이 연구에서는 불특정 다수가 빈번하게 이용하고 있는 다중이용시설인 대형할인매장의 지하주차장에 대한 사고예방대책 수립 일환으로 LPG 자동차로부터 LPG 연료누출시 가스흐름에 대한 3차원 전산유동 해석과 사고피해영향 분석을 실시하였다. 3차원 전산유동(...
이 연구에서는 불특정 다수가 빈번하게 이용하고 있는 다중이용시설인 대형할인매장의 지하주차장에 대한 사고예방대책 수립 일환으로 LPG 자동차로부터 LPG 연료누출시 가스흐름에 대한 3차원 전산유동 해석과 사고피해영향 분석을 실시하였다. 3차원 전산유동(CFD) 해석은 지하주차장내 환기 양호지역 1개소와 환기 불량지역 5개소 등 총 6개소에 대해 LPG 연료누출을 가정, LPG의 유동에 따른 LFL 농도 초과면적과 LFL 농도 미만 도달시간을 측정하여 리스크를 확인하였다. 해석결과 환기 양호지역의 리스크가 비교적 높게 평가됨에 따라 공기 기준의 환기 양호지역일지라도 LPG 유동은 원활하지 않을 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 주차구역의 면적과 종횡비, 주변 환기속도가 누출위치의 리스크를 결정하는 인자임을 알 수 있었다. 따라서 주변 공기흐름이 정체되어 있고 주차구역도 크며 주차구역의 종횡비가 1에 가까운 누출(F-case2) 사례가 리스크가 가장 큰 것으로 나타났다. F-case2에 대한 리스크 감소조치로 누출지점 상부에 유인팬 추가설치와 누출지점 방향으로 유인팬 위치변경 등 설계변경 후 CFD 시뮬레이션을 다시 수행한 결과 기존 리스크보다 19% 감소되는 효과를 확인하였다. 따라서 LPG 연료누출을 고려한 CFD 시뮬레이션을 통해 지하주차장 환기설계를 실시할 경우 LPG 연료누출 시 효과적으로 리스크를 낮출 수 있음을 알 수 있었다. 사고피해영향 분석을 위해 기존 사고이력 자료를 기초로 FTA와 ETA를 이용하여 가스누출빈도와 사고발생빈도를 계산하였다. 계산결과 가스누출빈도는 1.77×10-6/y, 증기운폭발 또는 플래시화재가 발생할 사고발생빈도는 8.89×10-7/y의 값을 얻었다. 사고피해영향 분석은 CFD 해석결과 리스크가 가장 큰 것으로 확인된 F-case2를 누출지점으로 하였으며, 플래시화재와 증기운폭발에 대한 피해영향 분석을 수행하였다. 그 결과 플래시화재 발생범위는 0.5LFL에서 반경 19.1m, 면적 1,146㎡로 주차장 면적의 약 25%에 해당하였고, 증기운폭발은 안전거리(과압 2.07kPa 미만)까지 반경 53.9m로 주차장 전체에 피해영향이 미치고 있음을 확인하였다. 가스누출빈도 감소조치로 용기 사용연한 제한을 통해 용기부식에 의한 가스누출이 발생하지 않도록 함으로써 누출빈도가 기존 1.77×10-6/y에서 1.58×10-6/y로 약 11% 감소하였다. 사고발생빈도 감소조치로 가스누출경보기를 설치하여 가스누출이 발생하더라도 즉시 인지하여 점화원으로부터 격리등 비상조치로 화재 또는 폭발로 전개되지 않도록 함으로써 기상누출에 의한 플래시화재 또는 증기운폭발로 전개될 사고발생빈도가 8.22×10-7/y에서 3.52×10-7 /y로 57% 감소됨을 확인하였다. 이 연구를 통해 LPG 자동차로부터 연료누출시 지하주차장에 미치는 리스크가 크다는 것을 CFD 해석 및 CA를 통해 확인할 수 있었다. 또한 리스크 감소조치로 환기설계 변경 후 CFD 재해석 실시결과 리스크가 감소하였고, 용기 사용연한 도입 및 가스누출경보시스템 도입으로 가스누출 및 사고발생 빈도가 감소한 것을 확인하였다. 국내 LPG 자동차 보급률이 전체 자동차의 약 14%를 점유하고 있는 현실을 고려할 때 피해영향을 줄이기 위해 LPG 자동차의 지하주차장 진입을 규제하는 것보다 CFD 시뮬레이션을 통한 지하주차장 환기 및 주차구역 설계, 가스사고 발생빈도를 줄이는 리스크 감소조치를 강구하는 것이 중요하고 현실적이라고 판단된다. 이 연구결과가 지하주차장의 리스크 인식과 사고예방대책 수립을 위한 계기로 작용하여 정책수립에 도움이 되었으면 하는 바람으로 몇 가지 리스크 감소조치 등 사고예방을 위한 정책방향을 제시하였으며 이에 대한 보다 심도있는 연구가 추가적으로 요구된다.
