설비 혼잡도에 따른 폭발과압의 정량적 위험에 대한 연구 :(A) study on quantitative risk of the explosion overpressure in terms of facility congestion

이승국

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이승국 (중앙대학교, 中央大學校大學院)

지도교수: 윤기봉

발행연도: 2016

저작권: 중앙대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

설비 혼잡도에 따른 폭발과압의 정량적 위험에 대한 연구

이승국 가스에너지플랜트공학과 2016.01 학위논문

2015

설비 혼잡도에 따른 가연성 증기운의 폭발과압의 변화

이승국 , 이다은 , 김성찬 외 1명 한국가스학회지 2015.12 학술저널

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가연성가스나 유증기가 대기중으로 누출되어 폭발이 가능한 농도(LFL∼UFL)에서 점화되면 초기에는 상대적으로 연소속도가 느린 층류화염 형태를 나타내며 열과 물질의 분자확산이 주요반응기구가 되며, 화염의 전파속도는 연료의 종류와 농도에 크게 의존하게 된다. 이후에는 이미 연소되고 있는 화염이 주변의 미연소가스를 소비하며 연소하는 과정에서 약 8∼9배 부피 팽창이 발생하여 화염은 난류 상태로 바뀌게 되고 연소 속도를 증가시켜 화염전단에서 폭발과압을 발생하여 폭굉에 다다르게 된다.
증가된 연소속도에 의해 발생되는 폭발과압은 장애물의 밀집정도에 따라 압력크기가 증가 할 수 있으며, 장애물이 적는 영역에서는 화염속도가 감소되어 폭발과압의 영향은 크지 않게 된다. 그러므로 제한적으로 밀폐된 증기운에서 압력형성을 지배하는 요인은 가스운의 점화에너지, 장애물에 의한 난류형성, 연소향상, 화염가속화, 벤트에 의한 가속현상 감소로 이어지는 폭발의 각 과정에 의해 정해진다.
폭발과압이 장애물의 밀집도에 따라 증가하는 이유는 연소로 인해 팽창된 연소 생성물이 미연소가스를 압축하는 과정에서 장애물에 의해 미연소 가스가 선압축(pre-compression)되고 폭발은 주위 압력보다 높게 진행되어 폭발압력이 더 많이 증가하게 되기 때문으로 알려져 있다.
본 연구에서는 가스확산 및 폭발 전용 해석코드인 FLACS 모델 및 솔루션을 이용하여 설비의 밀집도가 폭발에 미치는 영향을 연구 하였다. VBR(Volume Blockage Ratio)에 따른 구조물의 수, 크기 및 간격의 변화에 따라 변화되는 폭발강도 및 연소속도를 수치적으로 해석하였다.
또한 폭발과압의 크기를 분석하여 폭발위력 및 피해정도를 파악하였다. 본연구의 결과는 에너지 플랜트 등에서 가스 누출사고가 발생하는 경우에 폭발 피해의 영향을 줄일 수 있도록 공장 배치 설계시에 설비의 밀집도를 고려한 설계 지침을 마련하는데 필요한 기초자료가 될 수 있을 것이다.

If flammable gas or vapor that leak into atmosphere becomes igniting at concentration range possible to explode(UFL~LFL), initially it appears as a relatively slow deflagration which is composed of heat and molecule diffusion of the mass. The propagation velocity of the deflagration is depending on types and concentration of the fuel. When the flame consumes the unburned gas to create the product approximately 8~9 times of the initial volume and the flame propagation combustion rate is significantly increased by the turbulent flow of steam, burn rate increases, the rate of combustion to further increase the turbulence in front of the flame to create a blast overpressure reaches a detonation. Overpressure generated by the increased burning velocity is amplified depending on the size of obstacles, flame speed is reduced in free of obstacle area and eventually the degree of overpressure is reached it can be ignored. Therefore, mechanism governing the pressure formation in confined vapor cloud appears as a gas cloud ignited, forming turbulence caused by obstructions, improved combustion, fire acceleration and reduction of velocity due to the vent. The size of overpressure is amplified depending on obstacles because obstacles can help the inflated product due to the combustion to compress unburned gas. Therefore, in accordance with unburned gas is pre-compressed, the explosion begins higher than the ambient pressure and generated explosion pressure is drawn higher. Therefore, depending on the degree of facility density, explosive power of the gas cloud will be changed. According to VBR and average size of the obstacle, FLACS which is code of gas dispersion and the explosion can simulate for the trend of the explosion intense. The contents of this study is to use the FLACS, it calculates the amount of explosive in the graph, identify the effects of the explosive power and the damage thereto, and provide inherent safety guidelines in order that explosion accident of the combustible gas to leak from the gas·energy plant process is not to spread significantly by determining the congestion degree of the facility.

#폭발 #VBR(Volume Blockage Ratio) #안전 #FLACS #CFD

List of Tables ⅲ
List of Figures ⅳ
Ⅰ. 서 론 1
가. 연구 배경 1
나. 기존 연구 현황 2
다. 연구 목적 4
Ⅱ. 수치 해석 방법 5
가. 해석모델 5
나. 이론적 고찰 6
1. 연소에 대한 화학양론적 반응 6
2. 유체흐름의 지배방정식 7
3. 난류 모델 10
4. 벽 함수 11
5. 바람 경계 13
6. 연소 모델 16
III. 해석결과 및 토의 19
가. 해석 조건 19
나. 해석결과 24
1. 낮은 체적비 변화에 따른 폭발과압의 변화 26
2. 높은 체적비 변화에 따른 폭발과압의 변화 29
3. 체적비 변화에 따른 폭발과압과 연소속도의 변화 40
4. 배관사이의 거리에 따른 폭발과압의 변화 43
IV. 결 론 48
향후 연구 방향 50
사용기호 51
참고 문헌 53
국문 초록 56
ABSTRACT 58

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