국내 수소타운 내 0.1MPa 이하 저압 수소 사용시설의 안전관리 항목 분석 An Analysis of Safety Management Items for Low Pressure Hydrogen Facility below 0.1MPa in Domestic Hydrogen Town원문보기
전 세계적으로 수소에너지에 대한 관심이 점차 증가함에 따라 수소 생산, 저장, 운송, 이용 분야에서 응용 기술의 개발이 활발히 진행되고 있다. 국내에서도 울산 수소타운을 조성하여 시범운영 중에 있어 수소에너지 응용처 확대에 대한 가능성을 높이고 있다. 울산 수소타운은 가스 사용 압력에 따라 고압부와 저압부로 구분할 수 있는데 고압부는 '고압가스안전관리법'을 적용하여 안전관리를 하고 있고 저압부는 '수소타운 시범사업의 안전관리에 관한 지침'을 적용하여 운영 중에 있다. 본 논문에서는 울산 수소타운 내 0.1MPa 이하 저압 수소 사용시설의 안전관리 효율성 향상을 위해 저압 수소사용 시설 및 안전관리 항목 분석을 통해 안전관리 방향성을 검토하고 향후 개선 방향을 제시하고자 하였다. 본 연구의 결과를 통해 국내 수소타운 활성화 및 안전 관리 효율성 증대에 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.
전 세계적으로 수소에너지에 대한 관심이 점차 증가함에 따라 수소 생산, 저장, 운송, 이용 분야에서 응용 기술의 개발이 활발히 진행되고 있다. 국내에서도 울산 수소타운을 조성하여 시범운영 중에 있어 수소에너지 응용처 확대에 대한 가능성을 높이고 있다. 울산 수소타운은 가스 사용 압력에 따라 고압부와 저압부로 구분할 수 있는데 고압부는 '고압가스안전관리법'을 적용하여 안전관리를 하고 있고 저압부는 '수소타운 시범사업의 안전관리에 관한 지침'을 적용하여 운영 중에 있다. 본 논문에서는 울산 수소타운 내 0.1MPa 이하 저압 수소 사용시설의 안전관리 효율성 향상을 위해 저압 수소사용 시설 및 안전관리 항목 분석을 통해 안전관리 방향성을 검토하고 향후 개선 방향을 제시하고자 하였다. 본 연구의 결과를 통해 국내 수소타운 활성화 및 안전 관리 효율성 증대에 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.
As the interest in hydrogen energy is being increased, it is a widely issue to develop a lot of hydrogen technologies in the field of production, storage, transportation, application and others. In the aftermath, there is a hydrogen town in Ul San, which is expected to expand application fields of h...
As the interest in hydrogen energy is being increased, it is a widely issue to develop a lot of hydrogen technologies in the field of production, storage, transportation, application and others. In the aftermath, there is a hydrogen town in Ul San, which is expected to expand application fields of hydrogen energy, as a demonstration project. The hydrogen town in Ul San can consist of high and low pressure part by the gas pressure. The high pressure part is managed by 'the high pressure gas safety control act'. And, low pressure part is managed by 'the guideline for the safety management of demonstration project of hydrogen town'. In this paper, to improve efficiency of safety management, the direction of safety management is reviewed by an analysis of low pressure hydrogen facility and safety management items. And then, some improvement directions are suggested. In the end, it is expected that the results of this study could help to activate construction of hydrogen town and improve efficiency of safety management as well.
As the interest in hydrogen energy is being increased, it is a widely issue to develop a lot of hydrogen technologies in the field of production, storage, transportation, application and others. In the aftermath, there is a hydrogen town in Ul San, which is expected to expand application fields of hydrogen energy, as a demonstration project. The hydrogen town in Ul San can consist of high and low pressure part by the gas pressure. The high pressure part is managed by 'the high pressure gas safety control act'. And, low pressure part is managed by 'the guideline for the safety management of demonstration project of hydrogen town'. In this paper, to improve efficiency of safety management, the direction of safety management is reviewed by an analysis of low pressure hydrogen facility and safety management items. And then, some improvement directions are suggested. In the end, it is expected that the results of this study could help to activate construction of hydrogen town and improve efficiency of safety management as well.
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문제 정의
매설배관 부분은 배관 재료, 설치, 접합 등에 대해 분석하고 매설배관으로 분류되어 있는 폴리에틸렌 배관의 삼투성 문제로 인한 수소시설 적용의 추가 검증 필요성을 제시하였다. 그리고 수소 사용시설은 설비기준 등의 안전관리 항목 외에도 가스누출검지기의 적용방안 및 수소 누출 시 경보 설정 범위의 추가 검증의 필요성을 제시하고 수소품질에 대한 검토를 통해 일산화탄소, 암모니아 등의 불순물 함유량에 대한 다각도의 검토 필요성을 관련 연구 사례를 통해 제시하였다.
