1. 서 론
2. 가스누출 조건
2.1 메탄가스의 특성
Table 1
Property | Methane (CH4) |
---|---|
Molecular Weight (kg/kmol) | 16 |
Specific Heat Ratio | 1.299 |
Specific Gravity | 0.555 |
Explosion Range (%) | 5~15 |
2.2 가스 누출률
3. 폭발위험장소 범위
3.1 수치해석에 의한 위험범위
3.1.1 등가누출직경 및 폭발위험장소 범위 산정
3.1.2 지배방정식
3.1.3 해석영역 설정
3.1.4 해석 결과
Table 3
p (kPa(G)) | S (mm2) | |||
---|---|---|---|---|
1 | 2.5 | 5 | 10 | |
150 | 0.18 | 0.28 | 0.38 | 0.56 |
250 | 0.24 | 0.37 | 0.50 | 0.72 |
500 | 0.30 | 0.50 | 0.72 | 1.02 |
800 | 0.40 | 0.64 | 0.91 | 1.28 |
1,000 | 0.45 | 0.72 | 1.02 | 1.43 |
3.2 IEC 60079-10-1에 의한 위험범위
Table 4
p (kPa(G)) | S (mm2) | |||
1 | 2.5 | 5 | 10 | |
150 | 0.0129 | 0.0323 | 0.0646 | 0.1292 |
250 | 0.0181 | 0.0451 | 0.0903 | 0.1806 |
500 | 0.0309 | 0.0773 | 0.1545 | 0.3090 |
800 | 0.0463 | 0.1158 | 0.2316 | 0.4632 |
1,000 | 0.0566 | 0.1415 | 0.2830 | 0.5660 |
3.3 폭발위험지역 범위 크기 비교
Table 6
S (mm2) | p (kPa(G)) | Hazardous distance (m) | Diff.(%) | |
---|---|---|---|---|
IEC 60079-10-1 | CFD | |||
10 | 500 | 1.12 | 1.02 | 10 |
10 | 800 | 1.39 | 1.28 | 9 |
5 | 1,000 | 1.07 | 1.02 | 5 |
10 | 1,000 | 1.55 | 1.43 | 8 |
4. 결 론
1) 메탄가스가 음속으로 제트 누출되는 경우 폭발위험지역의 형상은 확산에 비해 대류의 영향이 우세하여 폭발하한계 Contour는 최대폭 대비 최대높이가 약 12~14배 큰 수직방향으로 긴 형상이 나타났으며, 이러한 형상은 폭발위험장소 설정 시 반영될 수 있을 것으로 판단된다.
2) IEC 60079-10-1에 의하여 1 m 이상의 폭발위험장소 범위가 도출되는 4개의 시나리오와 비교할 때 수치해석 결과가 약 5~10% 정도 작게 나타났으며 이러한 결과를 고려하여 수치해석 결과를 통한 공학적인 폭발위험장소 범위를 산정할 수 있다.
3) IEC 60079-10-1에 의하여 폭발위험장소 범위를 산정한 결과 1 m 미만으로 산출되어 명확한 범위를 알 수 없는 누출률이 작은 시나리오에 대하여 수치해석을 통하여 폭발위험장소 범위를 정량적으로 예측할 수 있었으며, 폭발위험장소 범위는 압력, 누출구멍의 크기와 비선형비례관계가 확인되었다.
4) 본 논문의 해석결과는 메탄가스가 음속으로 제트 누출되는 경우 폭발위험장소의 형상 및 범위를 정량적으로 결정하는데 활용될 수 있다. 또한, 등가누출직경을 적용한 수치해석 방법은 물성이 다른 인화성 가스, 누출조건이 다른 음속의 제트누출 등에 대한 폭발위험장소 범위를 효과적으로 평가하는데 적용될 수 있을 것으로 판단된다.