도로터널 내 수소차 수소누출 시나리오에 따른 가연영역에 대한 해석적 연구

• 영문명: An analytical study on the Flammable range according to the hydrogen leakage scenario of hydrogen vehicles in road tunnels
• 발행기관: 한국화재소방학회
• 간행물 정보: 『한국화재소방학회 학술대회논문집』2022년도 춘계학술대회 논문집, 46~46쪽, 전체 1쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2022.04.27

국문 초록

화석연료의 고갈 및 환경문제의 대안으로 수소에너지가 부각되고 있으며, 수송분야에서도 수소차의 보급이 급격하게 증가할 것으로 예상된다. 그러나 수소는 가연농도 범위가 타 가스에 비해서 매우 넓고 폭발 가능성이 높기 때문에 수소차 안전에 대한 우려가 높은 실정이다. 특히, 반밀폐공간인 터널에서 수소누출에 따른 화재나 폭발이 발생하는 경우, 대형사고를 유발할 가능성이 높다. 이에 터널내에서 수소차 수소누출 시나리오에 따른 화재 안전성에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 터널에서 수소차 수소누출 시나리오를 H사의 N차량을 모델로 하여 작성하고 터널 풍속에 따른 수소확산 농도를 해석하여 가연하한농도(LFL) 이상의 영역(이하 가연영역)을 검토하여 화재발생 가능성을 검토하였다. 누출시나리오는 TPRD 장치의 작동 여부와 수소탱크의 균열을 고려하여 4개의 누출시나리오를 적용하였다. N차량에 탑재된 수소탱크의 용량 및 압력은 52.2리터×3개, 70MPa이며, TPRD의 직경은 1.8mm이다. TPRD를 통한 누출은 등엔트로피 누출로 가정하며, 최초 누출유량은 0.09 kg/s이며 누출은 약 180초 정도까지 지속되는 것으로 하였다. 수소 누출시 터널내 풍속 조건은 0, 1.0, 2.5m/s로 가정하였으며, 해석은 상용 CFD 프로그램을 사용하여 비정상상태로 수행하였다. 누출시 가연영역에 대한 검토결과, 동일한 누출시나리오에서는 풍속이 증가할수록 가연영역이 감소하며, 터널내 풍속이 0m/s인 경우, 가연영역의 체적은 누출 후 약 50초 정도에 500㎥정도에 이르나, 풍속이 2.5m/s인 경우에는 100㎥정도 크게 감소한다. 풍속이 2.5m/s인 경우에는 약 90초가 경과하면 가연영역의 체적이 0㎥에 도달하는 것으로 나타나고 있다. 또한, 1개의 수소탱크에 등가직경이 10mm인 균열이 발생하는 경우에는 누출은 10초 이내에 종료하며, 약 5초에서 정도에서 가연영역의 체적이 180㎥정도로 최대가 되며, 약 20초 이후에 가연영역의 체적이 0이 되는 것으로 나타나고 있다. 이상에서 도로터널의 경우, 수소 누출시 가연영역의 제척은 환기풍속에 크게 의존하는 것을 알 수 있다.

키워드

Hydrogen vehicle Hydrogen leak Flammable range Road tunnel