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제안 방법
- 9 kgf/cm2를 적용하였다(Table 1). CFD 결과를 실험과 KS 표준 예상 결과와 비교하기 위해 폭발 하한계 (LEL) [13]측정 높이를 기준으로 약 1,000 배 크게 계산된 구의 체적을 가상체적 [14]으로 적용하였다.
- Table 2. Hazardous area classification by using CFD simulations.
- 가상체적은 안전율을 적용하기 위해 실제 CFD 프로그램으로 계산된 부피가 아닌 폭발하한계 (LEL) 측정범위의 높이를 반지름으로 하는 구의 체적을 적용하였다. 가장 높은 질량흐름속도를 가 지는 누출공 크기 2.
- 5는 가스 누출 실험과 CFD 시뮬레이션에서 얻어진 LEL 100%의 가스 측정 거리를 비교하여 보여준다. 가스 누출 실험 데이터는 기존의 연구결과를 참조하였으며[15], 실험 조건과 동일 하게 하기 위해 정압기 후단 1차 압력 조정기에 서 가장 높은 압력 0.9 kgf/cm2을 적용한 결과를 비교 하였으며, 누출율 1 g/s 미만으로 안전율 k=0.5는 소량 누출로 CFD 시뮬레이션 해석이 불가하여 k=1을 적용하였다. 누출공의 크기가 커질수록 가스 누출량이 증가하여 LEL 측정 높이 도 증가하였으며, 누출공의 크기가 0.
- 누출 실험, KS C IEC 표준, CFD 시뮬레이션 방법을 사용하여 누출공 크기에 따른 가상체적을 비교하였다(Table 2).일반적으로 누출공 크기가 커질수록 가상체적은비선형적으로 증가하였다.
- 본 연구에서는, 도시가스 공급 시설의 위험성을 평가하기 위해 전산유체역학 (CFD: computational fluid dynamics)을 도입하여, KS 표준 방법과 실험을 통해 기존에 연구된 위험성 평가 결과와 비교, 검증하였다. 또한 압연 공장 furnace 저압 도시가스 배관 시설의 폭발 위험성을 예측하기 위해 KS 표준에 구체적으로 제시되지 않은 누출공 크기, 환기 등급, 환기 효율 품질 계수, 환기 유효성 등의 주요 변수를 도입하여 폭발 위험성 [11]을 예측하고 그 결과에 따라 최종적으로 인화성 가스 또는 증기 발생 가능 장소를 0종 장소, 1종 장소, 2종 장소, 비위험 장소로 구분하고 0종, 1종 및 2종 장소에 해당될 경우 그 위험장소의 범위를 결정하였다.
- 마이크로소프트 윈도우 운영체제가 설치되어 있는 개인용 PC에서 FLACS10.3 [12]소프트웨어를 이용하여 저압 도시가스 누출 조건에 대한 가상 체적을 계산하였다(Fig. 1). 설비 내부에서 누출된 도시가스는 체류되지 않고 자연 배기 될 수 있도록 상부에 개구부가 존재하는 조건이며 실험에 사용된 누출압력 0.
- 2). 벽은 모두 밀폐된 것으로 하여 외풍을 모두 배제하고 도시가스 밀도차에 의해서만 유도되도록 geometry를 구성하였다. 정방형 박스 내부 바닥 면에 도시가스 누출 배관을 배치하였고, 누출공의 위치는 배관의 상부, 누출공은 진원으로 고려하여 시뮬레이션을 수행하였다 (Fig.
- 본 연구에서는, 도시가스 공급 시설의 위험성을 평가하기 위해 전산유체역학 (CFD: computational fluid dynamics)을 도입하여, KS 표준 방법과 실험을 통해 기존에 연구된 위험성 평가 결과와 비교, 검증하였다. 또한 압연 공장 furnace 저압 도시가스 배관 시설의 폭발 위험성을 예측하기 위해 KS 표준에 구체적으로 제시되지 않은 누출공 크기, 환기 등급, 환기 효율 품질 계수, 환기 유효성 등의 주요 변수를 도입하여 폭발 위험성 [11]을 예측하고 그 결과에 따라 최종적으로 인화성 가스 또는 증기 발생 가능 장소를 0종 장소, 1종 장소, 2종 장소, 비위험 장소로 구분하고 0종, 1종 및 2종 장소에 해당될 경우 그 위험장소의 범위를 결정하였다.
- 1). 설비 내부에서 누출된 도시가스는 체류되지 않고 자연 배기 될 수 있도록 상부에 개구부가 존재하는 조건이며 실험에 사용된 누출압력 0.5 kgf/cm2는 CFD 시뮬레이션 적용이 불가하여 정압기 후단의 저압 도시 가스 사용압력에서 가장 높은 1차 조정압력 0.9 kgf/cm2를 적용하였다(Table 1). CFD 결과를 실험과 KS 표준 예상 결과와 비교하기 위해 폭발 하한계 (LEL) [13]측정 높이를 기준으로 약 1,000 배 크게 계산된 구의 체적을 가상체적 [14]으로 적용하였다.
- 압연공장 등 금속열처리 공장 가열설비의 도시 가스 사용압력 중 정압기 후단 1차 압력 조정기 에서 가장 높은 압력 0.9 kgf/cm2을 적용한 결과를 비교 하였으며, 누출율 1 g/s 미만으로 안전율 k = 0.5는 소량 누출로 CFD 시뮬레이션 해석이 불가하여 k = 1을 적용하였다. 안전율 k 값을 1 로 적용하였으나, CFD 시뮬레이션 및 도시가스 누출실험 결과 계산된 폭발하한계(LEL) 구성 범 위인 가상체적 Vz는 실제 cloud volume 값보다 최고 1,000배 넓은 범위로 해석되는 폭발하한계 측정범위 높이 값을 반지름으로 한 구의 체적을 계산하여 KS C IEC 값과 비교하였다.
- 압연공장과 같은 제강 또는 철강공장의 대형 건물에서 사용되는 0.1 MPa 미만 저압 도시가스 배관시설의 폭발위험성 평가를 위해 KS C IEC 표준 방법, 도시가스 누출 실험 및 CFD 시뮬레이션을 통해 얻어진 가상 체적을 구하고 위험성 등급을 비교하였다.
- 벽은 모두 밀폐된 것으로 하여 외풍을 모두 배제하고 도시가스 밀도차에 의해서만 유도되도록 geometry를 구성하였다. 정방형 박스 내부 바닥 면에 도시가스 누출 배관을 배치하였고, 누출공의 위치는 배관의 상부, 누출공은 진원으로 고려하여 시뮬레이션을 수행하였다 (Fig. 3).
대상 데이터
- CFD 시뮬레이션을 위한 가스 누출 설비는 3m x 3m x3m 부피의 박스형태로 구성되며, 상부는 자연배기를 위해 폭 15 cm 정도 개방하였다(Fig. 2). 벽은 모두 밀폐된 것으로 하여 외풍을 모두 배제하고 도시가스 밀도차에 의해서만 유도되도록 geometry를 구성하였다.
데이터처리
- 5는 소량 누출로 CFD 시뮬레이션 해석이 불가하여 k = 1을 적용하였다. 안전율 k 값을 1 로 적용하였으나, CFD 시뮬레이션 및 도시가스 누출실험 결과 계산된 폭발하한계(LEL) 구성 범 위인 가상체적 Vz는 실제 cloud volume 값보다 최고 1,000배 넓은 범위로 해석되는 폭발하한계 측정범위 높이 값을 반지름으로 한 구의 체적을 계산하여 KS C IEC 값과 비교하였다.
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