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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 임종국
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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제목 : 케스케이드 방식 압축시스템 기반의 수소충전소에 대한 정성적 위험성평가
本 硏究는 보다 安全한 水素充電所 建設과 普及을 爲한 硏究이다.
최근 국내에서 표준모델 형태(KR model)로 확산되고 있는 수소충전소의 경우 100 MPa이상의 설계압력과 87 MPa이상의 운전압력을 기준으로 건설되고 있다. 물론 최대한의 안전설비를 갖추고 있는 실정이겠지만, 극고압을 다루는 만큼 사고가 발생했을 때를 예상하고 그 피해를 최소화하기 위한 연구가 필요하다고 본다.
따라서 본 연구에서는 1차적으로 최악의 사고가 발생할 수 있는 시나리오를 기반으로 피해규모를 예측하고자 하였고, 2차적으로는 피해규모 예측결과를 기초로 보다 안전한 설계 형태를 제안하였다.
피해규모를 예측하는 방법은 전산유체역학(CFD)을 이용한 Flacs solver로 실시하였으며, 오사카가스에서 실시한 수소누출, 폭발에 대한 실험결과와 비교하여 Solver의 정확성에 대해서 검증하였다.
전산유체역학을 이용한 피해규모예측은 수소누출과 폭발에 대해서 실시하였으며, 예측 대상은 실측치를 기반으로 한 KR model로 하였다. 그리고 이에 대한 비교검토 모델로는 천정이 없는 형태인 Roofless model을 선정하여 수행하였다.
두 모델에 대한 수소 누출시의 확산경향에 대해서 분석한 결과 KR model에서는 내부가 60 vol% 이상까지 수소가스가 누적·체류되는 현상을 확인 할 수 있었던 반면, Roofless model의 경우에는 누출 후 벽면을 타고 충전소 외부로 방출·확산되는 현상을 확인 할 수 있었다.
가스폭발 분석 결과 또한 Roofless model이 안전상에서는 유리한 것으로 나타났다. KR model의 경우 인근 건물에 0.5 barg이상의 폭발과압이 영향을 미치는 것으로 검토된 반면 Roofless model의 경우 폭발과압이 수직방향으로 해소되면서 KR model보다 50 % 낮은 폭발과압을 형성하는 것으로 검토되었다.
결론적으로 국내에 표준모델로 보급ㆍ확산되고 있는 수소충전소 모델보다는 천정이 없는 수소 충전소 형태가 수소누출시의 피해, 누출된 수소폭발시의 피해를 고려했을 때 안전상 유리한 것으로 검토되었다. 따라서 이런 비교 검토를 통해 도출된 개선안은 보다 안전한 수소충전소가 널리 확산·건설 되는데, 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
本 硏究는 보다 安全한 水素充電所 建設과 普及을 爲한 硏究이다.
최근 국내에서 표준모델 형태(KR model)로 확산되고 있는 수소충전소의 경우 100 MPa이상의 설계압력과 87 MPa이상의 운전압력을 기준으로 건설되고 있다. 물론 최대한의 안전설비를 갖추고 있는 실정이겠지만, 극고압을 다루는 만큼 사고가 발생했을 때를 예상하고 그 피해를 최소화하기 위한 연구가 필요하다고 본다.
따라서 본 연구에서는 1차적으로 최악의 사고가 발생할 수 있는 시나리오를 기반으로 피해규모를 예측하고자 하였고, 2차적으로는 피해규모 예측결과를 기초로 보다 안전한 설계 형태를 제안하였다.
피해규모를 예측하는 방법은 전산유체역학(CFD)을 이용한 Flacs solver로 실시하였으며, 오사카가스에서 실시한 수소누출, 폭발에 대한 실험결과와 비교하여 Solver의 정확성에 대해서 검증하였다.
전산유체역학을 이용한 피해규모예측은 수소누출과 폭발에 대해서 실시하였으며, 예측 대상은 실측치를 기반으로 한 KR model로 하였다. 그리고 이에 대한 비교검토 모델로는 천정이 없는 형태인 Roofless model을 선정하여 수행하였다.
두 모델에 대한 수소 누출시의 확산경향에 대해서 분석한 결과 KR model에서는 내부가 60 vol% 이상까지 수소가스가 누적·체류되는 현상을 확인 할 수 있었던 반면, Roofless model의 경우에는 누출 후 벽면을 타고 충전소 외부로 방출·확산되는 현상을 확인 할 수 있었다.
가스폭발 분석 결과 또한 Roofless model이 안전상에서는 유리한 것으로 나타났다. KR model의 경우 인근 건물에 0.5 barg이상의 폭발과압이 영향을 미치는 것으로 검토된 반면 Roofless model의 경우 폭발과압이 수직방향으로 해소되면서 KR model보다 50 % 낮은 폭발과압을 형성하는 것으로 검토되었다.
결론적으로 국내에 표준모델로 보급ㆍ확산되고 있는 수소충전소 모델보다는 천정이 없는 수소 충전소 형태가 수소누출시의 피해, 누출된 수소폭발시의 피해를 고려했을 때 안전상 유리한 것으로 검토되었다. 따라서 이런 비교 검토를 통해 도출된 개선안은 보다 안전한 수소충전소가 널리 확산·건설 되는데, 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
목차
I. 서 론 11. 연구배경 및 목적 1Ⅱ. 연구 방법 41. 연구방법 42. 수소충전 설비 42.1. 수소충전소 42.1.1 수소 충전 산업 배경 42.1.2 충전소에서의 수소공급 방식 52.2. 수소충전 시스템 72.2.1 수소충전 시스템 설계 72.2.2 케스케이드 방식 수소충전 시스템 72.3. 수소충전소 모델 선정 92.3.1 수소충전소 모델 결정 92.3.2 수소충전소 모델(KR model) 92.3.3 상부 개방식 모델(Roofless model) 113. 사고 시나리오 133.1. 시나리오 설정 배경 133.1.1 개 요 133.1.2 최악의 시나리오 133.2. 누출·폭발 시나리오 설명 16Ⅲ. 연구 결과 및 고찰 171. 가스 확산 현상 분석 및 결과 171.1. 가스 확산 현상 분석 171.1.1 가스 확산 현상 분석 방법 171.1.2 Flacs dispersion solver 설명 211.1.3 가스 확산 CFD Solver의 검증 241.2. 가스 확산 현상 분석 조건 291.2.1 누출량 산출 291.2.2 가스 확산 시뮬레이션 계획 331.3. 가스 확산 현상 분석 351.3.1 A2-1MS와 A2-5MS 비교 351.3.2 A1-KR model과 A1-Roofless 비교 432. 폭발영향 분석 및 결과 492.1. 가스폭발 현상 분석 492.1.1 가스 확산 현상 분석 방법 492.1.2 Flacs solver 설명 492.1.3 Flacs solver의 검증 502.2. 가스폭발영향 분석 조건 532.3. 가스폭발영향 분석 결과 542.3.1 KR model에 대한 결과 542.3.2 Roofless model에 대한 결과 542.3.3 두 가지 Model에 대한 비교 55Ⅵ. 결 론 63참고문헌 66Abstract 68
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