이 연구에서는 불특정 다수가 빈번하게 이용하고 있는 다중이용시설인 대형할인매장의 지하주차장에 대한 사고예방대책 수립 일환으로 LPG 자동차로부터 LPG 연료누출시 가스흐름에 대한 3차원 전산유동 해석과 사고피해영향 분석을 실시하였다. 3차원 전산유동(CFD) 해석은 지하주차장내 환기 양호지역 1개소와 환기 불량지역 5개소 등 총 6개소에 대해 LPG 연료누출을 가정, LPG의 유동에 따른 LFL 농도 초과면적과 LFL 농도 미만 도달시간을 측정하여 리스크를 확인하였다. 해석결과 환기 양호지역의 리스크가 비교적 높게 평가됨에 따라 공기 기준의 환기 양호지역일지라도 LPG 유동은 원활하지 않을 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 주차구역의 면적과 종횡비, 주변 환기속도가 누출위치의 리스크를 결정하는 인자임을 알 수 있었다. 따라서 주변 공기흐름이 정체되어 있고 주차구역도 크며 주차구역의 종횡비가 1에 가까운 누출(F-case2) 사례가 리스크가 가장 큰 것으로 나타났다. F-case2에 대한 리스크 감소조치로 누출지점 상부에 유인팬 추가설치와 누출지점 방향으로 유인팬 위치변경 등 설계변경 후 CFD 시뮬레이션을 다시 수행한 결과 기존 리스크보다 19% 감소되는 효과를 확인하였다. 따라서 LPG 연료누출을 고려한 CFD 시뮬레이션을 통해 지하주차장 환기설계를 실시할 경우 LPG 연료누출 시 효과적으로 리스크를 낮출 수 있음을 알 수 있었다. 사고피해영향 분석을 위해 기존 사고이력 자료를 기초로 FTA와 ETA를 이용하여 가스누출빈도와 사고발생빈도를 계산하였다. 계산결과 가스누출빈도는 1.77×10-6/y, 증기운폭발 또는 플래시화재가 발생할 사고발생빈도는 8.89×10-7/y의 값을 얻었다. 사고피해영향 분석은 CFD 해석결과 리스크가 가장 큰 것으로 확인된 F-case2를 누출지점으로 하였으며, 플래시화재와 증기운폭발에 대한 피해영향 분석을 수행하였다. 그 결과 플래시화재 발생범위는 0.5LFL에서 반경 19.1m, 면적 1,146㎡로 주차장 면적의 약 25%에 해당하였고, 증기운폭발은 안전거리(과압 2.07kPa 미만)까지 반경 53.9m로 주차장 전체에 피해영향이 미치고 있음을 확인하였다. 가스누출빈도 감소조치로 용기 사용연한 제한을 통해 용기부식에 의한 가스누출이 발생하지 않도록 함으로써 누출빈도가 기존 1.77×10-6/y에서 1.58×10-6/y로 약 11% 감소하였다. 사고발생빈도 감소조치로 가스누출경보기를 설치하여 가스누출이 발생하더라도 즉시 인지하여 점화원으로부터 격리등 비상조치로 화재 또는 폭발로 전개되지 않도록 함으로써 기상누출에 의한 플래시화재 또는 증기운폭발로 전개될 사고발생빈도가 8.22×10-7/y에서 3.52×10-7 /y로 57% 감소됨을 확인하였다. 이 연구를 통해 LPG 자동차로부터 연료누출시 지하주차장에 미치는 리스크가 크다는 것을 CFD 해석 및 CA를 통해 확인할 수 있었다. 또한 리스크 감소조치로 환기설계 변경 후 CFD 재해석 실시결과 리스크가 감소하였고, 용기 사용연한 도입 및 가스누출경보시스템 도입으로 가스누출 및 사고발생 빈도가 감소한 것을 확인하였다. 국내 LPG 자동차 보급률이 전체 자동차의 약 14%를 점유하고 있는 현실을 고려할 때 피해영향을 줄이기 위해 LPG 자동차의 지하주차장 진입을 규제하는 것보다 CFD 시뮬레이션을 통한 지하주차장 환기 및 주차구역 설계, 가스사고 발생빈도를 줄이는 리스크 감소조치를 강구하는 것이 중요하고 현실적이라고 판단된다. 이 연구결과가 지하주차장의 리스크 인식과 사고예방대책 수립을 위한 계기로 작용하여 정책수립에 도움이 되었으면 하는 바람으로 몇 가지 리스크 감소조치 등 사고예방을 위한 정책방향을 제시하였으며 이에 대한 보다 심도있는 연구가 추가적으로 요구된다.
