• 한국가스학회지
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• 제27권4호
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• pp.102-109
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• 2023

수소사회 실현에 있어 수요자가 수소를 가장 쉽게 만날 수 있는 시설인 수소충전소의 안전 확보가 중요하다. 수소충전소는 고압의 수소를 저장하는 압축가스설비 등으로 구성되어 있으며, 시설 내 수소 누출로 인한 화재폭발 또는 주변 화재의 영향으로 고압의 압축가스설비가 파열될 위험이 있다. 이에, 한국가스안전공사는 설치단계부터 위험요인을 찾아내 설계에 반영하고 법정 검사를 통한 안전 확보에 만전을 다하고 있다. 본 연구에서는 수소충전소에 설치하는 방호벽의 안전성 효과를 확인하기 위해 방호벽을 이용한 TNT 폭발 실증시험을 실시하고, CFD 프로그램인 FLACS-CFD를 이용하여 실증시험 결과와 비교·검증하였다. 실증시험 및 CFD 해석 결과 방호벽 후단에서 폭발 과압의 감소 효과가 위치에 따라 50 %에서 최대 90 %까지 감소하는 것이 확인되나, 일정거리를 벗어나면 그 효과가 떨어지는 것을 확인하였다. 방호벽의 안전성 검증을 위한 실증시험 및 전산해석 결과는 향후 방호벽 기준 최적화를 위한 제안에 활용하고자 한다.

• 한국안전학회지
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• 제36권3호
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• pp.1-6
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• 2021

Hydrogen is considered a cleaner energy source than fossil fuels. As a result, the use of hydrogen in daily life and economic industries is expected to increase. However, the use of hydrogen energy is currently limited because of safety issues. The rate of combustion of the hydrogen mixture is about seven times higher than that of hydrocarbon fuels. The hydrogen mixture is highly flammable and has a low minimum ignition energy. Therefore, it presents considerable risks for fire and explosions in all areas of hydrogen manufacturing, transportation, storage, and use. In this study, the auto-ignition characteristics of hydrogen were investigated numerically for diluted hydrogen mixtures. Auto-ignition temperature, a critical property predicting the fire and explosion risk in hydrogen combustion, was determined in well-stirred reactors. When N₂ and CO₂ were used to dilute the hydrogen/air mixture, the ignition delay time increased with increasing dilution ratios in both cases. The CO₂-diluted mixtures exhibited a longer ignition delay than the N₂-diluted mixtures. We also confirmed that lower initial ignition temperatures increased the ignition delay times at 950 K and above. Overall, the auto-ignition characteristics, such as the concentrations of participating species and ignition delay times, were primarily affected by the initial temperature of the mixture.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권4호
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• pp.305-316
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• 2022

화석연료의 고갈과 환경문제의 대안으로 수소에너지가 부각되고 있으며, 자동차 산업에서도 수소차의 보급이 증가하고 있다. 그러나 수소는 가연농도 범위가 4~75%로 넓은 가연영역을 가지고 있어 수소차 사고 시 안전에 대한 우려가 높은 실정이다. 특히, 터널이나 지하주차장과 같은 반밀폐 공간에서는 수소누출에 따른 화재나 폭발이 대형사고를 유발할 가능성이 높기 때문에 수소누출에 따른 가연영역 분석을 통해 수소 안전성에 대한 검토가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 표준단면의 도로터널에서 수소차량의 수소 누출조건과 터널 내 풍속에 따른 수소농도 해석을 수행하여 터널 내 풍속이 가연영역에 미치는 영향을 검토하였다. 수소의 누출조건은 1개의 탱크와 3개의 탱크가 통시에 TPRD를 통해 누출되는 조건과 대형크랙이 발생하여 누출하는 조건으로 하였으며, 터널 내 풍속은 0, 1, 2.5, 4.0 m/s를 고려하였다. 가연영역에 대한 검토결과, 1 m/s 이상의 풍속이 존재하는 경우에는 풍속이 없는 경우와 비교하여 최대 25%수준까지 감소하는 것으로 나타나고 있으며, 풍속증가에 따른 가연영역의 감소효과는 거의 없는 것으로 나타나고 있다. 특히 대형크랙이 발생하여 약 2.5초 만에 완전히 누출되는 경우에는 풍속이 증가하면 가연영역이 약간 증가하는 것으로 나타나고 있다. 또한 하향 분출되는 경우에 풍속이 작은 차량하부 영역에 수소가스가 상당히 긴 시간동안 잔류하는 것으로 분석되었다.

