Kim, Soohyeon;Lee, Minkyung;Kim, Junghwan;Lee, Jaehun
공업화학
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제33권6호
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pp.653-660
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2022
In liquid hydrogen storage tanks, tank damage or leakage in the surrounding pipes possess a major risk. Since these tanks store huge amounts of the fluid among all the liquid hydrogen process facilities, there is a high risk of leakage-related accidents. Therefore, in this study, we conducted a risk assessment of liquid hydrogen leakage for a grid-type liquid hydrogen storage tank (lattice-type pressure vessel (LPV): 18 m3) that overcame the low space efficiency of the existing pressure vessel shape. Through a commercially developed three-dimensional computational fluid dynamics program, the geometry of the site, where the liquid hydrogen storage tank will be installed, was obtained and simulations of the leakage scenarios for each situation were performed. From the computational flow analysis results, the pool formation behavior in the event of liquid hydrogen leakage was identified, and the resulting damage range was predicted.
이 연구에서는 최근의 액체수소안전관련 연구현황을 간략히 살펴보고자 한다. 액체수소 저장용기가 파손되어 액체수소가 누출될 수 있다. 누출된 액체수소는 풀을 형성하고 증발하여 수소증기 운을 형성한 뒤 증기운 폭발이 일어날 수 있다. 액체수소를 저장하고 있는 용기가 외부로부터 유입되는 열에 의하여 증발하는 가스를 처리하지 못할 경우에는 BLEVE가 발생할 수 있다. 압축된 수소가스가 있는 시설에서는 수소누출에 의한 제트화제가 발생하고 지연점화에 의하여 개방공간에서 플래시 화재 및 폭발이 발생할 수 있다. 이러한 여러 가지 사건에 대하여 최근의 기술개발과 향후연구개발 방향에 대하여 간략히 살펴보았다.
강화되는 환경규제에 대응하기 위해서 세계 각국이 수소 경제로의 전환을 본격화하고 있으며, 이에 중장기적으로 수소의 국가간 물동량도 증가할 것으로 예상된다. 국가간 수소의 거래는 수출국의 신재생 에너지 자원과 수입국의 수소 사용 형태, 기술 성숙도 등을 고려하여 암모니아, 액화수소, LOHC 등의 형태로 이루어질 것이나, 어느 한 가지 형태로만 거래되지는 않을 것이다. 액화수소 대비 암모니아와 LOHC의 해상운송은 상대적으로 성숙한 기술임에 본 글에서는 향후 액화수소 운반선 개발을 위하여 필요한 세부 기술들의 식별 및 다양한 기술적 대안들을 통해 가능한 설계안을 확보하면서, 그에 따른 기술적 타당성을 분석하였다.
In this study, a cryogenic vessel was constructed to maintain and control the safe pressure of liquid hydrogen boil-off gas (BOG), and the numerical analysis was conducted on the development of computational fluid dynamics model inside the high-pressure vessel. An evaluation system was constructed using cryogenic inner and outer containers, pre-cooler, upper flange, and internal high-pressure container. We attempted to analyze the performance of the safety valve by injecting relatively high temperature hydrogen gas to generate BOG gas and quickly control the pressure of the high-pressure vessel up to 10 bar. As a results, the liquid volume fraction decreased with a rapid evaporation, and the pressure distribution increased monotonically inside a high pressure vessel. Additionally, it was found that the time to reach 10 bar was greatly affected by the filling rate of liquid hydrogen.
비추력이 가장 높은 액체수소/액체산소 엔진은 발사체의 성능을 극대화하기 위하여 1950년대 부터 개발되어 현재까지 이용되고 있다. 최근 국내에도 수소 경제의 대두에 따라 세계 수준의 액체수소 생산, 운송 등 인프라 구축이 진행되고 있고, 이는 발사체 성능을 향상시킬 수 있는 절호의 기회다. 본 논문에서는 액체수소 엔진 개발을 위한 전반적인 측면을 살펴보았다. 추진제로서의 액체수소 적용의 타당성을 고찰하고, 국내의 액체수소 인프라 현황, 액체수소 엔진 개발을 위한 소요기술, 수소를 안전하게 다루기 위한 운용적 측면을 검토하고, 액체수소 엔진 개발을 위한 시험설비를 검토하였다.
