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소형펀치 시험을 이용한 API 5L X65 강의 수소취화에 관한 연구 II : 용접부
장상엽,윤기봉,Jang, Sang-Yup,Yoon, Kee-Bong 한국에너지학회 2009 에너지공학 Vol.18 No.1
본 연구에서는 X65강의 용접부에 전기화학적 방법으로 수소를 장입한 이후에, 소형펀치시험편을 사용하여 기계적 강도를 평가하고 파면을 분석하였다. 모재부의 경우와는 다르게 용접부에서는 수소장입정도에 따라 강도저하가 민감하게 나타나는 거동을 보였다. 수소장입시 전류밀도, 온도, 장입시간의 변화에 따라 강도 및 연신율 등의 기계적 성질이 민감하게 변화하였다. 특히, 전류밀도가 높고 장입시간이 길어짐에 따라서 강도의 저하가 크게 나타났으나, 상대적으로 전해질 온도의 영향은 비교적 작게 나타났다. 또한 주사전자현미경을 통해 관찰한 시험편의 파면에서 수소침투된 표면근처의 재료에서 취성파면이 발견되었으며, 이는 강도의 저하 거동과 일치되는 경향이다. 수소취화 거동 평가 연구를 위해 본 연구에서 채택한 시험시스템은 재현성이 높게 나타나고 있으며, 이 방법을 이용한 재료의 강도평가 결과 매우 높은 신뢰성을 보이고 있다. 따라서 소형펀치시험과 전기분극법을 이용함으로써 X65강 용접부의 수소취화에 의한 강도변화를 민감하게 평가할 수 있었다. 산출된 데이터의 통계적인 처리를 통해 강도변화값을 예측할 수 있었음도 보였다. With weld metal of X65 steel, hydrogen was charged by electro-chemical method and mechanical behavior such as strength was measured by the small punch test. The weld metal was more sensitive to hydrogen charging than the case of base metal. The small punch (SP) strength was decreased as the hydrogen contents increased. Magnitude of strength decrease was dependent on current density, temperature, charging time. Current density and charging time have significant effect on the mechanical properties but temperature of electrolyte has limited effect. Fractured surfaces of the tested specimens were observed by SEM (scanning electron microscope). In the hydrogen charged specimens cleavage fracture were observed, which is consistent with the SP test results. Since the testing procedure for studying hydrogen embrittlement proposed in this study has shown good reproducibility of test results, the proposed method can be assumed to be a reliable test procedure. Using the electrochemical charging and the small punch test, the change of SP strength for X65 weld metal due to hydrogen embritlement could be evaluated sensitively.
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해상플랫폼 가상현실모델 구현 및 인공지능을 활용한 해저배관 하이드레이트형성 평가
장상엽,김병준,윤희성,서영진,이효련,이준환,이태엽 한국자원공학회 2021 한국자원공학회지 Vol.58 No.2
The subsea gas field environment involves considerable physical and economic difficulties in the offshore environment, including drilling and production processes, design modification, maintenance, facility monitoring, etc. Therefore, operating companies manage these facilities using various techniques to prevent safety and reliability problems in offshore platforms. Although major exploration and production companies operate their own operating facility integrated management systems, plans have been recently announced to use digital twin and artificial intelligence (AI) technology to secure the reliability of offshore structures. However, virtual models are still used for general safety education and disaster prevention training. This research introduces methods and processes for implementing offshore platforms as reliable virtual models and introducing concepts and functions for intelligent operating solutions by incorporating data communication and AI technologies. 해양 유·가스전은 해양환경에 의한 시추 및 생산의 어려움, 설계변경, 유지보수 및 생산설비의 모니터링 등으로 상당한 물리적, 경제적인 어려움이 수반된다. 특히 해양 유·가스전 생산시설을 운영하는 운영사에서는 장시간 생산설비 사용으로 인한 건전성 저하, 해양환경 노출로 인한 강구조물의부식 등으로 인해 해양생산설비의 안전성과 신뢰성 문제를 해결하기 위해 여러 가지 기법을 활용하여 관리해오고 있다. 최근 들어 디지털트윈(digital twin), 인공지능(artificial intelligence, AI)기술을 도입하려는 움직임이 있으나 아직까지 교육이나 재난방지의 목적으로 한정되어 사용된다. 본연구에서는 현재 운영 중인 해상플랜트구조물을 대상으로 3차원 스캐너(scanner)를 이용하여 가상모델을 구현한 내용을 소개하고자 하며, 가상모델을 기반으로 데이터 통신기술과 가스하이드레이트 형성예측과 관련한 인공지능기술을 접목함으로써 해상플랜트의 스마트 운영솔루션 개발에대한 내용을 소개하고자 한다.