• 한국가스학회지
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• 제25권6호
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• pp.74-79
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• 2021

본 연구는 수소경제 활성화에 따른 글로벌 수소경제 현황과 현재 사용 중인 에너지원들의 안전성을 분석하였다. 수소경제의 이해와 정부 정책 동향 파악, 기존 사용 에너지인 가솔린, 프로판, 메탄과의 특성 비교 분석 및 정량적 피해영향평가 프로그램인 PHAST를 활용하여 각 에너지원별 피해영향평가를 실시하였다. 분석 결과를 활용해 본 연구는 수소경제 활성화를 위한 수소에너지의 안전성을 분석하고 안전성 제고 방안에 대해 제시하고자 한다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권8호
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• pp.2960-2973
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• 2022

Since Fukushima nuclear power plant (NPP) accident in 2011, the importance of research on various severe accident phenomena has been emphasized. Particularly, detailed analysis of combustion risk is necessary following the containment damage caused by combustion in the Fukushima accident. Many studies have been conducted to evaluate the risk of local hydrogen concentration increases and flame propagation using computational code. In particular, the potential for combustion by local hydrogen concentration in specific areas within the containment has been emphasized. In this study, the process of flame propagation generated inside a reactor core to containment during a loss of coolant accident (LOCA) was analyzed using MELCOR 2.1 code. Later in the LOCA scenario, it was expected that hydrogen combustion occurred inside the reactor core owing to oxygen inflow through the cold leg break area. The main driving force of the oxygen intrusion is the elevated containment pressure due to the molten corium-concrete interaction. The thermal and mechanical loads caused by the flame threaten the integrity of the containment. Additionally, the containment spray system effectiveness in this situation was evaluated because changes in pressure gradient and concentrations of flammable gases greatly affect the overall behavior of ignition and subsequent containment integrity.

• 소성∙가공
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• 제33권3호
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• pp.169-177
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• 2024

Recently, hydrogen energy has been widely used because of strict regulations on greenhouse gas emissions. For using the hydrogen energy, it is required to supply hydrogen through a tube trailer. However hydrogen tube trailer can have excessive load problems during transportation due to reasons such as road shape and driving method, which may lead a risk of hydrogen leakage. So it is necessary to secure a high level of safety. The purpose of this study is to evaluate structural safety for the conservative design of hydrogen tube trailer. First, finite element(FE) modeling of the designed hydrogen tube trailer was performed. After that, safety evaluation method was established through static structural simulation based on the standard GC207 conditions. In addition, effectiveness of the designed model was confirmed through the results of the structural safety evaluation. Finally, driving simulation was used to derive acceleration graph according to time, which was considered as a dynamic property for the evaluation of conservative tube trailer safety evaluation. And dynamic structural simulation was conducted as a condition for actual transportation of tube trailer by applying dynamic properties. As a results, conservative safety was evaluated through dynamic structural simulation and the safety of hydrogen tube trailer was confirmed through satisfaction of the safety rate.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.47-60
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• 2021

