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노영진(Young Jin Roh),박선휘(Sun Hwi Park),김선화(Seonhwa Kim),박준현(Jun Hyun Park) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
수소 충전 차량용기와 같은 밀폐공간에서의 가스 누출 시 중대 사고의 개연성이 높으므로 수소를 생산, 수송, 저장하기 위한 제품의 개발과 더불어 안전 기술개발은 중요하다<sup>(1)(2)</sup>. 수소가스는 부력, 확산속도, 작은 분자크기 등으로 인해 다른 가스에 비해 점화시키기 어려울 뿐만 아니라 연소 상태를 유지하기가 어려우므로 수소화재가 발생하려면 적당한 수준의 수소농도, 산소농도 및 점화원이 존재하여야 한다. 또한 점화원의 측면에서 정전기는 위험장소에서의 정전기 관련 사고·재해가 발생하지 않도록 사전에 산업설비 및 인체 상호간의 시스템적 관점에서 발생수준을 안전한 상태로 관리하는 것이 무엇보다도 중요하다<sup>(3)(4)</sup>. 특히 점화원이 정전기인 경우, 정전기는 재현성이 없는 현상이기 때문에 측정 결과가 매우 분산되어 나타나고 재해의 대부분은 대전량이 어느 수준을 넘으면 반드시 발생하는 확정 현상이 아니고 어떤 빈도로 발생하는 확률 현상이다. 따라서 본 연구에서는 마찰에 의한 정전기 전위량 측정, 수소화재가 착화되는 최소 가스 누설량 측정하여 수소가스 누설과 정전기량의 상관관계를 분석하였다. 또한 누설되는 수소가스의 거동을 전산유체역학적 해석으로 검토하였다. 향후 수소가스 설비의 사고 예방 및 안전대책을 수립하는 참고자료로 활용하고자 한다. Generally, hydrogen gas is difficult to ignite compared to other gases due to buoyancy, diffusion rate, and small molecular size, and it is difficult to maintain a combustion state. Therefore, in order to generate hydrogen fire, the hydrogen concentration, oxygen concentration, and ignition source must exist appropriately. In addition, in terms of ignition sources, it is of utmost importance to manage the level of static electricity in a safe state in advance from a systemic point of view between industrial facilities and human bodies so that static electricity-related accidents and disasters do not occur in hazardous places. In particular, when the ignition source is static electricity, since static electricity is a phenomenon that has no reproducibility, the measurement results have scatters, and most of the disasters are not a definite phenomenon that necessarily occurs when the amount of charge exceeds a certain level, but a probability phenomenon that occurs at a certain frequency. Therefore, in this study, the correlation between the hydrogen gas leakage and the amount of static electricity was analyzed by measuring the amount of electrostatic potential due to friction and the minimum gas leakage at which the hydrogen fire is ignited. In addition, the behavior of the leaked hydrogen gas through computational fluid dynamics analysis will be used as references to establish accident prevention and safety measures for hydrogen gas facilities.
노영진(Young Jin Roh),김선진(Seon Jin Kim) 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集A Vol.46 No.6
본 연구의 목적은 세 가지 다른 고온, 700°C, 750°C 및 800°C에서 Alloy 800H의 크리프-피로 거동을 고찰하는 것이다. 크리프-피로 시험은 0.6%의 전변형률 범위에서 10<SUP>-3</SUP>/s의 일정한 변형률 속도로 인장유지 완전 양진 변형률 제어로 수행하였다. 이때 크리프 유지 시간은 인장에서 60초로 일정하게 하였다. 시험 결과는 기존에 수행된 연속 저주기 피로 실험 결과와도 비교하였다. 모든 시험 온도의 조건에서 Alloy 800H의 반복 응력 반응 거동은 크리프-피로 및 연속 저주기 피로 모두 초기 반복 경화 현상을 보였다. 크리프-피로 및 연속 저주기 피로 모두에서 경화도는 온도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하였다. 본 실험의 모든 온도에서 크리프-피로 수명이 연속 저주기 피로 수명보다 작게 나타났다. 마지막으로 크리프-피로 시험 조건에서의 균열발생은 입내파괴를 보였으며, 균열전파의 영역에서는 입내와 입계가 혼합된 파괴 기구가 관찰되었다. 반면에 저주기 피로는 전형적인 입내 파손 모드로 나타났다. The objective of this study is to investigate the creep-fatigue behavior of Alloy 800H at three different high temperatures of 700°C, 750°C and 800°C. Creep-fatigue tests were carried out by a series of fully reversed strain-controls with tensile holding time, total strain range of 0.6%, under a constant strain rate of 10<SUP>-3</SUP>/s. The holding time for creep was 60 seconds in tensile peak strain. The results were compared with the previous low cycle fatigue test results. In all test temperature conditions, the cyclic stress response behavior of Alloy 800H showed the initial cyclic hardening phenomenon at both creep-fatigue and continuous low cycle fatigue. At both creep-fatigue and continuous low cycle fatigue, the degree of hardening decreased linearly as the temperature increased. In all test temperature conditions, the fatigue life of creep-fatigue are shorter than that of low cycle fatigue. Finally, in the creep-fatigue, the crack initiation mode was observed as transgranular, however, the propagation was observed as the mixed mode with trans- and inter-granular, whereas the low cycle fatigue showed the failure mode of typical transgranular.
