수소관련 사고대응을 위한 교육자료 조사

임옥근(Ohk Kun Lim),박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.추계

세계적인 기후위기로 인해 온실가스 감축과 미세먼지 저감을 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있으며, 국내에서도 ‘수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률’ 등을 제정하며 수소인프라를 빠르게 구축하고 있다. 국내 대부분의 수소충전소는 튜브 트레일러에 저장된 약 300 kg 규모의 수소를 저장하고 사용하기 때문에 특정소방대상물에 해당되지 않아 피해저감시설로 대형 및 소형 소화기를 비치하고 있는 실정이다. 또한 재난현장 표준작전절차 수립운영에 관한 규정에 수소자동차나 수소충전소 사고에 대응하기 위한 절차가 아직 수립되지 않았다. 수소자동차나 수소저장소 등 수소와 관련된 사고 발생 시 이를 효과적으로 대응하기 위해 유럽에서는 영국, 프랑스, 이탈리아 등의 6개 기관이 공동으로 연구하여 수소사용의 위험성에 대한 기초교육자료와 실물크기의 훈련시설 플랫폼을 구축하고 다양한 훈련 프로그램을 개발한 바가 있다. 미국의 경우 미국화학공학회와 수소안전센터가 공동으로 초기대응자를 위한 교육프로그램을 개발하고 이를 온라인으로 제공하고 있다. 미국에서 실시하고 있는 수소자동차나 수소충전소 사고 대응을 위한 교육자료에는 수소장치에 대한 것과 수소와 관련된 사고 시의 고려사항, 그리고 시나리오에 따른 훈련사항에 대해 기술되어 있다. 먼저 눈에 잘 보이지 않는 수소화염의 특성에 대한 것과 수소설비에 설치된 수소배출장치, 수소가스검지기, 화염검지기, 비상차단장치 등 기본적인 안전설비에 대한 개략적인 내용을 다룬 뒤, 수소자동차를 식별하기 위한 다양한 확인방법들, 수소누출을 알아챌 수 있는 현상들, 수소배관이나 오렌지색상의 고압전선의 위치, 방전사고의 위험성을 줄이기 위한 전원차단 등에 대해 설명되어 있다. 수소사고 초기대응자의 훈련을 위해 하나의 자동차사고, 화재를 동반한 하나의 자동차 사고, 여러 대의 자동차 사고, 누출을 동반한 수소충전소 사고, 지하주차장과 같이 밀폐된 공간에서 자동차의 수소누출 사고, 수소탱크 운반 시의 사고로 총 6가지의 시나리오를 제시하고 있다. 국내에서도 수소와 관련된 사고에 효과적으로 대응하기 위해 초기대응자에 대한 교육과 작전절차가 필요할 것으로 판단된다.

배관보온재의 화재안전성능 분석을 위한 실험적 연구

임옥근(Ohk Kun Lim),유우준(Woo Jun You) 대한설비공학회 2020 설비공학 논문집 Vol.32 No.3

Pipe insulation materials are commonly used in building construction to protect freezing which causes critical damage to hydraulic systems. Flame retardant-approved materials are recommended for use. However, hypothetical fires can spread through insulation materials. This study reports a reaction-to-fire performance of pipe insulation materials using a full-scale fire experiment. A vertical pipe chase apparatus in accordance with NFPA 274 was used for evaluation. Different times regarding heat release rate curves were observed in the polyethylene insulation depending on the construction methods. Magic tape covered products show an ultrafast fire growth rate, whereas a fast to medium fire growth rate was observed in foil-faced products. Elastomeric insulation showed a slow fire growth rate with the peak heat release rate of 100 kW. Although all the insulation materials have flame-retardant performance according to existing test methods, it provided different results with respect to the materials and construction methods. Full-scale test methods based on as-installed configurations are required to reduce risk of fires caused by pipe insulation materials.