The investigation of cryogenic liquid pool spreading is an essential procedure to assess the hazard of cryogenic liquid usage. In this experimental study, to measure the evaporation velocity when the pool is spreading, liquid nitrogen was continuously released onto unconfined concrete ground. Almost all of the reported results are based on a non-spreading pool in which cryogenic liquid is instantaneously poured onto bounded ground for a very short period of time. A simultaneous measurement of the pool location using thermocouples and of the pool mass using a digital balance was carried out to measure the evaporation velocity and the pool radius. A greater release flow rate was found to result in a greater average evaporation velocity, and the evaporation velocity decreased with the spreading time and the pool radius.
In the present work the second-order perturbation solutions of the simple physical model for liquid pool spreading is obtained for the case of instantaneous spill. To generalize the solution governing equations are non-dimensionalized, and two dimensionless parameters, dimensionless evaporation rate and aspect ratio of the initial pool, are identified to control the governing equations. The dimensional governing equations have three parameters. The second-order solution improves fairly the first-order solution for the pool volume.
The purpose of this study was to research and develop a step-type chemical liquid deodorizer including a liquid catalyst that can prevent civil complaints due to odor due to its excellent deodorizing performance. The main composition of chemical liquid deodorizer including liquid catalyst is cleaning deodorization, catalyst deodorization, chemical deodorization, water film plate, deodorization water circulation device, deodorization water injection device, catalyst management system, gas-liquid separation device, chemical supply device, deodorizer control panel, etc. It consists of a device. The air flow of the step-type liquid catalyst chemical liquid deodorizer is a technology that firstly removes basic odor substances, and the liquid catalyst installed in the subsequent process stably removes sulfur compounds, which are acidic odor substances, to discharge clean air. The efficiency of treating the complex odor of the prototype was 98.5% for the first and 99.6% for the second, achieving the target of 95%. The hydrogen sulfide treatment efficiency of the prototype was 100% for the first and 99.9% for the second, which achieved 95%, which was the target of the project. As a result, ammonia was removed by the reaction of ammonia and hydrogen sulfide.
수소 수요가 증가함에 따라 수소를 저장하기 위한 설비의 중요성이 대두되었으며, 국내에서는 다양한 법으로 수소 취급 설비를 규제하고 있다. 산업안전보건법에 따르면 저장량 5톤 이상의 액화수소를 취급하는 경우 공정안전관리 제도를 운용해야 한다. 하지만 현행 산업안전보건법에는 인화성을 띠는 저온액화 물질에 적용하기엔 적절하지 않은 기준이 있다. 본 연구에서는 산업안전보건법과 KOSHA Guide를 바탕으로 PSM 구성요소 중 공정안전자료와 안전운전 계획에서 수소취급 설비를 위해 개선되야 할 7개 주요 항목에 대해서 제시하였으며, 과학적인 분석을 통해 제시된 7개 항목이 어떤 방향으로 개선되어야 하는지 도출하였다.
수소관련 신기술 및 신사업의 등장으로 액화수소 제조(충전), 액화수소 저장탱크 및 용기 제조 등 관련 분야에 대한 제도 정비 필요성이 확대되었고, 이를 실증하기 위한 규제특례(규제자유특구 및 규제샌드박스)제도가 도입됨에 따라 특례 신청이 지속적으로 증가하는 추세에 있다. 이에, 수소 관련 규제특례사업 지정현황을 파악하고 최소한의 안전성을 확보하기 위한 안전 관리 강화 방안을 수립하여 시행하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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