수소 경제 시대의 도래로 인해 수소 운송, 저장을 하기 위해 다양한 연구들이 진행되고 있으며, 그로 인한 수소 폭발의 위험성이 대두되고 있다. 수소 에너지와 관련된 최신 기술 현황을 파악하기 위하여 국내외 다양한 수소 에너지와 관련된 전체적인 연구동향을 파악하는 것이 필요하다. 이와 관련하여 본 논문에서는 국제 학술지에서 게재된 전체 논문을 대상으로 VOSViewer를 이용한 계량서지분석을 실시하였다. 수소 폭발, 수소 파이프라인, 수소 저장의 시기별 핵심단어 분석 결과, 수치해석 시뮬레이션을 활용한 논문들이 많이 게재되고 있었으며, 2000-2010년에 비해 2011-2022년에는 수소 저장, 수소 파이프라인 연구 분야에서 안전성과 수소 폭발에 대한 연구가 더욱 더 많이 진행되고 있었음을 알 수 있다.

Due to the advent of the hydrogen economy era, various studies are being conducted to transport and store hydrogen, and the risk of hydrogen explosion is emerging. In order to figure out the new technology related to hydrogen energy, it is necessary to figure out the overall research trends related to various hydrogen energy at home and abroad. In this study, a bibliometric analysis using VOSViewer for the papers published in the international journal was conducted. From the analysis in different time period using the keywords including hydrogen explosion, hydrogen pipeline, and hydrogen storage, it was found that there were frequent paper publications using numerical analysis simulation. It is also found that more and more researches on safety and hydrogen explosion in hydrogen storage and hydrogen pipeline transportation have been conducted in 2011-2022 compared to those in 2000-2010.

수소는 다른 연료에 비해 에너지효율이 높고 유해물질이 배출되지 않아 미래의 청정에너지원으로 인식되고 있다. 그러나 수소는 밀도가 낮아 운반 및 저장시에 부피가 커서 압축하거나 특별한 운반체를 사용해야 하며, 공기중에 노출 시 화재나 폭발의 위험성이 있다. 수소-공기 혼합물의 폭발에 관한 실험이나 수치해석적 연구가 진행되어 오고 실물 수소 충전소를 대상으로 한 폭발 시뮬레이션에 관한 연구사례는 극히 드물다. 본 연구에서는 실제 수소 충전소를 대상으로 Lidar 스캐닝을 수행하여 point cloud 데이터를 획득하고 수소 충전소 3 차원 구조모델을 작성한다. 3 차원 구조모델은 Ansys 사 AUTODYN 에 적용되어 수소 충전소의 수소폭발을 가정한 TNT 등가량의 폭발 시뮬레이션을 실시하고 주변에 전파하는 폭발압력을 계산하여, 수소 충전소 폭발에의한 주변 보안 건물의 안전거리에 관한 정보를 제공한다.

Hydrogen is a fuel having the highest energy compared with other common fuels. This means hydrogen is a clean energy source for the future. However, using hydrogen as a fuel has implication regarding carrier and storage issues, as hydrogen is highly inflammable and unstable gas susceptible to explosion. Explosions resulting from hydrogen-air mixtures have already been encountered and well documented in research experiments. However, there are still large gaps in this research field as the use of numerical tools and field experiments are required to fully understand the safety measures necessary to prevent hydrogen explosions. The purpose of this present study is to develop and simulate 3D numerical modelling of an existing hydrogen gas station in Jeonju by using handheld LiDAR and Ansys AUTODYN, as well as the processing of point cloud scans and use of cloud dataset to develop FEM 3D meshed model for the numerical simulation to predict peak-over pressures. The results show that the Lidar scanning technique combined with the ANSYS AUTODYN can help to determine the safety distance and as well as construct, simulate and predict the peak over-pressures for hydrogen refueling station explosions.

화약류 저장소는 내부 폭발 시 구조물에 가해지는 영향을 최소화하기 위해 내벽과 일정 거리 이격하여 화약류를 저장하고, 예기치 못한 폭발에 나머지 폭약의 순폭을 방지해야 한다. 따라서 안전한 화약류 저장을 위해 저장소 내부에 폭약의 분할 배치를 모사하여 순폭 실험을 진행하였다.
본 연구에서는 에멀젼 폭약 사이의 이격거리, 배치를 달리 적용하여 직경의 2배(2D)에서 순폭되고, 2.5배(2.5D)에서 불폭됨을 확인하였다. 순폭도와 화약류 저장소 크기를 감안하여 폭약량 3kg을 설정하였고 다양한 배치 변화에 따른 순폭실험 결과 대부분 불폭되어 해당 배치 적용 시 안전성을 확인하였다.

In order to minimize the impact on the structure during an internal explosion, the explosives storage must be kept at a distance from the inner wall to prevent the sympathetic detonation of the others explosives in an unexpected explosion. For safe explosives storage, a gap test was conducted by simulating the split arrangement of explosives inside the storage.
In this study, the separation distance and arrangement between the emulsion explosives were applied differently to be sympathetic detonation at 2D of diameter and non-detonated at 2.5D. Considering the coefficient of detonation transmission and the size of the explosives storage, the explosive amount of 3kg was set, and most of the gap tests according to various arrangement changes were non-detonated, and safety was confirmed when applying the batch.

