고밀도가스 누출 시 거동분석 및 저감효율

Abstract

본 연구는 고압파이프라인에서 이산화탄소(CO2)의 방출 및 분산의 거동해석을 이해하고 파이프라인의 안전거리를 평가하는 실험을 기반으로 수행되었고, 안전장치의 효율을 분석하는 것을 목적으로 한다. 대상물질은 산업분야에서 널리 사용되고 있는 이산화탄소로 선정하였으며, 이 물질은 고밀도의 특성을 지니고 있다. 안전성 향상 장치인 Physical Barrier와 Water Spray의 방법을 사용하여 가스 누출 시 농도 저감효율을 3차원 모델인 전산유체역학(Computational Fluid Dynamic, CFD)을 활용하여 해석하였고, 고밀도가스의 영향성과 농도의 저감율 정량적으로 분석하였다. 여기서 Physical Barrier는 수동적인 Mitigation 방법이며, Water Spray는 능동적 Mitigation 방법이다. 고밀도가스가 지형에 유출되는 것을 물리적으로 방지하기 위해 60 m, 70 m, 80 m 구간에 Physical Barrier의 설치하였고, 이를 통해 누출의 통제, 예방, 지연 정보를 얻을 수 있었으며, Water Spray의 분산형태(60 °, 90 °, 120 °)를 통하여 누출의 희석정도와 완화에 대한 정보를 평가 및 해석할 수 있었다. 다양한 형태의 Physical Barrier 또는 Water Spray 시나리오를 통해 Mitigation Factor를 예측하고 안전장치의 효과를 더욱 정확하게 산정할 수 있는 기반을 마련하고자 노력하였다. 실험의 검증은 1995년 여름 US Department of Energy(DOE) Nevada Test Site에서 실제 화학 공장 규모의 1/10에 해당하는 현장을 인위적으로 만든 Kit Fox Field 실험에 의해 진행되었다. 고밀도가스 누출 및 방출 시나리오를 시뮬레이션하고 분석하는 과정은 ‘ANSYS FLUENT 18.0’ 프로그램을 사용하였다.