독성가스 누출 시 water curtain의 저감 효율 산정

Abstract

본 연구의 대상물질인 불화수소(HF)와 암모니아(NH3)는 화학산업에서 널리 사용되는 물질이다. 이들은 사용량만큼 누출사고도 빈번히 일어나지만 독성이 강해 문제가 된다. 화학사고 발생 시 피해영향을 저감하기 위한 완화장치 중 water curtain은 비교적 저렴하면서 효과적이라 널리 사용된다. 이러한 water curtian의 저감효율을 산정하기 위해 다양한 실험과 CFD 시뮬레이션이 진행되고 있다. 그 중 peacock tail type water curtain의 암모니아 저감효과에 대해 두 연구에서 상반된 결과가 나왔다. Dandrieux et al.의 연구에서는 효과가 좋았던 반면 Bouet et al.의 연구에서는 효과가 거의 나오지 않았다. 본 연구에서는 두 선행연구에서 발생한 결과의 차이에 영향을 미쳤던 주요 요인을 확인하고 누출되는 독성물질에 대해 water curtain의 영향을 알아보았다. CFD 프로그램인 ANSYS Fluent를 통해 분석하였으며, 먼저 INERIS 암모니아 확산실험과 Goldfish 불화수소 확산실험 결과를 시뮬레이션과 비교하여 본 연구의 타당성을 검증하였다. Water curtain이 독성가스 확산에 미치는 영향을 알아보기 위하여 물질, 누출률, water curtain의 설치 거리, water curtain의 개수를 다르게 하여 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션 결과와 실험을 비교하였을 때 타당한 신뢰값을 얻었으며 그 후 진행한 case study에서 특정 조건에서 water curtain이 독성가스의 저감에 효과가 있음을 확인하였다. 독성가스의 누출률이 너무 큰 경우 water curtain을 그대로 통과하는 현상이 일어나 저감효과를 거의 볼 수 없었다. 암모니아는 물리적인 효과 면에서 불화수소보다 water curtain에 더 많은 영향을 받는다. Water curtain을 누출원에서 더 가깝게 설치할수록 저감효과가 증가하였지만 그 차이가 크지 않았으며, water curtain을 여러 대 설치하였을 때는 저감효과가 현저히 증가하였다.