리튬이온배터리화재 대응방안의 실효성 분석을 위한 실규모 화재진압실험

임옥근(Ohk Kun Lim),강성욱(Sungwook Kang),권민재(Minjae Kwon),최정윤(Joung Yoon Choi) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회논문지 Vol.35 No.6

친환경자동차의 누적등록대수가 100만대를 넘어섰으며 그 비중이 증가하고 있다. 본 연구에서는 친환경자동차에사용되고 있는 리튬이온배터리의 화재 시 실질적인 대응방안인 수계소화제를 이용한 주수, 질식소화덮개, 그리고 간이수조의 실효성에 대해 정량적으로 분석하였다. 물, 침윤소화약제, 포소화약제를 사용하여 리튬이온배터리팩 하부에서 주수한 경우 0.08~0.09 ℃의 온도감소율을 보여 소화제별 유의미한 차이는 보이지 않았다. 질식소화덮개를적용한 경우에도 지속적인 열폭주의 발생이 관찰되었으며, 간이수조 사용 시에는 손상된 배터리팩 하우징의 틈새로물이 유입되어 직접 냉각이 이루어진 후에 배터리의 온도가 급격히 감소함을 관찰했다. 이런 정량적 분석결과는 전기차화재 대응전략 및 전술을 마련하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다. The number of registered eco-friendly vehicles has exceeded a million, and their market share has expanded. In thisstudy, the effectiveness of existing fire response procedures for lithium-ion batteries, which are widely used in eco-friendlyvehicles, was investigated by using water-based extinguishing agents, fire blankets, and flood barriers. Water, wetting agents,and foaming agents were sprayed on the underside of battery packs. A temperature decrease rate of ~0.08 ℃ wasmeasured, and no significant difference was observed between the extinguishing agents. Continuous thermal runawayoccurred when a fire blanket was applied, and the temperature inside the damaged battery pack rapidly decreased after waterpermeated its cracks. Quantitative analysis of fire suppression methods can provide information toward the development ofpractical fire incident response plans for electric vehicles.

국내 연구논문의 키워드 네트워크 분석을 통한 수소충전소 연구개발 동향

임옥근(Ohk Kun Lim) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회논문지 Vol.35 No.4

전세계적인 기후변화는 기존에는 겪어보지 못했던 자연재난과 같이 예상치 못한 심각한 피해를 발생시키고 있으며, 이로 인해 친환경에너지인 수소 사용에 대한 관심이 증가하고 있다. 국내에서는 수소자동차 보급과 함께 수소충전소와 같은 인프라 구축이 최근 활발하게 이루어지고 있으나 텍스트 마이닝을 활용한 관련 연구동향에 대한 체계적인 분석은 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 최근 10년간 한국학술진흥재단 등재지에 게재된 수소충전소 관련논문들에서 텍스트 마이닝기법을 사용하여 기간별 주요 키워드와 연구주제들을 분석했다. 2017년 이후로 수소충전소, 연료전지, 전기충전소 등이 핵심키워드로 등장했으며 수소저장, 수소자동차, 수소충전소 안전관련 주제들의 연구비중이 증가하고 있음을 확인할 수 있었다. 이런 정량적인 분석결과는 국내 수소인프라의 효율적인 구축을 위한 연구와 정책방향 수립에 활용될 수 있을 것이다. Global climate change has caused various natural disasters, which has resulted in serious damage to the society. Therefore,there has been a growing interest in utilizing eco-friendly energy sources such as hydrogen fuel. Hydrogen vehicles andinfrastructures have been studied extensively. However, the research trends of hydrogen refueling stations have not beensystematically analyzed using text mining with domestic research articles. The keyword network and research topics wereanalyzed based on the Korea Citation Index (KCI) data of the past 10 years. The analysis revealed that “hydrogen refuelingstation,” “fuel cell,” and “charging station” are new research keywords. Furthermore, topics such as “hydrogen storage,”“hydrogen and electric vehicle,” and “safety in hydrogen refueling station” are becoming increasingly popular. Thesequantitative analysis results provide an insight on the development of hydrogen infrastructure and research policy.

안전이격거리 설정을 위한 저장식과 이동식 수소충전소 제트누출의 수치해석적 연구

박병직(Byoungjik Park),김진현(Jinhyun Kim),임옥근(Ohk Kun Lim),김양균(Yangkyun Kim) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회논문지 Vol.35 No.6