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국외 PEM 수전해시스템 도입 및 제주도 재생에너지 연계 실증방안
장상엽,김재동,김동민,박진모,소영석 한국가스학회 2023 한국가스학회지 Vol.27 No.1
기후변화 문제를 해결하기 위한 각국의 노력은 계속되고 있고, 친환경 연료로의 전환은 지속적으로 진행해야 할 인류의 과제이다. 국내에서는 최근 재생에너지자원이 비교적 풍부한 제주도에서 재생에너지와 연계한그린수소를 생산하는 기술을 실증하기 위하여 준비 중이며, 본 연구에서는 국내외 기술현황을 파악 후 해외선진기업의 고분자 전해질 수전해 장치를 도입하여 적용하는 것을 목표로 하고 있다. 본 연구를 진행하면서국외에서 제작되는 수전해 장치에 대하여 국내안전규제에 부합한 시스템 도입과정과 핵심부품의 평가방법을소개하고자 한다.
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소형펀치 시험을 이용한 API 5L X65 강의 수소취화에 관한 연구 I : 모재부
장상엽,윤기봉 한국에너지학회 2009 에너지공학 Vol.18 No.1
금속의 수소취화는 수소를 사용하는 설비의 안전성을 위협하는 중요한 문제이므로, 수소 환경에서 금속의 취화평가법에 관한 연구의 필요성이 요구되고 있다. 수소사회를 대비하기 위하여 대용량의 수소공급방법에 관한 연구가 진행되고 있는데, 기존의 천연가스 배관을 통한 공급방안이 검토되고 있다. 본 연구에서는 배관 내부에 수소혼합가스가 흐르면 배관모재부 및 용접부의 손상이 우려되므로, 국내에 건설되어 운용되고 있는 X65 천연가스 배관의 모재부를 대상으로 수소취화 거동에 대하여 연구하였다. 재료의 수소침투는 전기분극 법을 사용하였으며 강도평가에는 소형펀치시험법을 사용하였다. 수소장입량의 증가에 따라서 금속의 강도 가 저하되는 현상이 발견되는 재료도 있으나, 본 연구에 사용한 X65강의 모재부에서 수소취화의 영향은 거의 나타나지 않았으므로 수소영향에 의한 X65강 모재부의 강도저하는 발생하지 않는 것으로 판단된다. 또한 소형펀치시험을 이용함으로써 금속재료의 수소취화에 의한 기계적 강도변화를 평가할 수 있었다
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장상엽,김재동,박진모,소영석 한국가스학회 2024 한국가스학회지 Vol.28 No.1
재생에너지 자원이 풍부한 제주도에서 수전해 시스템을 활용하여 그린수소를 생산하는 실증단지를 준비 중이며, 수전해 시스템의 장기 운영시 상황을 검토하기 위하여, PEM 수전해 셀을 가속시험평가 하여 수전해 셀의 내구성을 검토하였고, 제주도 풍력기반의 전력패턴을 적용하였을 때 수전해 셀의 내구성을 검토하였다. 가속시험평가(저전류-고전류 반복 인가)를 800시간 진행한 후, PEM 수전해 셀의 성능이 최대 10%, 운전조건에서 5.5% 감소되었으며, 임피던스 분석결과 PEM 수전해 셀의 Ohmic 저항보다 전극의 분극저항이 크게 증가한 것을 확인할 수있다. 그리고 제주도의 풍력패턴을 적용하여 내구성평가를 진행한 경우, PEM 수전해 셀의 성능이 최대 1.6%, 운전조건에서 1% 미만의 성능감소를 보여주었으며, 임피던스 결과 Ohmic 저항 및 전극의 분극저항의 변화가 작은것을 알 수 있다. Green Hydrogen demonstration complex is under conduction in Jeju island which is rich in renewable energy resources and will produces green hydrogen using a water electrolysis systems. In order to check durability of long-term operation, AST(accelerated stress test) was applied and the power pattern based on Jeju Island's wind power was applied. After 800 hours of repeated application of low current and high current, the performance of the PEM water electrolysis cell was reduced by up to 10% and by about 5.5% in operating conditions. As the result of impedance analysis, it can be seen that the electrode polarization resistance greatly increased than ohmic polarization resistance. In addition, when the durability evaluation was conducted by applying the wind power pattern of Jeju Island, the performance of the PEM water electrolysis cell showed up to 1.6% and a decrease of less than 1% in operating conditions. As a result of the impedance, it can be seen that the change of ohmic resistance and electrode polarization resistance is small.
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