울산에 위치한 산업단지에서 생산되는 부생수소를 이용해 연료전지가 발전할 수 있는 전력은 약 170MWh로 양질의 에너지 공급원이 될 수 있는 가능성이 매우 높다. 따라서 해당 지자체에서는 울산의 이러한 장점을 극대화하고 국가 에너지 정책에 부흥하고자 세계 최대의 수소타운을 조성하였다. 울산 수소타운은 울산시 온산읍 일대에 조성되어 운영되고 있으며 울산광역시와 울산테크노파크가 중심이 되어 국내 연료전지 제조사 및 수소설비 및 안전관리 유관기업 등이 참여하였다.
본 논문에서는 울산 수소타운 내 0.1MPa 미만 저압 구간의 주요 시설 및 해당 안전관리 항목 분석을 통해 안전관리의 효율 향상 및 향후 안전관리 기준 개정의 방향성을 제시하고자 하였다.
본 논문에서는 울산 수소타운 내 0.1MPa 미만의 압력 환경으로 운영되는 주요 수소 사용시설 및 해당 안전관리 항목 분석을 통해 안전관리 방향성 제시 및 효율성 제고에 기여하고자 하였다.
제안 방법
또한, 압력조정설비는 고압 및 저압 구간이 공존하며 특히 외부에 설치되어 있어 안전관리가 수시로 이루어져야 할 것으로 판단된다. 매설배관 부분은 배관 재료, 설치, 접합 등에 대해 분석하고 매설배관으로 분류되어 있는 폴리에틸렌 배관의 삼투성 문제로 인한 수소시설 적용의 추가 검증 필요성을 제시하였다. 그리고 수소 사용시설은 설비기준 등의 안전관리 항목 외에도 가스누출검지기의 적용방안 및 수소 누출 시 경보 설정 범위의 추가 검증의 필요성을 제시하고 수소품질에 대한 검토를 통해 일산화탄소, 암모니아 등의 불순물 함유량에 대한 다각도의 검토 필요성을 관련 연구 사례를 통해 제시하였다.
압력조정설비 부분은 현재 적용되고 있는 시설배치, 재료 및 설비기준 등에 대해 분석하고 이상음, 누출음 등의 수소 공급 중 이상 현상의 인지방법 및 이상 발생 시 안전관리자, 시설관리소 비상 연락처 등 긴급 대응방법 등의 표시 방향을 제시하였다. 또한, 압력조정설비는 고압 및 저압 구간이 공존하며 특히 외부에 설치되어 있어 안전관리가 수시로 이루어져야 할 것으로 판단된다.
대상 데이터
또한, 근교의 산업단지 내 화학 플랜트의 부생수소를 공급받아 울산수소타운에서 생산할 수 있는 전력량은 약 195kW로 건물용 연료전지 시스템이 1kW급 140기, 5kW급 9기, 10kW급 1기가 각각 설치되어 있다[8]. 해당 연료전지 시스템은 국내 A社의 사택, 기숙사 및 체육관과 온산읍사무소에 설치되어 운영되고 있으나 본 논문에서는 1kW급 연료전지 시스템 140기가 설치되어 있는 A社의 사택부지 내에 조성된 수소타운을 중심으로 분석을 진행하였다.
후속연구
3은 1 ~ 2ppm으로 완화된 기준을 운영하고 있어 수소품질 실증평가 등을 통해 국내 운영 환경에 적합한 기준 제시가 필요할 것으로 보인다. 그 밖에 포름산, 암모니아 등의 불순물에 대한 검토도 추가되어야 할 것으로 판단된다.
본 연구에 제시된 안전관리 기술 개발 방향은 울산 수소타운 내 수소 사용시설의 안전관리 효율성 증대에 기초 자료로 활용이 가능할 것으로 기대하며 나아가 국내 수소타운 및 수소 이용기기의 보급 활성화에도 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.
4 : Standard for hydrogen piping systems at user locations’, ‘KS B ISO 15916 : 수소 시스템의 안전을 위한 기본적인 고려 사항’ 등의 기준을 살펴보면 해당 규격 역시 폭발하한계의 1/4에서 경보를 울리는 것으로 규정되어 있는데 ‘OSHA : Permit-required confined spaces’에서 제시하고 있는 설정치에는 폭발하한계의 1/10 수준으로 비교적 엄격한 기준을 적용하는 것으로 파악되고 있다[14-16]. 수소의 경우 타 가연성 가스에 비해 확산속도가 매우 빠르기 때문에 향후 수소 누출에 따른 유동특성 분석 및 가스누출검지기 특성 분석 등의 추가연구를 통해 수소타운 내 저압시설에 적합한 경보 설정치의 도출이 필요하다. 이 외에도 확산속도가 빠른 수소의 특성에맞는 자연환기설비의 크기 및 가스누출검지기 최적설치 위치 등의 안전설비 구조에 대한 검증이 필요할 것으로 보인다.
