그리고 폭발에 의한 위험 범위를 분석하고, 안전거리 기준을 설정하기 위한 위험거리를 확산, 화재, 그리고 폭발에 대한 단순한 예측 식들을 제시하였다. 핀홀에 의한 누출과 같은 소량 수소가스 누출속도에 있어서 피해거리는 제트누출 확산에 의한 피해거리가 제트화재에 의한 피해거리보다 크며, 압력의 제곱근에 그리고 누출 홀의 직경에 비례하고 이는 수 십 미터에 이른다. 배관의 완전 파손 또는 저장 탱크의 큰 홀 발생과 같은 대량의 수소가스 누출속도에서는 제트화재의 피해거리가 개방공간의 가스운 폭발에 의한 피해거리보다 크며, 수 백 미터에 이른다. 수소충전소와 건물과의 최소이격거리 즉 안전거리 설정 기준을 대량 수소가스누출 사고시나리오를 기반으로 한다면, 도심지에 수소충전소는 안전거리 기준을 만족시키기 어려울 것이다. 따라서 대량의 수소가스 누출사고를 안전장치들을 통하여 예방하고, 안전거리 기준을 소량의 수소가스누출사고 기준으로 설정 할 수 있다. 그러나 대량누출 가능성이 있는 경우 학교와 병원 등 인구밀집 건물은 수 백 미터의 안전거리를 유지하여야 한다.
수소가스의 제트 누출에 의한 확산, 화재, 그리고 폭발에 의한 위험 범위를 분석하고, 안전거리 기준을 설정하기 위한 위험거리를 확산, 화재, 그리고 폭발에 대한 단순한 예측 식들을 제시하였다. 핀홀에 의한 누출과 같은 소량 수소가스 누출속도에 있어서 피해거리는 제트누출 확산에 의한 피해거리가 제트화재에 의한 피해거리보다 크며, 압력의 제곱근에 그리고 누출 홀의 직경에 비례하고 이는 수 십 미터에 이른다. 배관의 완전 파손 또는 저장 탱크의 큰 홀 발생과 같은 대량의 수소가스 누출속도에서는 제트화재의 피해거리가 개방공간의 가스운 폭발에 의한 피해거리보다 크며, 수 백 미터에 이른다. 수소충전소와 건물과의 최소이격거리 즉 안전거리 설정 기준을 대량 수소가스누출 사고시나리오를 기반으로 한다면, 도심지에 수소충전소는 안전거리 기준을 만족시키기 어려울 것이다. 따라서 대량의 수소가스 누출사고를 안전장치들을 통하여 예방하고, 안전거리 기준을 소량의 수소가스누출사고 기준으로 설정 할 수 있다. 그러나 대량누출 가능성이 있는 경우 학교와 병원 등 인구밀집 건물은 수 백 미터의 안전거리를 유지하여야 한다.
An analysis was completed of the hazards distance of hydrogen accidents such as jet release, jet fire, and vapor cloud explosion(VCE) of hydrogen gas, and simplified equations have been proposed to predict the hazard distances to set up safety distance by the gas dispersion, fire, and explosion foll...
An analysis was completed of the hazards distance of hydrogen accidents such as jet release, jet fire, and vapor cloud explosion(VCE) of hydrogen gas, and simplified equations have been proposed to predict the hazard distances to set up safety distance by the gas dispersion, fire, and explosion following hydrogen gas release. For a small release rate of hydrogen gas, such as from a pine-hole, the hazard distance from jet dispersion is longer than that from jet fire. The hazard distance is directly proportional to the pressure raised to a half power and to the diameter of hole and up to several tens meters. For a large release rate, such as from full bore rupture of a pipeline or a large hole of storage vessel, the hazard distance from a large jet fire is longer than that from unconfined vapor cloud explosion. The hazard distance from the fire may be up to several hundred meters. Hydrogen filling station in urban area is difficult to compliance with the safety distance criterion, if the accident scenario of large hydrogen gas release is basis for setting up the safety distance, which is minimum separation distance between the station and building. Therefore, the accident of large hydrogen gas release must be prevented by using safety devices and the safety distance may be set based on the small release rate of hydrogen gas. But if there are any possibility of large release, populated building, such as school, hospital etc, should be separated several hundred meters.
An analysis was completed of the hazards distance of hydrogen accidents such as jet release, jet fire, and vapor cloud explosion(VCE) of hydrogen gas, and simplified equations have been proposed to predict the hazard distances to set up safety distance by the gas dispersion, fire, and explosion following hydrogen gas release. For a small release rate of hydrogen gas, such as from a pine-hole, the hazard distance from jet dispersion is longer than that from jet fire. The hazard distance is directly proportional to the pressure raised to a half power and to the diameter of hole and up to several tens meters. For a large release rate, such as from full bore rupture of a pipeline or a large hole of storage vessel, the hazard distance from a large jet fire is longer than that from unconfined vapor cloud explosion. The hazard distance from the fire may be up to several hundred meters. Hydrogen filling station in urban area is difficult to compliance with the safety distance criterion, if the accident scenario of large hydrogen gas release is basis for setting up the safety distance, which is minimum separation distance between the station and building. Therefore, the accident of large hydrogen gas release must be prevented by using safety devices and the safety distance may be set based on the small release rate of hydrogen gas. But if there are any possibility of large release, populated building, such as school, hospital etc, should be separated several hundred meters.