고온용 밸브 소재의 크리프 파단수명에 관한 불확도 추정 연구
노영진(Young Jin Roh),김선진(Seon Jin Kim),성지훈(Ji Hoon Sung),김선화(Seon Hwa Kim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
내열강은 보일러, 발전소 등 고온 분위기하에서 사용되는 밸브의 주요 소재로써 고온 크리프 특성과 수명예측에 관한 연구가 중요하므로 신뢰할 수 있는 수명예측을 위하여 크리프 파단수명의 통계적 특성을 분석할 필요가 있다<sup>(1)(2)</sup>. 특히 내열강의 기계적 강도는 Weibull 분포 형태에 잘 맞는다고 알려져 있으므로<sup>(3)</sup> 고온용 밸브의 소재에 대한 불확정성 검정을 통하여 부품의 신뢰한계를 증가시킬 수 있다. 부품 및 장비의 유지보수(교체 및 검사) 주기는 Weibull 분포의 모수와 가동율 또는 정비비용의 상관관계로 결정한다<sup>(4)</sup>. 내열강의 크리프 파단수명에 대한 Weibull 분포 모수의 불확정성 검증은 고온환경하의 부품 신뢰성을 증가시키며 나아가 전체 장비(또는 시스템)의 유지보수 신뢰성에 영향을 미칠 것으로 예상한다. 한편 국제표준화기구(ISO)에서 발행한 측정불확도 표현 지침서가 전 세계적으로 많은 분야에 확산되어 사용되고 있으며<sup>(5)</sup> ASTM, KS 와 같은 국내외 표준기술기준에서도 불확도를 추정하는 절차를 제시하고 있다. 따라서 본 연구에서는 크리프 파단시간에 대한 Weibull 분포의 모수에 대한 적합도 검정을 KS Q ISO/IEC 17025에 따라 측정불확도를 산출한 결과로써 제시하였다. 향후 연구는 본 연구인 소재 데이터에서 분석한 모수의 신뢰한계를 토대로 하여 부품에 해당하는 고온용 밸브가 갖고 있는 Weibull 모수와의 상관관계를 분석하여 소재의 통계적인 특성이 전체 시스템의 신뢰성에 미치는 영향을 분석하고자 한다. Generally, heat-resistant steel is one of major material for valves used in high-temperature atmospheres such as boilers and power plants, and research on high-temperature creep characteristics and life prediction is important, so it is necessary to analyze the statistical characteristics of creep rupture lifetime for reliable life prediction. In particular, since it is known that the mechanical strength of heat-resistant steel is well suited to the 2-parameter Weibull distribution, it is necessary to increase the confidence limit of the component through the uncertainty estimation on the material of the high-temperature valve. The verification of the uncertainty of the Weibull distribution parameter for the creep rupture lifetime of heat-resistant steel is expected to increase the reliability of parts under high temperature environments and further affect the reliability of the entire equipment (or system). Therefore, in this study, the goodness of fit test for the parameter of the Weibull distribution for creep rupture lifetime was presented as the result of calculating the measurement uncertainty according to KS Q ISO/IEC 17025. Future research will analyze the correlation with the Weibull parameter of the high-temperature valve corresponding to the part based on the confidence limit of the parameter analyzed in the material data of this study, and the effect of the statistical properties of the material on the reliability of the entire system.