나프타 개질로 배관의 파열 사고에 의한 화염 전파 특성에 대한 큰 에디모사 :Large Eddy Simulation on Flame Propagation Characteristics of naphtha reformer pipe rupture accident

장성일

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자료유형: 학위논문

저자정보: 장성일 (국민대학교, 국민대학교 일반대학원)

지도교수: 안준

발행연도: 2018

저작권: 국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수7

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

나프타 개질로 내부 배관 파열시 개질로 내부 화염형상에 대한 큰에디모사

장성일 , 안준 대한기계학회 춘추학술대회 2018.04 학술대회자료

나프타 개질로 배관의 파열 사고에 의한 화염 전파 특성에 대한 큰 에디모사

장성일 2018.01 학위논문

2015

나프타 개질로 배관 내부의 파열에 따른 화염 전파의 큰에디모사

장성일 , 안준 한국전산유체공학회 학술대회논문집 2015.10 학술대회자료

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국내의 중화학 플랜트 설비는 1960년대 후반부터 양적으로 급팽창 하였다. 그 결과 현재 국내 정유 및 석유화학 회사 보유 플랜트 수는 세계 10위권 내에 있다.(1) 그러나 대량의 위험물질을 고온·고압으로 처리하는 화학 공장은 본질적으로 큰 위험을 내포하고 있다. 또한 이들 시설은 석유화학단지로 집단화 되어있고 인근의 주거지역과 근접하여 있는 등 지리적인 취약성을 가지고 있어 대형 화재폭발 및 독성물질의 누출 등 사고 시 시민의 안전과 국가경제에 미치는 파급효과가 매우 크다.(2) 또한 국내의 많은 에너지 플랜트가 10여년 이상 가동되면서, 장기간 사용으로 점차 노후화 되어 가고 있다. 그에 따라 최근 플랜트의 수명 연장 및 안전성 평가에 관한 관심이 급증하고 있다. 한국에서 석유 화학 플랜트 사고의 비율은 배관에서 가장 많이 발생 한다. 배관에서 발생한 사고의 공정 별 분포를 볼 경우, 두 번째로 사고가 많이 나는 공정은 나프타 개질 공정이다.(3) 개질로는 석유화학 플랜트에서도 가장 극한 환경인 500℃~1200℃의 고온에서 가동되는 시설이기에, 사고가 날 위험이 높은 시설이다. 이에 본 연구에서는, 나프타 개질로 튜브에서의 누출 사고 시 화염 전파에 대한 수치해석을 수행해서, 사고로 인한 피해를 최소화 할 수 있는 방안을 개발하는데 활용하고자 한다. 석유 화학 플랜트에서 가장 많은 유형의 사고는 누출과 누출에 의한 화재 및 폭발 사고로 보고되고 있다. 본 연구에서는, 나프타 개질로 내부의 튜브에서 누출에 의한 사고 발생시, 화염에 의해서 개질로의 벽면 일부가 파괴되어, 개질로 외부로 분출되는 화염의 전파특성에 대하여 FDS (Fire Dynamics Simulator)를 이용하여 LES(Large Eddy Simulation)를 수행하였다. 수행결과 파이프 1개 이상 파열시 배기가스의 온도와 미연분의 농도는 개질로 외부에서 화재가 발생할만큼 높다. 벽면이 10%, 30%, 50%, 100% 파손된 경우와 출구 부분이 파손된 경우에 대하여 LES를 수행한 결과 벽면 파손 면적에 관계없이 벽면 제트 형태로 화재가 전개될 것으로 예측되며, 파손 면적이 증가하면 피해 면적은 감소하지만 피해 높이 및 화염 체적이 증가하는 경향을 관찰할 수 있었다

Chemical Plant in Korea has increased rapidly since the late 1960s. As a result, the number of refineries and petrochemical plants in South Korea is the world''s top 10. Meanwhile the chemical plant that processes a lot of hazardous substances at a high pressure and temperature are potentially dangerous. In addition, these facilities are grouped in petrochemical complex and it is not close to a residential area. Therefore, sometime it has a geographic vulnerability. Thus, due to accidents such as fire, explosion and large toxic leak could lead to national disaster. As many plants operating in Korea for over than 10 years, it becoming increasingly deterioration in the long-term use. Thus, interest in plant maintenance and reliability evaluation has recently been increasing accordingly.
Most Korean petrochemical plant accident occurred in the pipeline and it frequently happen during the distribution of naphtha process[2]. Thermal cracking method of hydrocarbons such as naphtha, ethane, propane and their mixtures is the most common method used to olefin production. The reformer is operated at 500 ℃ to 1200 ℃ and 90kPa, this extreme condition may lead to a serious accident if any leakage happened during the process. The hazardous naphtha arise from wide range of flammability and the substantial amount of energy released if it burns or explodes. Many complicated transfer and reaction processes, including mass transfer, momentum transfer and heat transfer, as well as thermal cracking reactions and fuel combustion, which are intimately coupled and interact each other, take place in furnaces. It is difficult to obtain the detail operating parameters in the furnace from direct measurements due to the limitation of current techniques. In this study, the numerical analysis on flame propagation of the gas leakage in the pipe wall is assessed. The numerical results is utilized to develop methods for minimizing the damage caused by the leakage accident. The steps of this numerical study, firstly the reformer tube is assumed has a gas leak and analyzed the characteristics of flame propagation inside the reformer in the certain case. Second step is the wall of the furnace is destroyed by the fire, which is assumed that the flame is ejected to the outside furnace. Numerical analysis was performed with respect to the flame propagation characteristics according to the rupture geometry. Numerical analysis is performed using LES (large eddy simulation) of FDS code.

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