This study conducted the Computational Fluid Dynamics(CFD) analysis on the gas flow and Consequence Analysis(CA) caused when the gas leaks from LPG fueled cars in order to establish the preventive measures for the accidents might take place in the underground parking lots of large-scale discount sto...
This study conducted the Computational Fluid Dynamics(CFD) analysis on the gas flow and Consequence Analysis(CA) caused when the gas leaks from LPG fueled cars in order to establish the preventive measures for the accidents might take place in the underground parking lots of large-scale discount stores used by unspecified individuals. Using CFD simulation method, the risk identification was conducted by measuring the area with excessive LFL concentration and the time to reach under LFL concentration. It is assumed LPG leaks in a well-ventilated place and 5 poorly ventilated places in an underground parking lot. As the result of the analysis proved the risk of well-ventilated place is relatively high, it can be assumed that the leaked LPG may not flow well even at the well-ventilated places. Also, it shows that the size of area, the aspect ratio and the ventilation speed of a parking space are the risk factors for a gas leakage point. According to the result, the most dangerous case is a large parking area(F-case2) with a congested air traffic and the aspect ratio of about 1. In line with this, another CFD simulation was conducted after changing the ventilation design of the underground parking lot such as changing a location of the jet fan in order to reduce the risk of a leaked gas about F-case2. The result confirmed the reduction of the existing risk by 19%. Therefore, it is concluded that the ventilation design of the underground parking lots through a CFD simulation could effectively reduces the risk of the leaked LPG. For CA, it is firstly calculated the frequency of gas leaks and accident occurrence by using Fault Tree Analysis(FTA) and Event Tree Analysis(ETA) methods based on the previous accident history. The result of the calculation shows that the gas leakage frequency is 1.77×10-6/y and that Vapor Cloud Explosion(VCE) & Flash fire frequency is 8.89×10-7/y. It conducted CA caused by a VCE & Flash fire after setting as the leakage point(F-case2), which was confirmed as the most dangerous point by the CFD analysis. The result of the analysis shows that, in case of 0.5LFL, the range influenced by a Flash fire is up to 19.1m radius and 1,146㎡ area which is about 25% of the total parking lot area and that, in overpressure of 2.07kPa, the range influenced by a VCE is up to 53.9m radius, which means that it accounts for all the parking area. It tried to take measures for the reduction of frequency instead of measures for consequence reduction. It is found that, by restricting the service life of cylinders in order to reduce the leakage from the cylinders, the gas leakage frequency was reduced by about 11% from 1.77×10-6/y to 1.58×10-6/y. In addition, by installing the gas leakage alarms which make someone recognize a gas leakage immediately and take action, the occurrence frequency of VCE & Flash fire was reduced by 57% from 8.22×10-7/y to 3.52×10-7/y. In this study, it is confirmed through the CFD and CA that an LPG leakage has a great risk for an the underground parking lots. Also, it became clear that the change of the design using CFD simulation may reduce the risk. And the restriction of the service life of cylinders and the introduction of the gas leakage alarms could reduce gas leakage and accident occurrence frequency. Considering that LPG fueled cars take up about 14% of the total domestic car market, it seems to be more important and reasonable to take measures such as by reducing accident occurrence frequency and changing the ventilation designs of underground parking lots through CFD simulations other than to restrict the entry of LPG fueled cars to the underground parking lots. Hoping that this thesis can help people to recognize the risk of the underground parking lots and establish the preventive measures for accidents might take place in underground parking lots. This study suggests some measures to reduce the risk caused by LPG and it is required the additional in-depth studies on this matter.
