This study performed qualitative and quantitative risk assessment of equipment for evaluating the protocol of hydrogen refueling stations and suggested measures to improve safety. Hazard and operability study was performed for qualitative risk assessment, and Hy-KoRAM was used for quantitative risk assessment. Through a qualitative risk assessment, additional ventilation devices were installed, simultaneous venting of the storage container was prohibited, and the number of repeated refilling of the evaluation equipment was identified to manage the number of fillings of the container. Through quantitative risk assessment, the area around the device was set as a restricted area when evaluating the station, and measures were suggested to reduce the frequency of accidents.
For commercialization of hydrogen refuelling station (HRS), we need to reduce the clearance distance for jet fire in the real entities in the HRS. Thus, we revisited the current regulations of clearance distance for jet fire in the law. The law in korea has been set up by replica of japan, not by our own scientific basis. Recently, sandia lab developed Hydrogen Risk Assessment Model (HyRAM) tools and we simulated a series of circumstances such as 10 to 850 bar with several leak hole sizes. In 850 bar with 10 mm diameter hole leak cases, it shows $4,981kW/m^2$ at 12 m separation from leak source and $1,774kW/m^2$ at 17 m separation from leak source. In 850 bar with 1 mm diameter leak hole, it shows $0.102kW/m^2$ at 12 m separation and $0.044kW/m^2$ at 17 m separation. Current law may be acceptable with 1 mm hole size with 850 bar.
The MELCOR code useful for a plant-specific hydrogen risk analysis has inevitable limitations in prediction of a turbulent flow of a hydrogen mixture. To investigate the accuracy of the hydrogen risk analysis by the MELCOR code, results for the turbulent gas behavior at pipe rupture accident were compared with CFX results which were verified by the American National Standard Institute (ANSI) model. The postulated accident scenario was selected to be surge line failure induced by station blackout of an Optimized Power Reactor 1000 MWe (OPR1000). When the surge line failure occurred, the flow out of the surgeline was strongly turbulent, from which the MELCOR code predicted that a substantial amount of hydrogen could be released. Nevertheless, the results indicated nonflammable mixtures owing to the high steam concentration released before the failure. On the other hand, the CFX code solving the three-dimensional fluid dynamics by incorporating the turbulence closure model predicted that the flammable area continuously existed at the jet interface even in the rising hydrogen mixtures. In conclusion, this study confirmed that the MELCOR code, which has limitations in turbulence analysis, could underestimate the existence of local combustible gas at pipe rupture accident. This clear comparison between two codes can contribute to establishing a guideline for computational hydrogen risk analysis.
Due to the rapid spread and low minimum ignition energy of hydrogen, rupture is highly likely to cause fire, explosion and major accidents. The self-ignition of high-pressure hydrogen is highly likely to ignite immediately when it leaks from an open space, resulting in jet fire. Results of the diffusion and leakage simulation show that jet effect occurs from the leakage source to a certain distance. And at the end of location, the vapor cloud explosion can be occurred due to the formation of hydrogen vapor clouds by built-up. In the result, it is important that depending on the time of ignition, a jet fire or a vapor cloud explosion may occur. Therefore, it is necessary to take into account jet effect by location of leakage source and establish a damage minimizing plan for the possible jet fire or vapor cloud explosion. And it is required to any kind of measurements such as an interlock system to prevent hydrogen leakage or minimize the amount of leakage when detecting leakage of gas.
During last years, hydrogen refueling infrastructure test and devices research for hydrogen station presented a significant growth consisting of the commercialization of fuel cell electric vehicles (FCEVs). However, we still have many challenges for making commercial hydrogen stations such as increased safety and cost reduction. This study demonstrates the low cost hydrogen storage tank (type 2) and effective winding method for high pressure hydrogen storage. We use numerical analysis to verify stress changes inside the wire according to the winding condition. Also liner size, winding wire size and wire tension were studied for the safety and cost down. Results show that the stress of winding wire decreased with increased winding angle and increased the liner diameter. On the other hand, the stress of winding wire increased according to the increased wire thickness and tension.
