수소는 산소와 반응하여 전기에너지를 만들고 부산물로 물을 생성하므로 친환경 선박의 대체 연료로 대두되고 있다. 그러나 수소는 일반 화석연료와는 달리 낮은 점화 에너지와 높은 가연성 범위로 인하여 폭발의 위험성이 높은 물질이다. 그래서 선박에서 사용 되는 수소의 안전성을 확보하기 위해서 수소의 누출․확산에 관한 유동 특성을 연구하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 선박 내부 와 같은 밀폐공간에서 수소가 누출되었을 때 누출량, 통풍량, 환기 방식 등이 환기 성능에 어떤 영향을 미치는지에 대하여 수치적 해석을 수행하였다. 수치해석에는 CFD 상용 소프트웨어인 ANSYS CFX ver 18.1을 이용하였다. 누출량은 1  = 1 g/s로 하여 1 , 2 , 3 로 변경하 였고, 통풍량은 1 Q = 0.91 m/s로 하여 1 Q, 2 Q, 3 Q로 변경하였으며 환기 방식은 typeⅠ, typeⅡ, typeⅢ로 변경하면서 환기 성능을 분석하였 다. 누출량이 1 에서 3 로 증가할수록 저장실 내의 수소 몰분율(HMF)는 약 2.4 ~ 3.0배 높게 나타났으며 통풍량 증가는 누출량에 대비하 여 약 62.0 ~ 64.8 % 정도 환기 성능이 개선에 효과가 있었다. 그리고 폭발의 위험성을 낮추기 위한 통풍량은 최소 2 Q 이상 되어야 하며, 수 소탱크 저장실 내부의 부압 형성을 위해서는 type Ⅲ가 가장 적합한 방식이라고 판단하였다.

수소는 지구 온난화의 주범인 온실가스(GHG) 배출을 감소시키고 선박용 친환경 연료로서 대두되고 있다. 수소는 가연 하한계 (Lower Flammability Limit, LFL)가 4 ~ 75 %이고 폭발 위험성이 큰 물질이다. 그래서 선박용으로 사용되려면 누출에 대비한 안전성이 충분히 확보되어야 한다. 본 연구에서는 수소탱크 저장실에서 수소 누출이 발생한 경우, 급․배기구의 면적 변화가 환기 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 급․배기구의 면적은 1A = 740 mm × 740 mm이며 저장실 표면에 크기 및 위치 변경이 쉽도록 설정하였다. CFD 상용 소프트웨 어인 ANSYS CFX ver 18.1을 이용하여 급․배기구의 면적을 1A, 2A, 3A, 5A로 변경하였고, 면적 변화에 따른 저장실 내의 수소 몰분율을 분석하였다. 그 결과 급기구 면적이 배기구 면적 증가에 비해 누출 수소의 농도를 더 감소시켰으며 단일 급기구보다 최소 2A 이상에서 환기 성능이 향상되었다. 급기구의 면적이 증가할수록 수소 층화가 저장실 상부부터 균일하게 형성되었지만 LFL 범위는 벗어나 있었다. 그러나 배기구는 면적을 단순히 증가하는 것만으로는 환기 성능에 미치는 영향은 미비하였다.

화학물질 취급공정에서 발생하는 화학사고를 예방하기 위해 기본적으로 요구되는 위험성 분석 (Risk Analysis)시 공정의 특성을 잘 반영하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 CFD (computational fluid dynamics) 언어를 활용하여 화학공장의 고위험 공정을 대상으로 신뢰성 있는 사고 피해 결과를 분석하고 안전확보 방안을 제시하였다. 이를 위한 방법론적 사례로 화학공장의 RHDS (잔사유수첨탈황공정) 공정을 대상으로 실제공정의 운전조건, 설비 및 장치의 형태와 밀집도, 대기상태, 바람의 영향 등 여러 복합적 변수를 고려하여 FEA (Finite Element Analysis)와 CFD 시뮬레이션을 수행 하여 확산, 폭발 시뮬레이션을 수행하였으며, 3D Scanning 기술, 누출공 크기 산정, 누출량 산정을 위한 CFD 적용 가능성을 검토하였다.

For the hydrogen economy system being tried starting with the 21st century, the fields that was not dealt with so far, such as the safety measure for large leakage accidents, the safety problem at infrastructures like a hydrogen station, the safety problem in terms of automobiles depending on introduction of hydrogen cars, the safety problem in a supply for homes like fuel cells, etc., are being deeply reviewed. In order to establish a safety control system, an essential prerequisite in using and commercializing hydrogen gas as an efficient energy source, it is necessary to conduct an analysis, such as analysis of hydrogen accident examples, clarification of physical mechanisms, qualitative and quantitative evaluation of safety, development of accident interception technologies, etc. This study prepared scenarios of hydrogen gas leakage that can happen at hydrogen stations, and predicted damage when hydrogen leaks by using PHAST for this.

The chemical leak accidents cause a large number of casualties in the short term and secondary environmental pollution in the long term. In the case of the hydrogen fluoride (HF) leak accident in Gumi City, Gyeongsangbuk-do, Korea, the fluoride ion concentration in crops located near the HF leak accident area was detected to be in the range of 99 ~ 13,029 mg/kg and in woody stems in the range of N.D. ~ 6,789 mg/kg. We also identified the correlation relationship between the range and the contamination degree. The order of degree of fluoride contamination of crops was leaf > stem epidermis > inside the stem. However, in another case of accidental HF leak in Hwasung City, Gyeonggi-do, Korea, because the concentration of fluoride ion in the crops was detected in the range of N.D. ~ 45 mg/kg, it is difficult to make a decision about whether HF affects the crops or not. In this study, with the suggestion of the identification of leak accident impacts by checking the contamination characteristics and condition of HF in terms of diffusion distance from the accident point, we prevent damage from secondary environmental pollution and prepare for similar accidents in the future.