표제지
목차
요약문 4
SUMMARY 5
제1장 서론 12
1.1. 연구배경 및 필요성 13
1.1.1. 연구배경 13
1.1.2. 연구 필요성 16
1.2. 연구 목표 17
1.3. 연구 추진체계 18
1.3.1. 연구 주요내용 18
1.3.2. 연구 추진계획 19
제2장 화학물질 누출유형에 따른 누출량 산정방법 20
2.1. 화학물질 및 시설별 누출유형 21
2.1.1. 화학물질 누출유형 21
2.1.2. 시설별 누출유형 23
2.2. 누출량 산정을 위한 운전조건 및 물성 데이터 24
2.3. 누출량 산정방법 26
2.3.1. 가스 누출 27
2.3.2. 액체 누출 34
2.3.3. 액화가스 누출 38
제3장 시뮬레이션 기반 누출사고 재현기법 개발 41
3.1. 3D 역설계 모델링 기법 42
3.1.1. 스캔 계획수립 및 현장 3D 스캐닝 44
3.1.2. 스캔 데이터 후처리 44
3.1.3. 스캔 데이터 분석 45
3.1.4. 3D 역설계 기법 47
3.2. 누출사고 재현 시뮬레이션 기법 48
3.2.1. 3D 모델링 데이터의 CFD 인터페이싱 48
3.2.2. 3D 사고재현 시뮬레이션 기법 53
3.3. 시뮬레이션을 적용한 누출사고 재현 및 분석 56
3.3.1. 누출사고 개요 56
3.3.2. CFD 시뮬레이션 분석 66
3.4. 누출사고 재현기법 검증 88
제4장 결론 90
4.1. 연구성과 및 기대효과 91
4.2. 향후 과제 92
참고문헌 94
판권기 97
표 2.1. 화학물질의 시설별 누출유형 23
표 2.2. 누출량 예측을 위한 공정정보 및 물성 데이터 24
표 2.3. 누출량 산정을 위한 물성 데이터 종류 및 구분 25
표 2.4. 거칠기 계수(ε) 30
표 2.5. 배관 입 / 출구 형태에 따른 압력손실(Kf) 32
표 2.6. 부속품과 밸브의 2-K 상수 32
표 2.7. 액체누출에 대한 방출계수(CD) 36
표 3.1. 사업장 개요 및 동종사고 이력 현황 56
표 3.2. 사고 설비(저장탱크) 사양 61
표 3.3. 염산(염화수소)의 물리ㆍ화학적 특성(화학물질안전원, 2020) 63
표 3.4. 시뮬레이션 격자 정보 67
표 3.5. 경계조건 결정을 위한 기상청 정보 70
표 3.6. 밤(Night) 시점의 대기안정도 등급 구분 70
표 3.7. 시뮬레이션 입력조건 정보 71
표 3.8. 프로빗(Prrobit) 값과 백분율의 상관 관계표 73
표 3.9. 독성 물질에 대한 프로빗(Prrobit) 계산식의 상수 73
표 3.10. 프로빗(Prrobit) 계산식에 따른 사망가능 농도 73
표 3.11. EPA에서 제시한 염화수소의 기준별 피해농도 74
표 3.12. AIHA에서 제시한 염화수소의 기준별 피해농도 74
표 3.13. 시뮬레이션 분석을 위한 기준농도 75
그림 1.1. 국내 석유화학산업의 규모 및 위상 13
그림 1.2. 국내 주요 산업단지 현황 및 시작기원 13
그림 1.3. 국내 석유화학 산업의 부가가치 14
그림 1.4. 최근 5년간 화학사고 발생현황 (화학물질안전원, 2022) 15
그림 1.5. 화학사고 피해결과 사례(국립재난안전연구원, 2018)(좌 : 중국텐진 폭발사고, 우 : 구미불산 누출사고) 15
그림 1.6. 국내 화학사고 발생 가능성(국립재난안전연구원, 2018) 16
그림 1.7. 연구의 수행 목표 17
그림 1.8. 연구수행 세부 추진계획 프로세스 19
그림 2.1. 화학물질의 누출유형 22
그림 2.2. 누출량 계산을 위한 수치해석 이론 26
그림 2.3. 단열배관 음속흐름의 압력감소에 대한 비열용량 비 34
그림 3.1. 3D 스캔 데이터의 곡선화 프로세스 42
그림 3.2. 3D 스캐닝 작업 시 가림현상(Occlusion) 43
그림 3.3. 대상물의 LiDAR 스캐닝 방법 44
그림 3.4. 정합 데이터 사례(좌 : 정합이전, 우 : 정합완료) 44
그림 3.5. 스캔 데이터 정합 후 병합 및 최적화 형상 45
그림 3.6. 스캔 데이터 폴리건 삼각면 생성 및 최적화(노이즈 제거등) 형상 45
그림 3.7. 스캔 데이터 폴리건 감소 최적화 및 단면커브 생성 형성 45
그림 3.8. 설비 및 장치의 스캔 데이터 3D 모델링 형상 46
그림 3.9. 지형 및 공장외부 스캔 데이터 3D 모델링 형상 46
그림 3.10. 사고현장의 3D 역설계 모델링 프로세스 47
그림 3.11. 국제적으로 상용화된 CFD 시뮬레이션 종류 및 특징 48
그림 3.12. CASD 구동 및 CAD Import 기능 화면 50
그림 3.13. CASD 3D 모델링 형상 불러오기 기능 51
그림 3.14. CASD Geometry DB 창 51
그림 3.15. 정상적으로 불러들인 3D 모델링 형상 52
그림 3.16. 객체별 구성 색상표(Hue) 52
그림 3.17. 사고 시뮬레이션 필요정보 수집 맵 53
그림 3.18. 화학물질 누출량 해석 프로세스 54
그림 3.19. CFD 시뮬레이션 수행 절차 55
그림 3.20. 사고발생 플랜트 지도 형상 57
그림 3.21. 3D 역설계 기법을 통한 플랜트 형상(ISO View) 58
그림 3.22. 3D 역설계 기법을 통한 플랜트 형상(Front View) 59
그림 3.23. 사고발생 공정 배치도 60
그림 3.24. 사고발생 공정 P&ID 60
그림 3.25. 사고현장 항공사진 및 염산 저장시설 형상 61
그림 3.26. 사고 발생 후 재난안전연구원 3D 스캔 자료 61
그림 3.27. 3D 역설계를 통해 복원한 사고 설비 형상 62
그림 3.28. 염상저장 탱크 누출지점(화학물질안전원, 2021) 63
그림 3.29. 사고지점 주변 드론 촬영 형상 65
그림 3.30. 사고지점 주변 피해영역 구분 65
그림 3.31. 시뮬레이션을 위한 3D 모델링 반영 형상 66
그림 3.32. 시뮬레이션 격자(Grid) 생성 형상 68
그림 3.33. 확률 단위변수(Probit) vs 백분율 상관관계도 72
그림 3.34. 사망가능 기준농도의 시간에 따른 독성가스 확산거동 형상 76
그림 3.35. 인체피해 기준농도의 시간에 따른 독성가스 확산거동 형상 79
그림 3.36. 산림피해 기준농도의 시간에 따른 독성가스 확산거동 형상 84
그림 3.37. 산림피해 기준 최대 확산영역 분포 형상 89
그림 3.38. 사고지점 주변의 환경피해 구분 형상 89
그림 3.39. 화학사고 중 폭발사고에 대한 시뮬레이션 사례 93
그림 3.40. 화학사고 중 화재사고에 대한 시뮬레이션 사례 93