연구사업

Daejeon Green Environment Center

년도
2019
분야
기타
연구과제명
(지역참여) 다양한 작업공정에서 CFD기법을 활용한 화학사고 예방 연구
첨부파일
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책임자/기관
신미수
연구기간
2019.5.20~2019.11.19
참여 연구원수
2
연구사업비
500만원
연구목적
◦ 본 연구는 산업 현장에서 일어날 수 있는 가스 누출사고나 고열발생 작업장에서 CFD 기법을 도입하여 실제와 유사한 작업장 내부의 데이터를 확보함으로써 가장 중요한 작업자의 안전을 확보하고 작업장의 작업환경을 개선하고자 함
◦ 또한 기업체 입장에서는 사고 예방을 위한 환기 조건과 고가의 방폭설비를 도입하는데 있어서 방폭설비가 굳이 필요하지 않은 곳은 제외하고 방폭 설비가 반드시 필요한 곳에만 설치함으로써 경제성을 확보할 수 있도록 하고자 함
주요내용

화학회사 작업장 내부의 전극 오븐에 의한 열환경 개선 CFD 결과

작업장 내부에서 전극오븐의 문의 개폐에 따른 현재 작업환경에 대한 열유동을 해석하였는데, 현재의 작업환경은 오븐의 문을 개방할 때마다 고온의 열이 발생하여 작업장 내부 온도상승에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 온도 분포를 살펴보면 작업자의 위치에 해당하는 오븐 도어의 앞쪽 y-z 단면의 평균 온도가 약 52.3정도로 나타났다. 또한 오븐의 zone 별로 온도가 다르기 때문에 오븐의 길이방향으로 일정간격으로 x-y단면을 작업자의 영역에 해당하는 오븐 도어의 앞쪽만 단면으로 표시하여 각 단면별로 평균 온도를 계산한 결과 각 단면별로 다소의 온도차이가 있었지만 거의 47~51범위를 나타내었다. 작업장에서 작업자가 있는 위치에서 이렇게 고온이 발생되면 노출시간에 따라 인체에 미치는 영향이 다르겠지만 인체에 영향을 줄 것으로 판단된다.

현재의 작업환경에 고온의 열에 의해 자연스럽게 부력이 발생하여 위로 상승하는 기류를 포착할 수 있는 캐노피형 후드를 설치한 경우에 대한 수치해석을 수행한 결과, 후드가 없는 경우 보다 20이상 낮게 나타났다. 이는 외기의 온도를 300K(27)로 가정하여 유입시킨 결과이므로 외기 온도가 낮거나 유입시키는 공기의 온도가 더 낮아진다면 더욱 개선될 것으로 판단된다.

전자/중공업 공정의 CVD 장치 내부 가스 누출시 유동 및 농도분포 해석

공정에 사용되는 가스 중 하나인 실란(SiH4)은 폭발하한값(LEL)1.37%로 매우 낮다. 기존의 공기유입구가 1개 존재하는 CVD 장치의 경우는 폭발하한값(LEL)0.25인 기준한계 농도보다 높은 농도를 나타내며 폭발의 위험이 존재하고 있었고, 그에 따라 고가의 설비 보호를 위한 방폭 설비가 요구되는 상황이었지만, 추가의 공기유입구 설치로 유동을 좀더 고르게 분산시킨 결과 개선된 CVD 장치의 경우 폭발하한값(LEL)0.25인 기준한계 농도보다 낮게 나타났다.

 

연구결과 활용
◯ CFD 방법을 도입하여 연구를 수행할 경우 실제와 유사한 작업장 내부의 데이터를 확보함으로써 가장 중요한 작업자의 안전을 확보하고 작업장의 작업환경을 개선가능

○ 기업체 입장에서는 고가의 방폭설비를 도입하는데 있어서 방폭설비가 굳이 필요하지 않은 곳은 제외하고 방폭 설비가 반드시 필요한 곳에만 설치함으로써 경제성을 확보 가능

○ 정부(공공기관)의 입장에서는 허가를 내주거나 권고 조치 등을 할 때 전산해석에 의해 확보된 데이터를 바탕으로 판단함으로써 이론적으로 뒷받침이 가능한 판단 기준을 제공할 수 있음
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