LPG 저장탱크에서의 화재·폭발에 관한 정량분석에 관한 연구

배성진, 김병직, 이근원*

숭실대학교 환경·화학공학과, 한국산업안전공단*

The Study on the Quantitative Analysis in LPG Tank's Fire and Explosion

Sung-Jin Bae, Byung-Jick Kim, Keun-Won Lee*

Department of Chem.-Environ. Engineering, Soongsil University, KISCO*

서론

화학공장에서 발생할 수 있는 사고의 피해 범위를 예측하는 것을 정량분석이 라 한다. 정량분석의 결과는 주변의 건축물이나 공공시설과 화학 공장간의 위치, 화학공장의 배치(layout), 안전 장치의 배치 등에 참고 자료로 활용할 수 있다. 또한 사고 후의 결과를 예측할 수 있기 때문에 사고가 발생할 경우 이에 대한 적합한 대비책을 세우는데 도움을 줄 수 있다. 본 연구에서는 이러한 기능을 가진 사고의 정량분석을 좀 더 용이하게 하기 위한 프로그램을 작성하고 이를 실제 사고 사례에 적용하여 보고자 한다.

프로그램 개발

본 프로그램은 한글 비주얼 베이직 5.0을 사용하여 작성하였다. 이 프로그램은 화재 및 폭발의 영향을 예측할 수 있도록 작성하였다. 화재는 Pool Fire와 Fireball이 영향을 미치는 범위를 구할 수 있도록 하였으며, 폭발은 개방계 증기운 폭발(Unconfined Vapor Cloud Explosion, UVCE)과 비등액체 팽창 증기 폭발(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion, BLEVE)의 영향을 평가할 수 있도록 하였다. 사고의 영향 범위는 화재의 경우는 화염에서 발생하는 복사열을 피해 산정의 기준으로 하였고, 폭발의 경우는 폭발 과압을 피해 산정 기준으로 하였다. 또한 Probit 분석도 가능하도록 하였다. 프로그램의 개략도를 Figure 1에 나타내었다.

프로그램은 먼저 적용 대상 공정의 주위 환경에 관한 자료를 입력한 뒤, 누출 모델을 사용하여 누출량을 계산할 수 있도록 하였다. 누출량에 관한 자료가 있을 경우에는 누출 모델을 사용하지 않고 각각의 사고 모델에 누출량을 적용할 수 있도록 하였다. 그 다음 예상되는 사고를 결정한 뒤 그 사고에 해당하는 모델을 사용하여 사고의 영향 범위를 구할 수 있도록 하였다. 화재의 경우에는 거리와 복사량과의 관계를 구할 수 있고, 폭발의 경우에는 거리와 과압과의 관계를 구할 수 있다. 또한 이들 사고에 대해 Probit 분석을 할 수 있도록 하였다.

Figure . Schematic Diagram of the Accident Effect Evaluation Program.

사례 연구

여기서 작성한 프로그램을 사용하여 1998년 부천의 LPG 충전소에서 발생한 가스 폭발 사고에 적용하여 보았다. 이 사고가 발생할 당시 사고 지역에는 하역작업을 위해 15ton 용량의 부탄 탱크로리와 프로판 탱크로리가 각각 1대씩 충전소에 있었다. 기계실 주변에서 작은 규모의 화재·폭발이 발생하였고, 10여분 후 부탄 탱크로리가 복사열에 의해 2차 폭발하였다. 그리고 그 주변에 있던 프로판 탱크로리가 3차 폭발(BLEVE)을 일으켰다. 사고는 Fireball로 전이되었고 폭발로 인해 발생한 탱크로리 파편이 약 30m 밖으로 비산되었다. 화재·폭발의 충격으로 충전된 가정용 LPG통이 폭발하여 인근 지역으로 화재가 번져나갔다. 이 사고로 60여명이 중화상을 입었다. 사고를 분석하기 위해 사용한 자료는 다음과 같다.

사고 형태 : Fireball

재해 형태 : 복사열

누출량 : 15ton

누출 물질 : LPG

대기온도 : 25℃

대기압 : 1atm

이 프로그램의 적용 결과는 그림 2와 3과 같고, DuPont의 SAFER와 비교한 결과는 Table 1와 같다.

Table . The results of safer program and the accident evaluation program

Observed effect	Evaluation Program	Safer Program
Pain threshold reached after 8s, second degree burns after 20s	345m	350m
Must escape in a few minutes	480m	480m
Will cause no discomfort for long exposure	800m	820m

결과

사고의 정량평가를 위한 프로그램을 작성하였다. 프로그램은 비주얼 베이직을 이용하여 작성하였으며, 화재와 폭발의 영향을 평가할 수 있도록 작성하였다. 결과는 화재의 경우 거리와 복사열, 폭발의 경우는 거리와 과압의 관계로 얻을 수 있으며, Probit 분석도 가능하게 하였다. 이 프로그램을 실제 발생했던 부천의 LPG충전소 폭발 사고에 적용하여 보았다. 그리고 그 결과를 DuPont의 SAFER를 이용하여 얻은 결과와 비교하여 최대 3%내외에서 같은 결과를 얻을 수 있었다.

감사의 글

본 연구는 포항공과 대학교 공정산업의 지능자동화 연구센터를 통한 한국 과학 재단 우수연구센터 지원금에 의한 것입니다.

참고 문헌

Daniel A. Crowl, Joshph F. Louven, 이영순, □화공안전공학□, 대영사, 1994

조지훈, 주종대, 이근원, □화학공정 위험성 평가Ⅱ□, 한국 산업 안전 공단, 1995

배성진, □화학공장의 정량적 영향 평가에 관한 연구□, 숭실대학교, 1998

CCPS, "Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis", AIChE-CCPS, New York, 1989

한국산업안전공단, □중대산업사고조사속보□, 한국산업안전공단, 1998

Figure . Thermal radiation vs. Distance in Buchun LPG explosion case.

Figure . Probit analysis in Buchun LPG explosion case.