본 연구에서는 증기운 폭발 시 발생하는 폭풍파의 과압을 결정하는데 사용되는 폭발 예측 모델인 TNT등 가법, 다중에너지법, Baker-Strehlow-Tang(BST)법의 적용성을 평가하였다. 원룸 주택과 상가가 밀집한 지역 내에 설치된 2000 kg 용량의 프로판 저장 용기에서 누출된 프로판이 증기운 폭발을 일으키는 것을 가정하였다. TNT등 가법을 적용하여 계산한 2000 kg의 프로판과 등가인 TNT의 질량은 4061 kg인 것으로 나타났다. TNT등가법, 다중에너지법, BST법으로 구한 거리에 따른 과압의 변화 양상에 따르면 폭원으로부터 100 m 이내 지점에서는 과압의 감소가 급격하고, 대체적으로 TNT등가법과 BST법으로 구한 과압의 크기가 유사한 것으로 나타났다. 실제 증기운 폭발 사례에서 관찰된 과압과 TNT등가법, 다중에너지법, BST법을 적용하여 구한 과압을 비교한 결과 BST법이 가장 잘 맞는 것으로 나타났다. 각 폭발 예측 모델로 구한 거리에 따른 과압을 구조물 손상 기준과 비교한 결과 폭원으로부터 90 m 이내에 위치하는 구조물은 반파 이상의 피해를 볼 것으로 평가되었고, 600 m 이격된 구조물도 유리창이 파손되는 피해가 있을 것으로 예측되었다.

This study evaluates the applicability of the TNT Equivalency Method, Multi-Energy Method, and Baker-Strehlow-Tang (BST) Method, which are blast prediction models used to determine the overpressure of blast wave generated from vapor cloud explosion. It is assumed that the propane leaked from a propane storage container with a capacity of 2000 kg installed in an area where studio houses and shopping centers are concentrated causes a vapor cloud explosion. The equivalent mass of TNT calculated by applying the TNT Equivalency Method is found to be 4061 kg. Change of overpressure with the distance obtained by the TNT Equivalency Method, Multi-Energy Method, and BST Method is rapid and the magnitude of overpressure obtained by the TNT Equivalency Method and BST method is generally similar within 100 m from explosion center. As a result of comparing the overpressure observed in the actual vapor cloud explosion case with the overpressure obtained by applying the TNT Equivalent Method, Multi-Energy Method, and BST Method, the BST Method is found to be the best fit. As a result of comparing the overpressure with the distance obtained by each explosion prediction model with the damage criteria for structure, it is estimated that the structure located within 90 m from explosion center would suffer a damage more than partial destruction, and glass panes of the structure separated by 600 m would be fractured.

최근 대규모 산업구조물의 해체수요가 증가하고 있으며, 해체된 산업부지를 원래 자연환경으로 복원하는 공사가 진행하고 있다. 본 시공사례는 구조적 노후화와 기능적 요건을 만족하지 못하는 대단면 철근콘크리트 구조물인 터빈기초를 해체하기 위해 발파해체공법을 적용하였다. 발파해체 결과 터빈기초의 파쇄상태는 양호하였고, 주변 시설물의 피해 없이 발파해체를 완료하였다.

Recently, the demand for the dismantling of large-scale industrial structures is increasing, and the construction of restoring the dismantled industrial to their original natural environment is underway. This case was an application of the explosive demolition method to the demolition of a large section turbine foundation structure which structural obsolescence and failure to meet functional requirements. As a result of the explosive demolition, the fracture condition of the turbine foundation was satisfactory, and the explosive demolition was completed without causing any damage to the surrounding facilities.

최근 오래된 산업단지의 해체수요가 증가하고 있으며, 해체된 산업부지를 원래 자연환경으로 복원하는 공사를 진행하고 있다. 본 시공사례는 오래된 산업단지 내의 대형 철골구조물을 해체하기 위해 발파해체공법 중 전도공법을 적용하였다. 철골구조물을 절단하기 위해 금속 제트가 발생하는 장약용기를 사용하였다. 발파구간 중 철골구조물의 두께가 두꺼운 부분은 가스와 산소 불꽃 또는 아크열에 의해 깊은 홈을 파는 방법인 가우징을 적용하여 두께를 조절하였다. 발파해체 결과, 철골구조물은 예측된 방향으로 정확히 전도하였으며, 주변 시설물에 피해 없이 발파해체를 완료하였다.

Recently, the demand for the dismantling of old industrial complexes has been increasing, and the construction of restoring the dismantled industries to their original natural environment is underway. In this case, the felling method was applied to the explosive demolition method to dismantle a large steel frame structure in an old industrial complex. We used a charging container to cut the steel frame structure that generates a metal jet. The thickness of the thick steel structure in the blasting section was controlled by gouging which a method of digging deep groove by gas and oxygen flame or arc thermal. As a result of the explosive demolition, the steel frame structure collapsed precisely according to the estimated direction. The explosive demolition was completed without causing any damage to the surrounding facilities.