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문제 정의
본 연구에서는 고압의 수소저장 시설로부터 가스누출속도, 제트누출현상 해석, 제트화제 피해거리, 그리고 대량의 수소 가스누출에 의한 화재 및 피해 범위를 살펴보았다.
따라서 수소 생산·수송·이용에 있어서 대부분 고압의 수소가스 상태로 용기에 저장하고 있으며, 이에 대한 위험성 분석과 사고시나리오에 따른 피해정도 해석기술을 개발하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 고압의 수소저장 시설로부터 가스누출속도, 제트누출현상 해석, 제트화제 피해거리, 그리고 대량의 수소 가스누출에 의한 화재 및 피해범위를 살펴보고자 한다. 수소가스의 경우 점화에너지가 매우 낮기 때문에 대량의 가스누출 될 경우 누출 즉시 즉 수분 내 점화되어 폭발 또는 화재가 발생하고, 소량의 가스 누출이 될 경우 점화되지 않을 가능성이 있으므로 제트누출에 의한 수소가스의 농도 분포해석이 필요하다[1].
수소가스의 경우 점화에너지가 매우 낮기 때문에 대량의 가스누출 될 경우 누출 즉시 즉 수분 내 점화되어 폭발 또는 화재가 발생하고, 소량의 가스 누출이 될 경우 점화되지 않을 가능성이 있으므로 제트누출에 의한 수소가스의 농도 분포해석이 필요하다[1]. 이를 통하여 도심지에 설치될 수소 충전소 등의 시설에 대한 안전거리 설정의 개념적 접근방법을 살펴보고자 한다.
성능/효과
따라서 고압의 수소 시설로부터 소량의 가스누출이 발생할 경우 피해거리는 수 십 미터에 이를 수 있으며, 시설의 운전압력의 제곱근에 비례하는 것을 알 수 있다. 그리고 대량의 가스 누출이 발생하여 화재 또는 폭발이 발생 할 때 피해범위는 폭발에 비하여 화재 피해범위가 큰 것을 알 수 있었다. 수소시설의 배관 완전파손 등 대량의 수소가스가 누출 될 경우 피해거리가 수 백 미터에 달 할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수소가스의 연소한계 농도는?
수소가스가 누출될 때 누출 스트림 라인을 따라서 누출 홀로부터 거리가 증가할수록 농도는 감소하게 된다. 수소가스의 연소한계 농도는 4%~75%로 알려져 있으며, 만약 연소한계 내에 건물 등이 있는 경우에는 건물 내부로 가연성 수소가스가 침투하여 폭발사고를 유발할 수 있다. 따라서 연소범위 내에 시설물이 있으면 위험하기 때문에 하나의 안전거리 설정의 기준으로 수소 제트누출에 의한 누출방향으로 가스농도 변화를 분석하는 것이 중요하다.
수소를 에너지 매개체로 활용하기 위하여 무엇보다 우선적으로 해결해야하는 문제점은?
수소는 친환경적 청정기능 특성뿐만 아니라 다양한 에너지원으로부터 제조 가능하므로 에너지 전달 매개체로 가장 적합한 물질로 인식되어 미국, 유럽, 일본 등 선진국에서는 수소에너지에 대하여 최근 매우 활발히 연구를 수행하고 있다. 수소는 다른 탄화수소에 비하여 에너지 저장밀도가 낮고 폭발위험성이 높은 단점을 가지고 있는 물질이므로 에너지 매개체로 활용하기 위하여 무엇보다 우선적으로 안전의 문제점이 해결되어야 한다. 즉 수소 생산 장소에서 분산된 사용 장소까지 경제적인 생산․ 공급․이용 시스템의 안전성확보가 수소를 에너지 매개체로 사용하는데 있어서 우선적으로 검토되어야 할 문제이다.
탄소발생을 억제할 수 있는 차세대의 새로운 에너지 순환 시스템으로 거론되고 있는 수소에 대한 인식은 어떠한가?
지구환경문제에 대한 기후협약에 의하여 탄소세 부과 등으로 선진국에서는 탄소발생을 억제할 수 있는 차세대의 새로운 에너지 순환 시스템으로 수소를 거론하고 있다. 수소는 친환경적 청정기능 특성뿐만 아니라 다양한 에너지원으로부터 제조 가능하므로 에너지 전달 매개체로 가장 적합한 물질로 인식되어 미국, 유럽, 일본 등 선진국에서는 수소에너지에 대하여 최근 매우 활발히 연구를 수행하고 있다. 수소는 다른 탄화수소에 비하여 에너지 저장밀도가 낮고 폭발위험성이 높은 단점을 가지고 있는 물질이므로 에너지 매개체로 활용하기 위하여 무엇보다 우선적으로 안전의 문제점이 해결되어야 한다.
참고문헌 (5)
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)
Jo Y-D. and Ahn B.J., "A simple model for the release rate of hazardous gas from a hole on high pressure pipeline", J. of Hazardous Materials, 97(1-3), 31-46, (2003)
Jo Y-D. and Ahn B.J., "Analysis of Hazard Area Associated with High Pressure Natural Gas Pipeline", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 15, 179-188, (2002)
Saffers, J.-B. Molkov, V. V., "Towards hydrogen safety engineering for reacting and non-reacting hydrogen releases", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, xx, 1-7, (2011)
Jo Y-D. and Ahn B.J., "Analysis of Hazard Area Associated with Hydrogen Gas Transmission Pipelines", International Journal of Hydrogen Energy 31(14) 2122-2130, (2006)
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