This study conducted the Computational Fluid Dynamics(CFD) analysis on the gas flow and Consequence Analysis(CA) caused when the gas leaks from LPG fueled cars in order to establish the preventive measures for the accidents might take place in the underground parking lots of large-scale discount stores used by unspecified individuals. Using CFD simulation method, the risk identification was conducted by measuring the area with excessive LFL concentration and the time to reach under LFL concentration. It is assumed LPG leaks in a well-ventilated place and 5 poorly ventilated places in an underground parking lot. As the result of the analysis proved the risk of well-ventilated place is relatively high, it can be assumed that the leaked LPG may not flow well even at the well-ventilated places. Also, it shows that the size of area, the aspect ratio and the ventilation speed of a parking space are the risk factors for a gas leakage point. According to the result, the most dangerous case is a large parking area(F-case2) with a congested air traffic and the aspect ratio of about 1. In line with this, another CFD simulation was conducted after changing the ventilation design of the underground parking lot such as changing a location of the jet fan in order to reduce the risk of a leaked gas about F-case2. The result confirmed the reduction of the existing risk by 19%. Therefore, it is concluded that the ventilation design of the underground parking lots through a CFD simulation could effectively reduces the risk of the leaked LPG. For CA, it is firstly calculated the frequency of gas leaks and accident occurrence by using Fault Tree Analysis(FTA) and Event Tree Analysis(ETA) methods based on the previous accident history. The result of the calculation shows that the gas leakage frequency is 1.77×10-6/y and that Vapor Cloud Explosion(VCE) & Flash fire frequency is 8.89×10-7/y. It conducted CA caused by a VCE & Flash fire after setting as the leakage point(F-case2), which was confirmed as the most dangerous point by the CFD analysis. The result of the analysis shows that, in case of 0.5LFL, the range influenced by a Flash fire is up to 19.1m radius and 1,146㎡ area which is about 25% of the total parking lot area and that, in overpressure of 2.07kPa, the range influenced by a VCE is up to 53.9m radius, which means that it accounts for all the parking area. It tried to take measures for the reduction of frequency instead of measures for consequence reduction. It is found that, by restricting the service life of cylinders in order to reduce the leakage from the cylinders, the gas leakage frequency was reduced by about 11% from 1.77×10-6/y to 1.58×10-6/y. In addition, by installing the gas leakage alarms which make someone recognize a gas leakage immediately and take action, the occurrence frequency of VCE & Flash fire was reduced by 57% from 8.22×10-7/y to 3.52×10-7/y. In this study, it is confirmed through the CFD and CA that an LPG leakage has a great risk for an the underground parking lots. Also, it became clear that the change of the design using CFD simulation may reduce the risk. And the restriction of the service life of cylinders and the introduction of the gas leakage alarms could reduce gas leakage and accident occurrence frequency. Considering that LPG fueled cars take up about 14% of the total domestic car market, it seems to be more important and reasonable to take measures such as by reducing accident occurrence frequency and changing the ventilation designs of underground parking lots through CFD simulations other than to restrict the entry of LPG fueled cars to the underground parking lots. Hoping that this thesis can help people to recognize the risk of the underground parking lots and establish the preventive measures for accidents might take place in underground parking lots. This study suggests some measures to reduce the risk caused by LPG and it is required the additional in-depth studies on this matter.
Keyword
#지하주차장 LPG 자동차 LPG 연료누출 3차원 전산유동해석 사고피해영향 분석 가스누출빈도 사고발생빈도 Underground parking lots LPG fueled cars LPG leakage Computational Fluid Dynamics(CFD) Consequence Analysis (CA) Gas leakage frequency Accident occurrence frequency
학위논문 정보
저자
탁송수
학위수여기관
서울과학기술대학교
학위구분
국내박사
학과
가스공학과
지도교수
이수경
발행연도
2010
총페이지
104 p.
키워드
지하주차장 LPG 자동차 LPG 연료누출 3차원 전산유동해석 사고피해영향 분석 가스누출빈도 사고발생빈도 Underground parking lots LPG fueled cars LPG leakage Computational Fluid Dynamics(CFD) Consequence Analysis (CA) Gas leakage frequency Accident occurrence frequency
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