수소압축기 볼트 피로파괴에 의한 화재 및 폭발사고의 법공학적 접근
Forensic Engineering Approach on Fire and Explosion Accidents due to Hydrogen Compressor Bolt's Fatigue Failure
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산업현장에서 발생하는 화재 및 폭발사고의 조사는 기계공학 및 화학공학을 기본으로 하는 법공학적 관점에서 실시하여야 한다. 본 연구에서는 저압의 수소를 고압으로 압축하는 수소압축기의 흡입밸브 덮개가 파손되어 수소가 고압 분출되며 발생한 화재·폭발 사고의 원인을 규명하였다. 왕복동식 압축기의 경우 피스톤이 왕복운동하며 맥동압(pulsating pressure)이 생기고 이로 인하여 진동이 발생하게 된다. 이 진동은 높은 소음을 발생시키는 동시에 기계의 마모 또는 파손 등의 문제를 일으킨다. 본 사고사례에서도 항복강도 이하의 진동이 볼트에 장기간 동안 지속적으로 작용하여 피로파괴 현상이 발생한 것으로 확인되었다. 고온·고압으로 운전되는 반응기·열교환기·압축기·펌프·터빈 등의 시설물을 고정시키는 볼트의 건전성에 대한 평가와 주기적 교체는 대형화재·폭발 사고의 예방에 있어 매우 중요하다.
Abstract
Investigations of fire and explosion incidents occurring at industrial sites should be conducted from the viewpoint of legal engineering based on mechanical engineering and chemical engineering. In reciprocating compressors, the piston reciprocates and generates pulsating pressure, which causes vibration. This vibration generates high noise and causes problems such as abrasion or breakage of the machine. It has been confirmed that the vibration below the yield strength continuously acts on the bolt for a long period of time to cause fatigue fracture phenomenon. Evaluation and periodic replacement of the bolts fixing the facilities such as reactors, heat exchangers, compressors, pumps, and turbines under high temperature and high pressure are very important in preventing fire and explosion accidents.
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