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.
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.
본 연구는 국제공동 연구로 개발 된 HyKoRAM 프로그램을 이용하여 저장설비(튜브트레일러)의 누출 시 위험성평가를 진행하였다. 수소충전소 내의 고압가스설비는 크게 4가지로 저장설비(튜브트레일러), 처리설비(압축기), 압축가스설비, 충전설비(디스펜서)로 분류된다. 그 중 저장설비인 튜브트레일러의 설계 사양, 주변 환경 조건 등을 반영하여 기존에 발생된 사고 및 잠재적 사고 위험 사고 시나리오를 구성하였다. 이를 통해, 수소충전소 저장 설비의 위험을 확인하고 수소충전소 안전성 향상을 위한 대책을 제안한다.
Korea government decides to build one hundred hydrogen refueling stations (HRS) until 2020 and tries to disseminate HRS and boosts HRS market in korea. Naepo HRS in chungnam province has been operated for last one full year of 2016 and recorded 2,520 times full charge for the hydrogen fuel cell powered vehicles and total 6,016 kg hydrogen fueling for the 25 units of hydrogen fuel cell powered vehicles. Raw fuel of hydrogen from tube trailer measured by pressure, converting into weight of hydrogen and shows 19.6% surplus with final charged weight by dispenser. This result is caused measuring errors. Measured charged errors between dispenser and Mass flow meter was determined 13.13%.
In this study, economic analysis program was developed for economic evaluation of hydrogen production, storage/delivery, and utilization technologies as well as overseas import of hydrogen. Economic analysis program can be used for the estimation of the levelized cost of hydrogen for hydrogen supply chain technologies. This program include five hydrogen production technology on steam methane reforming and water electrolysis, two hydrogen storage technologies (high compressed gas and liquid hydrogen storage), three hydrogen delivery technologies (compressed gas delivery using tube trailer, liquid hydrogen, and pipeline transportation) and six hydrogen utilization technologies on hydrogen refueling station and stationary fuel cell system. In the case of overseas import hydrogen, it was considered to be imported from five countries (Austraila, Chile, India, Morocco, and UAE), and the transportation methods was based on liquid hydrogen, ammonia, and liquid organic hydrogen carrier. Economic analysis program that was developed in this study can be expected to utilize for planning a detailed implementation methods and hydrogen supply strategies for the hydrogen economy road map of government.
산업현장에서 폭발성가스의 사용이 꾸준이 증가 함에 따라 작업자는 물론 일반지역주민들에까지 사고로 인한 생명에 위험을 처하기도 한다. 수소사용공정에서의 사고피해는 공정자체에 국한 되는 것이 아니라 대형화재나 폭발로 이어져 다수의 사상자를 유발시키므로 사고의 유형과 원인을 규명하고 피해규모를 예측하여 이에 대한 안전대책을 수립, 운영하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor) 소성공정의 수소저장 사용시설에서 화재 폭발시 위험범위를 예측하였다. 실제 사고데이터의 분석결과 사고발생빈도가 가장 많은 배관누출에 대하여 사고 피해예측 시나리오 모델로 선정, 적용하였다. 10 mm Hole에서 120 Bar의 압력으로 수소가스 누출시 Jet fire가 발생되며 Radiation Level 4($kw/m^2$)의 경우 최대 12.45 m까지 복사열의 영향을 주었다. 또한 사고피해 예측을 통한 안전성확보와 개선방안을 제시하였다.
본 연구에서는 수소 복합충전소에 대하여 정량적 위험성 평가를 실시하였다. 평가대상의 복합충전소는 수소-LPG이며 각 충전소의 설비 구성을 분석하고 위험도를 평가하였다. 최종 위험도는 피해영향과 사고빈도를 고려한 개인적 위험성과 사회적 위험성으로 평가한다. 본 연구의 대상이 된 수소-LPG 충전소에 대한 개인적 위험도 산출 결과, 수소-LPG 형태의 복합충전소는 HSE에서 제안하고 있는 허용 불가수준의 위험지역(> 1×10E-3)은 나타나고 있지 않으며, 작업자와 일반인에 대한 개인적 위험수준이 모두 허용범위 내에 분포하고 있다. 그리고 사회적 위험도 평가에서는 해석대상 모델이 허용 가능한 범위(ALARP, As Low As Reasonably Practicable)의 위험도 분포를 보이고 있다. 보다 향상된 안전성 확보를 위해 위험도 순위화 결과에서 높은 위험도를 보이고 있는 수소 저장용기, 디스펜서, 튜브트레일러 누출 및 LPG의 Vapour 회수 라인 등에 대한 정기적인 점검 및 확인을 권장한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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