A Study on the Calculation of Flammability Range of Hydrogen-Methane Mixtures in High Temperature and High Pressure Environment Equivalent to a Gas Turbine

본 연구에서는 수소-메탄 혼합가스의 고온 · 고압 연소환경에서 가연범위를 예측하기 위해 실험데이터를 활용한 관계식의 개발과 르 샤틀리에 이론식의 적용을 통해 국내 3개 발전소에서 사용중인 혼합연료에 대한 가연범위를 도출하였다. 각기 다른 연소실 및 온도 · 압력조건에서 시행된 12개의 실험케이스에 대해 선형식, 지수식, 2차 다항식을 활용한 적합성 분석을 실시하고, 가연상한계 및 가연하한계에 대한 최적의 수소 및 메탄의 상관관계식을 도출하였다. 이 결과를 이용하여 국내 발전소 3곳을 대상으로 120 - 200°C의 온도조건 및 2.7 MPa의 압력조건일 때 계산한 결과, 가연하한계는 3.22 - 3.74 vol%, 가연상한계는 28.5 - 28.6 vol%으로 얻어졌다. 이는 기존에 알려진 STP 조건에서 수소와 메탄의 가연범위와는 상당부분 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 고온 · 고압 환경에서 도출된 수소-메탄혼합가스의 가연범위 예측결과가 발전소 등의 수소 사용처에서 가스경보기 알람설정 기준, 폭발위험범위 산정 등에 반영됨으로써 안전한 작업환경 구축을 통한 청정 수소 산업의 활성화에 기여될 수 있기를 기대한다.