울산 수소타운은 부생수소를 공급받아 연료로 활용하고 있지만 수소 생산방식은 수전해, 개질방식 등 다양한 방법이 존재하기 때문에 각각의 생산방식의 특성을 모두 포함할 수 있는 품질 규격이 필요할 것이다. 생산방식에 따라 차이가 있을 수 있으나 연료로 공급되는 수소에는 일산화탄소 및 암모니아 등 다양한 불순물을 포함하고 있을 가능성이 있다.
수소의 경우 타 가연성 가스에 비해 확산속도가 매우 빠르기 때문에 향후 수소 누출에 따른 유동특성 분석 및 가스누출검지기 특성 분석 등의 추가연구를 통해 수소타운 내 저압시설에 적합한 경보 설정치의 도출이 필요하다. 이 외에도 확산속도가 빠른 수소의 특성에맞는 자연환기설비의 크기 및 가스누출검지기 최적설치 위치 등의 안전설비 구조에 대한 검증이 필요할 것으로 보인다. 또한, 울산 수소타운에 공급되는수소는 ‘수소타운 시범사업의 안전관리에 관한 지침’에 품질 규격을 명시하여 관리하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
압력조정설비의 안전관리 시 검토해야 할 주요 항목 중 재료의 기준은?
해당 주요 항목을 간략히 살펴보면 압력조정설비는 유지관리가 편리하고 해당 시설에 대한 위해 우려가 없도록 설치되어야 하며 원칙적으로 건축물 외부에 설치되어야 한다. 구축하기 위해 이용되는 재료는 불연 재료의 사용이 필수적이며 특히 캐비닛은 내식성이 있는 재료로 제작이 되어야 한다. 압력조정설비의 기초는 철근콘크리트와 앵커 보울트를 사용하여 시공하도록 하며 내부는 설비 조작에 필요한 필수 공간을 확보하고 침수방지 등의 추가 조치가 필요하다.
수소타운이란?
Fig 1과 같이 수소타운은 물의 전기분해, 수증기 개질반응, 부생가스 분리 등의 공정을 통해 생산된 수소를 배관 또는 운송수단을 통해 특정지역에 조성된 수소 사용시설의 연료전지를 포함한 수소 이용기기를 통해 스스로 생활에 필요한 전기와 열을 생산하는 에너지 자립 마을이다. 국내에서 운영 중인 울산 수소타운은 부생수소를 배관을 통해 원격지의 수요지역에 공급하는 시스템으로 1MPa 이상 고압부의 가스시설에 대한 안전관리는 ‘고압가스안전관리법’을 적용하여 운영 중에 있으며 0.
울산 수소타운은 가스 사용 압력에 따라 고압부와 저압부로 구분할 수 있는데 각각은 어떤 법과 지침을 적용하여 운용하고 있는가?
국내에서도 울산 수소타운을 조성하여 시범운영 중에 있어 수소에너지 응용처 확대에 대한 가능성을 높이고 있다. 울산 수소타운은 가스 사용 압력에 따라 고압부와 저압부로 구분할 수 있는데 고압부는 '고압가스안전관리법'을 적용하여 안전관리를 하고 있고 저압부는 '수소타운 시범사업의 안전관리에 관한 지침'을 적용하여 운영 중에 있다. 본 논문에서는 울산 수소타운 내 0.
참고문헌 (20)
Michael Ball, "The future of hydrogen-opportunities and challenges", Hydrogen energy, 34, 615-627, (2009)
Harikishan R. Ellamla, Iain Staffell, Piotr Bujlo, Bruno G. Pollet, SivaKumar Pasupathi, "Current status of fuel cell based combined heat and power systems for residential sector", Journal of Power Sources, 293, 312-328, (2015)
Jun, D. C., "A Study on Safety Policies for a Transition to a Hydrogen Economy", Transactions of the Korean hydrogen and new energy society, 25(2), 161-172, (2014)
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KGS, Facility. Technical. Inspection Code for Governors of General Urban Gas Business, KGS FS552, (2015)
KGS, Facility. Technical. Inspection Code for Urban Gas Using Facilities, KGS FU551, (2015)
Shi Jianfeng, " Defects classification and failure mode of electrofusion joint for connecting polyethylene pipes", Journal of applied polymer science, 124(5), pp 4070-4080, (2012)
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