수소안전

1장 수소 안전 1
1.1 수소와 안전 5
1.2 수소 안전 프로그램 6
1.3 수소 사고 및 손실 통계 7
1.4 수소 안전의 특징 8
1.4.1 강력한 반응성 8
1.4.2 빠른 확산성 9
1.4.3 가벼운 기체 11
1.5 수소 사고 사례 11
1.5.1 1937년 힌덴부르크 비행선 폭발사고 11
1.5.2 1986년 챌린저 호 폭발사고 12
1.6 안전한 수소 13

2장 수소의 물성 15
2.1 수소의 일반 물성 17
2.2 Ortho-, Para- 수소 18
2.3 기체 수소의 물성 19
2.4 액체 및 고체 수소의 물성 24
2.5 수소 위험의 종류 26
2.5.1 일반적 위험 26
2.5.2 점화 26
2.5.3 화재 및 폭발 27
2.5.4 누출 27
2.5.5 수소 확산 27
2.5.6 저장 시설 결함 28
2.5.7 환기, 방출 시스템 결함 28
2.5.8 수소 부식 28
2.6 수소의 발화와 인화성 28
2.6.1 수소의 폭발 29
2.6.2 첨가제의 효과 33
2.6.3 Halocarbon의 폭발 한계 억제 효과 34
2.6.4 자동점화온도 35
2.6.5 최소발화에너지 35
2.6.6 정상상태에서의 퀀칭 갭(Quenching Gap) 35
2.7 수소의 누설, 유출 및 확산에 따른 대책 36
2.7.1 수소의 누설 및 유출 36
2.7.2 확산 38

3장 수소 시설 43
3.1 안전성 검토 45
3.2 안전성 분석을 위한 필수 기본사항 45
3.3 수소 스테이션의 종류 46
3.4 수소 스테이션 장치 47
3.4.1 중앙 집중식 분배 48
3.4.2 온 사이트(On-site) 수소 생산 48
3.5 수소 스테이션 시스템의 종류 52
3.5.1 액화수소 분배 시스템 52
3.5.2 전기분해 시스템 57
3.5.3 스팀 메탄 개질 시스템 62
3.5.4 튜브 트레일러 시스템 67

4장 수소 연소 73
4.1 수소-산소 반응 75
4.1.1 반응 과정 75
4.1.2 연쇄 반응 76
4.2 수소 공기 혼합물의 열적 점화 77
4.3 연쇄 점화 이론 81
4.4 열적 점화 이론(Frank-Kamenetskii Theory) 83
4.5 스파크에 의한 점화 85
4.6 가열된 표면에서의 점화 87
4.7 점화 실험 89

5장 수소 화재 95
5.0 서론 97
5.1 수소화재의 기본 성질 97
5.1.1 빠른 연소성 97
5.1.2 낮은 방사열 98
5.1.3 무색, 무취 99
5.2 화재의 종류 100
5.2.1 Basic Premixed flames 100
5.2.2 파이어볼, 제트파이어, 풀파이어 101
5.3 수소의 제트파이어 102
5.3.1 화염 길이 102
5.3.2 Lift-off height 107
5.3.3 화염 복사열 109
5.3.3.1 복사열 109
5.3.3.2 복사 강도와 에너지 플럭스 109
5.3.3.3 제트화염의 복사열 110
5.3.4 고압의 수소제트 화염 112
5.3.5 수소의 누출과 점화 115
5.4 액화 수소의 화재 117

6장 수소-공기 혼합물의 폭발 특성 123
6.1 서론 125
6.2 수소의 평형 연소 인자 125
6.3 폭발 한계 127
6.4 Laminar Burning Velocity 129
6.5 연소화 한계 131
6.6 점화 132
6.7 난류의 효과 132
6.8 폭굉 134
6.9 결론 137

7장 DDT(Deflagration to Detonation Transition) 139
7.1 서론 141
7.2 매끈한 튜브에서의 DDT 142
7.3 거친 튜브(Rough Tubes)에서의 DDT 149
7.4 직접 개시 폭굉(Direct initiation of detonation) 152

8장 위험성 평가 157
8.1 수소의 위험성 159
8.1.1 연소 위험성 159
8.1.2 과압에 의한 위험성 160
8.1.3 수소에 의한 사고 160
8.2 수소 시스템의 안전성 평가방법 161
8.2.1. 1단계: 시스템 구성 요소 분석 161
8.2.2. 2단계: 구성요소의 결함요인 분석 162
8.2.3. 3단계: 연소화합물을 만드는 결함요인 분석 163
8.2.4. 4단계: 점화에너지원의 유무 분석 163
8.2.5. 5단계: 화재나 폭발 등으로 이어질 가능성 분석 163
8.2.6. 6단계 2차 파급 효과 분석 164
8.2.7. 영향력 분석 및 결과 보고서 작성 164
8.3 결론 166

9장 수소 부식 169
9.1 부식 현상 171
9.2 수소 부식 사고 사례 172
9.3 부식 검사 방법 175
9.4 스틸에 영향을 미치는 부식 인자 184
9.4.1 운전 조건 184
9.4.1.1 수소의 순도 184
9.4.1.2 수소 분압 185
9.4.1.3 온도 186
9.4.1.4 응력과 변형 187
9.4.1.5 노출 시간 187
9.4.2 설계와 표면 조건 187
9.4.3 물질 188
9.4.3.1 미세 구조 189
9.4.3.2 화학 조성 189
9.4.3.3 열처리와 기계적 특성 189
9.4.3.4 용접 190
9.4.3.5 Cold working (Strain hardening) 190
9.4.3.6 비금속 물질의 함유 190
9.5 스틸 이외의 금속 부식 190
9.6 수소 공격 191
9.6.1 화학 조성 192
9.6.2 열처리 192
9.6.3 응력 레벨 193
9.7 결론 193

10장 수소 안전 표준 및 지침서 195
10.1 서론 197
10.2 수소 자동차 197
10.3 수소 스테이션 203
10.4 고정식 수소 연료 전지 시스템 212
10.5 수소 저장 213
10.6 수소의 제조 및 사용 공정 215
10.7 결론 216

찾아보기 219