수소 고압 설비에서 제트누출(jet release)사고가 발생되어, 즉시 점화가 되면 제트화재(jet fire)가 발생하며, 지연점화가 이루어지면 폭발(explosion)사고로 이어질 수 있기 때문에 누출되지 않도록 관리하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 저장식 수소충전소와 이동식 수소충전소의 수소저장탱크에서 제트누출 사고가 발생한 경우에 수소 설비 주변의 수소 체적분율 변화와 가연영역을 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 기반의 모델을 활용하여 분석하였다. 저장식 수소충전소는 벽면 상단에 있는 개구부를 통해서 외부로 확산되었으며, 이동식 수소충전소는 구조적인 형태로 인해 윙바디(wing body) 아랫부분에 일부 누출된 수소가 정체되었다. 제트 누출이 발생한 10 s 후에 대부분의 수소설비는 수소 가연영역에 포함되었으며, 가연거리는 이동식 수소충전소가 저장식 수소충전소에 비해 30s 이후부터는 약 2배 정도 길게 계산되었다. High-pressure hydrogen facilities are prone to jet release accidents. In the cases of immediate ignition, jet fire occurs,and delayed ignition can lead to explosion accidents. Therefore, its management is crucial to avoid leakage. In this study,the change in volume fraction of hydrogen and the flammable area around the hydrogen facility were calculated using acomputational fluid dynamics model, for the cases of jet release accident in a hydrogen storage tank of off-site hydrogenrefueling station and a mobile hydrogen refueling station. The leakage at the off-site hydrogen refueling station was throughthe opening at the top of the wall. The mobile hydrogen refueling station had hydrogen stagnated in the lower part of thewing body due to the wing body. Most of the hydrogen facilities were included in the hydrogen flammable zone after 10s of the jet release. Further, after 30 s, the flammable distance was calculated to be approximately twice for of a mobilehydrogen refueling station as compared to a storage type hydrogen refueling station.

수소충전소 사고대응을 위한 훈련프로그램 개발 및 분석

박병직(Park,Byoungjik),김양균(Kim,Yangkyun),임옥근(Lim,Ohk Kun) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.6

최근 정부의 친환경정책으로 인해 수소충전소의 구축이 빠르게 증가하고 있지만 새롭게 생긴 시설로 사고대응절차에 대한 연구가 많지 않다. 수소충전소 사고발생 시 효과적으로 대응하기 위해 초기대응자가 훈련하거나 알고 있어야 할 내용에 대해 델파이기법으로 조사하고;도출된 항목의 중요성에 대해 계층적 의사결정분석을 이용해 분석하였다. 수소충전소 구조와 긴급차단장치의 위치 및 조작방법;위험반경과 안전거리;수소충전소와 수소자동차의 사고시나리오에 따른 대응방안에 대한 내용이 가장 필요한 것으로 조사되었다. 긴급차단장치의 위치 및 조작방법에 대한 중요성이 가장 높게 분석되었으며;다음으로는 수소충전소의 안전거리에 대한 것이었다. 이런 분석결과는 수소충전소나 수소자동차 사고를 수습하는 초기대응자의 대응능력을 향상시키고 안전한 수소충전 인프라를 구축하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다. As the number of hydrogen refueling stations has increased rapidly in recent times;evaluating their incident training programs for first responders;has gained importance. In this study;the Delphi method was used for investigating the training programs;and the importance of the consensus programs was analyzed using the analytical hierarchy process (AHP). Location and operating methods of the emergency shutdown devices;safety distance;and response procedures depending on the hydrogen refueling station and hydrogen vehicle;were deduced. The results reveal that the training regarding emergency shutdown devices is the most important;followed by the one regarding safety distance. Quantitative analysis with regard to the training programs for hydrogen refueling stations can improve the response capability of first responders.

수소충전소 소방시설 설치기준 분석

박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim),임옥근(Ohk Kun Lim) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회논문지 Vol.35 No.5