수소는 차세대 에너지원으로서 수소경제 활성화 로드 맵에 따라 수소를 안정적으로 생산·저장·운송하기 위한 산업과 더불어 수소차의 보급이 급속도로 이루어질 것으로 예상된다. 이에 따라 터널과 같은 반밀폐공간에서의 수소차의 사고에 대비한 안전대책이 요구되고 있다. 본 연구에서는 도로터널에서 수소차량의 안전성을 확보하기 위한 연구의 일환으로 터널 내 수소차 사고에 따른 다양한 위험요인 중 가스 누출에 따른 화재와 폭발의 위험성에 대한 기초적인 조사·연구를 수행하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 수소차 사고 시 가스누출속도는 TPRD의 오리피스직경에 의존하며, 가스가 점화되는 경우에 최대화재강도는 오리피스직경에 따라 3.22~51.36 MW (오리피스직경: 1~4 mm)에 도달하나 지속시간이 짧기 때문에 화재로 인한 위험의 가중은 거의 없는 것으로 분석되었다. 등가 TNT방법에 의해서 폭발에 따른 과도압력을 계산하였으므로 폭발수율을 0.2적용하는 경우, 안전한계 거리는 대략 35 m 정도로 분석되고 등가사망자는 보수적인 관점에서 수십 명 정도에 달할 것으로 예측된다.

• 한국가스학회지
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• 제26권6호
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• pp.59-64
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• 2022

현재 수소운송설비는 2022년 10월 말 기준 787대가 운행 중이며, Type 1 이음매 없는 용기에 최대 200 bar의 압력으로 1회 최대 340 kg을 운송한다. 현재 안전관리체계 및 설비관리는 양호한 상태이나, 안전성 강화를 위해 제도 및 설비 구조개선이 필요한 실정이다. 이에 따라, 본 논문은 수소에너지 활성화 정책에 의해 수소운송설비 보급·운영의 확대 과정 중 지난 2021년 12월 28일 대전-당진간 고속도로에서 발생한 사고사례를 모사 및 해석을 진행하였으며, 사고 분석 및 해석 결과에 따라 수소운송설비의 안전성 향상 방안에 대해 제언하였다.

• 한국가스학회지
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• 제13권1호
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• pp.45-51
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• 2009

본 논문은 국내에 건설된 충전소를 분석 검토하여 수소충전소에 대한 안전성 평가를 실시함으로써 수소충전 소의 안전성에 대한 확인과 충전소 설치 시 필요한 기준마련에 기초자료를 제공하는 것이 궁극적인 목표이다. 안전성 평가 방법으로 FMEA (Failure Mode and Effect Analysis)를 사용하였고, 충전소를 크게 4개의 공정(제조, 압축, 저장, 충전)으로 분류하였다. 또한 각각의 발견된 위험요소에 S (severity), O (occurrence), D (detection)의 점수를 부여하여 이 세 요소의 곱의 값인 RPN (Risk Priority Number)의 수치를 이용하여 위험의 우선순위를 정하고, 이를 바탕으로 시나리오를 생성하였다. 생성한 시나리오를 기반으로 사고피해영향평가 결과 주요한 사고 유형으로 jet fire와 폭발이 나타났고, PSA (pressure swing adsorption) 공정 feed line에서의 누출의 경우 원료물질에 따라 CO가스의 농도가 상이할 수도 있으나, CO가스중독 위험성을 함께 예측되었다.

• 한국가스학회지
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• 제20권3호
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• pp.12-21
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• 2016

화석연료의 의존도를 줄이고자 대체에너지 연구가 활발하게 이루어지고 있는 현재, 산업에서 가장 많이 사용하고 있는 대체에너지 중 하나가 수소이다. 수소의 수요는 매년 꾸준히 증가하고 있으며, 수소의 생산 및 이송을 위한 설비도 늘어나고 있는 실정이다. 이에 따른 수소설비에서 중대사고가 발생할 확률 또한 증가할 것으로 예상된다. 또한 산업현장에서 가장 사고를 많이 초래하는 물질은 LPG 61%, 수소 12%, LNG 10%로 세 가지 가연성가스의 사고 빈도는 높은 축에 속한다. 따라서 산업용으로 많이 사용되며 사고다발성 가연성 가스인 수소, LNG, LPG가 제한된 공간에서 폭발했을 때의 폭발위험성에 대하여 CFD 시뮬레이션을 이용하여 계산을 하였고, 그 결과들을 기반으로 비교분석하여, 제한된 공간에서의 각 가스별 폭발에 대한 위험성을 검토하였다.