수소생산시설에서의 수소폭발의 안전성평가 방법론 연구

Abstract

화석연료 등 에너지자원의 고갈과 국제정세 불안 등 정치적 요인으로 인해 세계 에너지시장의 불안정성이 크게 높아지고 있어 대체에너지 개발의 필요성이 대두되고 있다. 이에 거론되고 잇는 대체에너지 중 원자력을 이용하여 물로부터 수소를 생산하는 기술은 탄소발생이 없는 매우 장래가 유망한 기술이다. 물로부터 수소를 생산하기 위해서는 1000°C이상의 고온을 필요로 하기 때문에 초고온가스로가 이용될 전망이다. 초고온가스로를 이용한 수소생산시설은 고온 및 부식 환경에 놓여있어 항상 수소누출의 위험이 있고 수소가 누출될 시에는 폭발의 위험이 있다. 수소폭발이 일어날 경우 수소생산시설 자체의 안전에도 영향을 미치지만 초고온가스로의 안전에 악영향을 미쳐 초고온가스로의 건전성이 훼손된다면 원자로 고유의 특성상 심각한 피해를 초래하게 된다. 하지만 열수력학적 관점에서 볼 때 먼 거리는 효율을 떨어뜨리는 결과를 가져오게 된다. 이에 본 연구에서는 원자력을 이용한 수소생산의 개요에 대해 알아보고 수소폭발이 초고온가스로에 미치는 영향을 평가하기위해 여러 가지 방법론을 검토하였으며, 적절한 방법론인 신뢰도물리모델을 이용하여 수소폭발이 일어났을 때의 초고온가스로 구조물 부분손상확률, 완전손상확률, 구조물실패확률을 폭굉부피별, 거리별로 도출하였으며 Safety Criteria 1×10^(-6)을 기준으로 폭굉부피별 초고온가스로와 수소생산시설사이의 안전거리를 도출하였다. 향후 초고온가스로에 대한 설계특성 및 외부에서의 내압평가와 큰 폭굉부피에 대한 과압평가가 이루어진다면 본 연구에서 사용한 신뢰도물리모델을 사용하여 더욱 정확한 안전거리를 도출할 수 있을 것으로 예상된다. 본 연구결과는 수소제조시설의 예비개념설계에서의 안전성 향상과 추후 운영될 수소제조시설의 안전거리 및 안전관리 규제기준 설정에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.; Due to the exhaustion of fossil fuel as energy sources and international situation insecurity for political factor, unstability of world energy market is rising, consequently, a substitue energy development have been required. Among substitute energy to be discussed, producing hydrogen from water by nuclear energy which does not release carbon is a very promising technology. Very high temperature gas cooled reactor is expected to be utilized since the procedure of producing hydrogen requires high temperature over 1000°C. Hydrogen production facility using very high temperature gas cooled reactor lies in situation of high temperature and corrosion which makes hydrogen release easily. In case of hydrogen release, there lies a danger of explosion. Moreover explosion not only has a bad influence upon facility itself but very high temperature gas cooled reactor which also result in unsafe situation that might cause serious damage. However, from point of thermal-hydraulics view, long distance makes low efficiency result. In this study, therefore, outlines of hydrogen production using nuclear energy is researched. Several methods for analyzing the effects of hydrogen explosion upon high temperature gas cooled reactor are reviewed. Reliability physics model which is appropriate for assessment is used. Using this model, leakage probability, rupture probability and structure failure probability of very high temperature gas cooled reactor is evaluated classified by detonation volume and distance. Also based on standard safety criteria which is a value of 1×10^(-6), the safety distance between very high temperature and hydrogen production facility is calculated. In the future, assessment for characteristic of very high temperature gas cooled reactor, capacity to resist pressure from outside hydrogen explosion and overpressure for large amount of detonation volume in detail is expected to identify more precise distance using reliability physics model in this paper. This result will make safety enhancement in the procedure of pre-conceptual design of hydrogen production facility. Moreover, it is considered that these methods will be helpful to establish safety distance and safety regulation criteria of hydrogen production facility.