수소경제 실현을 위해서는 관련 인프라를 구축하는 것이 중요하며, 정부에서는 2022년까지 수소충전소 310기를 구축한다는 계획을 제시한 바 있다. 국내 대부분의 수소충전소는 수소탱크용량으로 인해 소방법상 특정소방대상물에해당되지 않는다. 본 연구에서는 델파이기법을 사용하여 수소충전소의 안전성을 향상시키기 위해 필요한 소방시설과도출된 소방시설들을 설치하기 위한 법령개정 방안에 대해 조사했다. 소방시설로는 자동화재탐지설비, 스프링클러설비 등 6가지가 도출되었으며, 수소충전소가 특정소방대상물에 포함되도록 수소가스 저장용량을 변경하도록 소방시설법을 개정하는 것이 가장 적합하여 고압가스 관련법령에서도 소방시설법에 따라 설치할 수 있도록 서로 연계하는 것도 필요한 것으로 조사되었다. 이런 분석결과는 안전한 수소인프라 구축을 위한 법령개정에 활용될 수 있을 것이다. The Korean government has announced the construction of more than 310 hydrogen refueling stations by 2022 to establisha hydrogen infrastructure, which is crucial for realizing hydrogen economy. According to the fire act in Korea, most hydrogenrefueling stations are not included in the specific structure for fire protection. Therefore, in this study, the fire protectionfacilities in hydrogen refueling stations and the amendment methods for those facilities were investigated using the Delphimethod. A total of six fire protection facilities, including an automatic fire alarm system and sprinkler, were drawn. It isthe conclusion of the paper, however the current fire act does not classified the hydrogen refueling station as the specificstructure for fire protection. I think the following is better: Furthermore, hydrogen refueling stations needed to be includedin the specific structure for fire protection by modifying the hydrogen storage tank volume. High-pressure gas act andrelevant technical codes were further required to connect with fire regulations. Quantitative analysis of fire protection facilitiesand design codes for hydrogen refueling stations could provide information for the hydrogen infrastructure development.

복합영상관의 성능위주설계를 위한 가연물의 연소발열특성 연구 : 객석의자의 열발생률 및 연소확산속도를 중심으로

남동군(Dong-Gun Nam),장효연(Hyo-Yeon Jang),황철홍(Cheol-Hong Hwang),임옥근(Ohk-Kun Lim) 한국화재소방학회 2020 한국화재소방학회논문지 Vol.34 No.1

성능위주설계의 설계화원 정보는 피난안전성 평가에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 실물화재 실험에 근거한 설계화원의 설정이 매우 중요하다. 복합영상관에 대한 성능위주설계의 신뢰성을 개선시키기 위하여, 상영관 의자에 대한 화재실험을 통해 열발생률과 화재확산속도 등의 화재거동에 관한 정보를 제공한다. 이를 위하여 실제 상영관과 유사하게 배열된 다수의 객석 의자가 적용되었다. 주요 결과로서, 객석의자 1개에 대하여 최대 열발생률과 단위 질량당 발열량은 각각 415∼988 kW와 15.2∼23.8 MJ/kg의 범위를 갖는다. 신형과 구형 객석의자의 평균 단위 질량당 발열량은 각각 23.6 MJ/kg과 16.7 MJ/kg으로 측정되었다. 즉, 신형의자의 증가된 플라스틱 및 쿠션재의 함량으로 인하여, 신형이 구형에 비해 화재위험성이 높은 것으로 확인되었다. 추가로 객석의자가 일렬로 배치될 때, 점화위치와 상관없이 0.39∼0.42 m/min의 화재확산속도가 관찰되었다. 마지막으로 복합영상관의 성능위주설계를 위하여 객석의 자의 최대 열발생률과 화재성장률로 구성된 화재성장곡선이 제안되었다. As performance-based design (PBD) has a direct impact on evacuation safety assessments, designing fire scenarios based on real fire tests is essential. To improve the reliability of the PBD for fire safety in multiplexes, information on fire behavior, such as heat release rate (HRR) and fire spread rate, are provided in this study by conducting a standard fabric flammability test. To this end, several chairs were arranged in a pattern that resembled a theater-style seating. The peak HRR and heating value per unit mass for each chair ranged from 415 kW to 988 kW and 15.2 MJ/kg to 23.8 MJ/kg, respectively. The heating values per unit mass of the new and old chairs were 23.6 MJ/kg and 16.7 MJ/kg, respectively. As the quantity of plastic and cushioning materials in the new chairs was more than that of the old ones, the new chairs were more vulnerable to fire hazards. Furthermore, when the chairs were arranged in a line, the fire spread rate was observed to be 0.39-0.42 m/min, regardless of the ignition location. Finally, a fire growth curve showing the peak HRR and fire spread rate was also demonstrated.

