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화학물질의 누출에서 빠른 감지를 위한 센서 배치 최적화
Optimal Sensor Placement for Rapid Detecting in Chemical Leak Accident 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.20 no.2, 2016년, pp.66 - 71  

조재훈 (명지대학교 화학공학과) ,  김현승 (명지대학교 화학공학과) ,  김태옥 (명지대학교 화학공학과) ,  신동일 (명지대학교 화학공학과)

초록
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현재 산업단지에는 수많은 센서로부터 얻는 정보를 이용해 누출 발생지역을 감지 감시하고 있다. 그러나 화학물질 누출사고는 꾸준히 발생하고 있으며, 때에 따라 다량의 화학물질이 누출되는 경우에는 큰 피해가 발생하고 있다. 이때 중요하게 작용하는 센서 배치가 현재까지는 과거의 경험을 통하여 그 결정이 이루어지거나, 또는 센서제작 업체에서 제시하는 가이드를 통하여 설치되고 있다. 따라서 본 연구에서는 화학물질 누출이 일어났을 때 빠른 감지 및 대응을 위해 가장 중요한 요소인 센서 배치 최적화 방법론을 제시하였다. 특히 공정구조에 따른 누출흐름이 미반영된 상태에서 초기 배치 최적화를 위해 센서 개수 최소화 측면과 화학물질감지확률 측면으로 나누어 일반적으로 사용할 수 있는 수식을 제시하였다. 제시된 방법은 간단한 누출 시나리오를 이용하여 검증을 진행하였고, 이를 통해 각 공정의 안전성 목표치를 성취함으로써 안전한 공정 운영이 가능하도록 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Nowadays, a number of sensors which are placed in industrial complex are monitoring areas involving chemical leak and other faults. However, even in the presence of the sensors, chemical leaks, sometimes involving huge amount of chemicals, continuously led to big losses in the industrial complex. In...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 공정에 최적의 센서 배치를 통해 누출원을 조기에 감지하고 초기대응을 할수 있도록 센서 배치 최적화를 하였다. 목적함수 설정을 위하여 시나리오에 적용할 공간을 미세한 격자로 나누어 누출이 이루어질 point와 센서를 설치할 point를 설정해주었고, 이때 센서의 설치는 일반적 방법인 각 장치마다 설치를 기본으로 하였다.

가설 설정

  • 가정1 : 유체는 좌측 상단 계단에서 우측 하단 계단으로 흐른다.
  • 가정2 : 유체는 구조물에 의한 영향을 받지 않는다. 즉 누출을 구조물에서 일어나지만 구조물이 없는 평면상태로 가정한다.
  • 시나리오를 통하여 formulation을 검증하기 위해 Flacs에서 제공하는 시나리오에 적용하였다[11]. 염소가 사용되는 공정으로 공간의 크기는 20x22.5m로 설정되고 이때 3가지의 가정을 통해 시나리오를 간단히 하였다.
  • 가정2 : 유체는 구조물에 의한 영향을 받지 않는다. 즉 누출을 구조물에서 일어나지만 구조물이 없는 평면상태로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산업단지란? 산업단지는 고도의 자본, 기술 집약적 산업으로서 한 국가의 산업화의 잣대로까지 간주될 수 있는 기간산업이다. 그러나 산업단지에서 화학물질 유출사고로 인명피해와 중요한 시설들이 붕괴되는 문제가 발생하고 있다[1].
누출된 후 유독물질은 어떤 형태로 바람에 의해 이동하는가? 분산모델은 기체상태의 화학물질이 사고지점에서 공장이나 다른 인근지역으로 바람에 전달되는 현상을 설명해 준다. 누출된 후 유독물질은 독특한 plume 또는 puff의 형태로 바람에 의해 멀리 이동한다. 유독물질은 공기로 분산되어 급격히 혼합되기 때문에 농도는 누출원에서 바람에 의해 진행 될수록 저하된다.
산업단지에서 일어난 화학물질 유출사고의 예는? 그러나 산업단지에서 화학물질 유출사고로 인명피해와 중요한 시설들이 붕괴되는 문제가 발생하고 있다[1]. 예로써 이천에서 가스 누출로 인하여 13명의 인명 피해가 발생하였고, 청주에서도 반도체의 폐염산수용액 가스 누출이 이루어져 18명의 인명 피해가 발생하였다. 이와 같은 사고의 발생률을 감소시키기 위해 여러 방법을 적용하고 있지만 사고는 꾸준히 발생하고 있다.
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참고문헌 (11)

  1. Park, M. N., A Comparative Study on Models and Simulation Systems of Accidental Gas Explosion, M.S. Thesis, Myongji University, (2005) 

  2. Sam, M., Lees' Process Safety Essentials:Hazard Identification, Assessment and control, 1st ed., Butterworth-Heinemann, Amsterdam, (2014) 

  3. Jack, C., Hazardous Gas Monitors: A Practical Guide to Selection, Operation and Applications, 1st ed., McGraw-Hill, New York, (2000) 

  4. Daniel, A. C. and Joseph, F. L., Chemical Process Safety: Fundamentals with Applications, 3rd ed., Prentice Hall PTR, Boston, (2011) 

  5. Vid, Y., Gas Detection Handbook, 15th ed., MSA The Safety Company, (2007) 

  6. Cho, S. H., A Study On Optimal Sensor lacation based on Minimax Method With Cost Minimization, M.S. Thesis, Seoul University, (2014) 

  7. Legg, S. W. and Benavides-Serrano, A. J., "A stochastic programming approach for gas detector placement using CFD-based despersion simulations", Computers and Chemical Engineering, 47, 194-201, (2012) 

  8. Benavides-Serrano, A. J. and Mannan, M. S., "A quantitative assessment on the placement practices of gas detectors in the process industries", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 35, 339-351, (2014) 

  9. Ucinski and Dariusz, "Optimal sensor location for parameter estimation of distributed processes", International Journal of control, 73(13), 1235-1248, (2000) 

  10. Cevriye, G., "Chemical agent detector placement methodology", Applied Mathematics and Computation, 195(2), 542-557, (2008) 

  11. Scott, D., Olav, R. H., Filippo, G., and Are, B., "Using CFD to Analyze Gas Detector Placement in Process Facilities", Mary Kay O'Connor Process Safety Center Symposium 2011, International Process Safety Symposium 2011, (2011) 

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