The long-term durability of an FKM O-ring used as parts of a hydrogen station was investigated by exposing it to high-pressure gaseous hydrogen for 1, 3, and 7 days at room temperature. Changes in its sealing force were subsequently measured at 150℃ using intermittent compression stress relaxation (CSR). No changes in the tensile properties of FKM O-ring were observed, but its initial and overall sealing forces at 150℃ significantly decreased with increasing exposure time to hydrogen gas. Microvoid formation in the FKM O-ring upon exposure to high-pressure hydrogen was minimized over time after the ring was exposed to atmospheric pressure at room temperature, which prevented changes in its tensile properties. However, applying heat accelerated FKM O-ring oxidation, which decreased its sealing force. These results indicated that identifying changes in the sealing force of rubber materials using intermittent CSR is not sufficient for monitoring changes in mechanical properties under high-pressure hydrogen atmospheres; however, it is suitable for evaluating the long-term durability of sealing materials for hydrogen station applications under similar conditions.
Securing energy sources is a key element essential to economic and industrial development in modern society, and research on renewable energy and hydrogen energy is now actively carried out. This research was conducted through experiments and analytical methods on the hydrogen filling process in the hydrogen storage tank of the hydrogen charging station. When low-temperature, high-pressure hydrogen was injected into a high-pressure tanks where hydrogen is charged, the theoretical method was used to analyze the changes in temperature and pressure inside the high-pressure tanks, the amount of hydrogen charge, and the charging time. The analysis was conducted in the initial vacuum state, called the First Cycle, and when the residual pressure was present inside the tanks, called the Second Cycle. As a result of the analysis, the highest temperature inside the tanks in the First Cycle of the high-pressure tank increased to 442.11 K, the temperature measured through the experiment was 441.77 K, the Second Cycle increased to 397.12 K, and the temperature measured through the experiment was 398 K. The results obtained through experimentation and analysis differ within ±1%. The results of this study will be useful for future hydrogen energy research and hydrogen charging station.
Lee, Suji;Chon, Young Woo;Lee, Ik Mo;Hwang, Yong Woo
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.21
no.5
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pp.56-63
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2017
Hydrogen charging station was invested and supported around the world. In this study, the extent of damage caused by VCE in the charging station handling liquefied hydrogen was calculated, and the human and material damage was estimated through the Probit model. In addition The optimal height of vent stack for low temperature hydrogen was set. The damage range is 8.24m in small scale, 14.10m in medium scale, and 22.38m in large scale based on interest overpressure 6.9kPa. In case of death due to pulmonary hemorrhage, 50m of the small and medium scale and 100m of the large scale were injured. Structural damage was 200m in small scale, 300m in medium scale and 500m in large scale. The optimum height of the vent stack is 4.7 m in small scale, 8.8 m in medium scale and 16.9 m in large scale.
This study performed a quantitative risk assessment for hydrogen-CNG complex refueling stations. Individual and societal risks were calculated by deriving accident scenarios that could occur at hydrogen and CNG refueling stations and by considering the frequency of accidents occurring for each scenario. As a result of the risk assessment, societal risk levels were within the acceptable range. However, individual risk has occurred outside the allowable range in some areas. To identify and manage risk components, high risk components were discovered through risk contribution analysis. High risks at the hydrogen-CNG complex refueling station were large leakage from CNG storage containers, compressors, and control panels. The sum of these risks contributed to approximately 88% of the overall risk of the fueling station. Therefore, periodic and intensive safety management should be performed for these high-risk elements.
This study has been conducted for evaluation of qualitative/quantitative risk of HCNG filling station. In case of fire explosion occurred because of hydrogen, CNG, and HCNG leaking on same conditions, maximum overpressure was measured as 30kPa for hydrogen, 3.5kPa for HCNG, and 0.4kPa for CNG. The overpressure of HCNG was measured 7.75 times higher than that of CNG, but it was only 11.7% compared with hydrogen. When the explosion was occurred, in case of hydrogen, the measured influential distance of overpressure was 59m and radiant heat was 75m. In case of CNG, influential distance of overpressure was 89m and radiant heat was 144m would be estimated. In case of 30% HCNG that was blended with hydrogen and CNG, influential distance of overpressure was 81m and radiant heat was 130m were measured. As the explosion occurred with the same sized container that had 350bar for hydrogen and 250bar of CNG and HCNG, the damage distance that explosive overpressure and radiant heat influenced CNG was seen as the highest. HCNG that was placed between CNG and hydrogen tended to be seen as more similar with CNG.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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