복합수소충전소의 수소가스 폭발사고에 대한 정량적 위험성 평가 연구

박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim),김지웅(Ji Woong Kim),임옥근(Ohk Kun Lim) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.5

세계 자동차 시장은 LNG, LPG, 경유, 휘발유를 사용하는 자동차에서 전기와 수소가스를 사용하는 자동차로 변화하고 있다. 정부는 수소경제 활성화를 위해 수소충전소 설치와 수소자동차 보급을 지속적으로 지원하고 있으며, 기존 LNG·LPG·경유·휘발유 충전소에 수소충전소의 추가설치를 허가하고 있다. 본 연구에서는 수소, 휘발유, 경유를 충전할 수 있는 복합 수소충전소에서 수소가스 폭발 사고의 위험성을 평가하였다. 수소충전소 내부의 수소가스 누출사고로 인해 발생한 증기운폭발에서 발생하는 폭발파에 의한 수소충전소 내외부의 피해 정도를 수치해석을 통해 분석하였다. 수소가스의 누출이 증가할수록 증기운폭발이 발생했을 때 인근의 구조물 및 시설물에 심각한 수준의 피해가 발생함을 확인하였으며 이런 연구결과는 향후 수소충전소의 안전이격거리 및 수소설비 배치계획에 활용될 수 있을 것이다. The global automobile market is shifting from vehicles powered by LNG, LPG, diesel, and gasoline toward electric and hydrogen-driven vehicles. To boost the development of a hydrogen economy, the Korean government has been supporting the supply of hydrogen vehicles and permitting the installation of hydrogen refueling stations alongside the existing LNG, LPG, diesel, and gasoline refueling stations. This study entailed an evaluation of the risk of hydrogen gas explosion accidents at a combined hydrogen fueling station that supplies hydrogen, gasoline, and diesel. Numerical analysis was used to examine the extent of damage to the interior and exterior of the hydrogen station caused by the blast wave generated by the vapor cloud explosion resulting from a hydrogen gas leakage inside the station. The results indicate that the severity of the damage to nearby structures and facilities due to the vapor cloud explosion increased with increasing hydrogen gas leakage. The results have applicability in planning the safety separation distance of hydrogen stations and placement of hydrogen facilities.

배관용 보온재의 난연 성능 시험방법에 따른 최대 발열량 분석

유우준(Woo Jun You),박정욱(Jung Wook Park),신연제(Yeon Je Sin),박형규(Hyeong Gyu Park),임옥근(Ohk Kun Lim) 한국화재소방학회 2020 한국화재소방학회논문지 Vol.34 No.1

본 연구에서는 보온재의 설치 상태를 고려한 ISO 20632와 NFPA 274 시험 기준에 따른 발열량 산출 결과를 분석하였다. 이를 위해서 보온재 총 6종(은박 발포폴리에틸렌(PE(S)), 무은박 발포폴리에틸렌폼(PE(N)), 고무발포(Rubber), 일본-폴리에틸렌폼(PE(J)), 일본-폴리우레탄폼(PU(J)) 그리고 일본-스티로폼(ST(J)))에 대해서 EN 13501-1과 화재성장 곡선에 따른 난연 등급을 구분하였다. 그 결과 PU(J), PE(J) 그리고 PE(N)는 Class E 및 Ultra-fast, NFPA 274 시험기준에 의한 PE(S)는 Class D 및 Fast, ISO 20632에 의한 PE(S)는 Class C 및 Slow, 그리고 Rubber와 ST(J)는 Class B 및 Slow로 나타났다. 하지만, 난연 등급 평가 기준인 최대 발열량에 대한 시간평균 기울기는 시험 방법에 따라서 동일 보온재에 대하여 다르게 나타났으며, 보다 정확한 원인을 분석하기 위한 기초 연구가 필요한 것으로 판단된다. In this study, the heat release rate of pipe insulation is analyzed by considering the installation status in accordance with the standards ISO 20632 and NFPA 274. The flame retardation rate was evaluated for six types of test samples: polyethylene foam covered with beaten silver (PE(S)), PE foam tapped (PE(N)), elastomeric closed cell thermal insulation (rubber), Japanese PE foam (PE(J)), Japanese polyurethane foam (PU(J)), and Japanese styro form (ST(J)) by EN 13501-1 and fire growth curve. The results show that PU(J), PE(J), and PE(N) were Class E and ultra-fast, NFPA 274 test standards for Class D and Fast, and PE(S) by ISO 20632 were Class C and Slow, and Rubber and ST(J) were Classes and Low. However, the changes in the time-averaged maximum heat release rate for each test standard (ISO 20632 and NFPA 274) to evaluate the flame retardation rate differed among identical materials. This means that the fundamental study is necessary to analyze the more accurate reasons.