화학공장에서 발생가능한 사고 피해범위의 예측은 주변 건축물이나 공장간 위치설정 및 배치(layout) 또는 안전장치의 배치 등에 기본자료로 활용될 수 있다. 또한, 사고 후의 결과를 예측할 수 있기 때문에 사고발생에 대한 최적의 비상조치계획을 수립할 수 있어 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 BTX(Benzene, Toluene, Xylene) 누출에 의한 화재 및 폭발의 영향을 평가하고자 하였다. 영향평가의 모사를 위해 Visual basic 언어를 사용한 프로그램을 개발하였다. 기상조건을 고려하여 실제 사고사례에 적용성을 높였다. 화재의 경우에는 Pool fire로 인한 피해를 예측할 수 있도록 하였고, 폭발의 경우에는 UVCE(Unconfined Vapor Cloud Explosion)로 인한 손실을 예측할 수 있도록 하였다. 화재는 화염에서 나오는 복사열을 피해 정도를 예측하는 기준으로 사용하였고, 폭발은 과압을 기준으로 하였다. 각각의 결과를 이용해 probit 분석을 할 수 있도록 하였다. 폭발모델의 경우, 누출된 벤젠에 대하여 사고점으로부터 20 m이내 지점은 심각한 구조적 손상을 보였으며, 60 m이상의 지점에서는 경미한 피해가 추정됨을 알 수 있었다. 화재모델의 경우, 누출되어 방유제에 고여있는 벤젠에 대하여 복사열로 인한 직접적인 피해는 여름보다는 겨울에 크며, 내륙에 위치한 도시일수록 큰 경향을 보이는 것으로 추정할 수 있었다. 복사열로 인한 피해가 $90\%$일 때 40m 이상에서는 직접적인 영향이 없는 것으로 추정할 수 있었다.
화학공장에서 발생가능한 사고 피해범위의 예측은 주변 건축물이나 공장간 위치설정 및 배치(layout) 또는 안전장치의 배치 등에 기본자료로 활용될 수 있다. 또한, 사고 후의 결과를 예측할 수 있기 때문에 사고발생에 대한 최적의 비상조치계획을 수립할 수 있어 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 BTX(Benzene, Toluene, Xylene) 누출에 의한 화재 및 폭발의 영향을 평가하고자 하였다. 영향평가의 모사를 위해 Visual basic 언어를 사용한 프로그램을 개발하였다. 기상조건을 고려하여 실제 사고사례에 적용성을 높였다. 화재의 경우에는 Pool fire로 인한 피해를 예측할 수 있도록 하였고, 폭발의 경우에는 UVCE(Unconfined Vapor Cloud Explosion)로 인한 손실을 예측할 수 있도록 하였다. 화재는 화염에서 나오는 복사열을 피해 정도를 예측하는 기준으로 사용하였고, 폭발은 과압을 기준으로 하였다. 각각의 결과를 이용해 probit 분석을 할 수 있도록 하였다. 폭발모델의 경우, 누출된 벤젠에 대하여 사고점으로부터 20 m이내 지점은 심각한 구조적 손상을 보였으며, 60 m이상의 지점에서는 경미한 피해가 추정됨을 알 수 있었다. 화재모델의 경우, 누출되어 방유제에 고여있는 벤젠에 대하여 복사열로 인한 직접적인 피해는 여름보다는 겨울에 크며, 내륙에 위치한 도시일수록 큰 경향을 보이는 것으로 추정할 수 있었다. 복사열로 인한 피해가 $90\%$일 때 40m 이상에서는 직접적인 영향이 없는 것으로 추정할 수 있었다.
Accident analysis are useful in the design stage of chemical plants and their surrounding structures. Also, analysis results are required for safety management of existing plants. In this paper, the fire and explosion effect by BTX released was evaluated. The computer program was prepared for accide...
Accident analysis are useful in the design stage of chemical plants and their surrounding structures. Also, analysis results are required for safety management of existing plants. In this paper, the fire and explosion effect by BTX released was evaluated. The computer program was prepared for accident analysis and adopted for evaluating the magnitude of fire (pool fire) and explosion (UVCE) effect. The thermal radiation was used as a measure of fire magnitude and the overpressure as a measure of explosion magnitude. And probit analysis was made for each case. As a case study, benzene tank model was used. The simulation results of explosion of benzene showed that the damage within 20 meters from the accident spot was severe and the damage beyond 60 meters was negligible. The simulation results of fire of benzene showed that the damage in summer is bigger than that in winter. And the damage of city located inland seems to be bigger than that of city in seaside. And thermal radiation effects was negligible beyond 40 meters-distance from the accident spot.
Accident analysis are useful in the design stage of chemical plants and their surrounding structures. Also, analysis results are required for safety management of existing plants. In this paper, the fire and explosion effect by BTX released was evaluated. The computer program was prepared for accident analysis and adopted for evaluating the magnitude of fire (pool fire) and explosion (UVCE) effect. The thermal radiation was used as a measure of fire magnitude and the overpressure as a measure of explosion magnitude. And probit analysis was made for each case. As a case study, benzene tank model was used. The simulation results of explosion of benzene showed that the damage within 20 meters from the accident spot was severe and the damage beyond 60 meters was negligible. The simulation results of fire of benzene showed that the damage in summer is bigger than that in winter. And the damage of city located inland seems to be bigger than that of city in seaside. And thermal radiation effects was negligible beyond 40 meters-distance from the accident spot.
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문제 정의
특히 DVN Technica에서 개발된 PHASIC SAFETI, Du Pont사의 SAFER 같은 프로그램은 상당히 비싼 가격으로 국내에 도입되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 정량분석을 용이하게 하기 위한 응용프로그램을 개발하였다. 화재, 폭발 및 독성물질 누출의 위험성이 높은 BTX (Benzene, Toluene, Xylene)로 인한 화학공장의 사고 중 환경인자가 변화하는 경우, 화재와 폭발로 인한 피 해 범위 및 피 해정도를 예측할 수 있는 프로그램을 작성하고 결과를 분석하였다.
가설 설정
. 거리에 따른 과압의 감소는 TNT와 비슷하다고 가정한다.
. 증기운의 흐름은 고려하지 않는다.
. 지형, 건물, 장애물의 영향은 고려하지 않는다.
. 폭발원과 가까운 위치에서 과압은 높게 예측된다.
산소공급을 방해하는 큰 격 벽(방화벽 )이 없다고 가정한다.
③ 액면의 표면적이 일정하다고 가정한다.
액면화재가 잘 진행된다고 가정한다.
완전 연소된다고 가정한다.
속도로 서서히 증발된다. 서서히 증발되는 pool의 경우에 대해서 대부분의 방출모델들은 pool에서부터 대기로의 물질전달에 의하여 증발이 제한되었다고 가정하였다. 단일성분에 대한 증발속도는 이상기체상태, 충분히 잘 혼합된 액상, 정상상태에서 Fleischer(1980)가 다음과 같이 정의하였다.
여기서, U* : 식 (15)에서 1.6 m 높이에서 풍속을 사용하여 계산된 차원이 없는 풍속(-) 액면화재의 경우 전체 복사열의 분율(8)은 TNCK1979)에서는 탄화수소 액면화재의 경우 好=0.35의 보존값(어림값) 사용을 제안하였고, 탄화수소의 전체복사열의 분율은 이 값을 가정하여 사용해도 무방하다. 기하학적인 인자는 화염에 대하여 노출된 물체의 위치와 방향, 화염 모양의 영향을 고려하였다.
에 나타나 있다. 유체의액위보다 &만큼 하부에 구멍이 발생했다고 하면 이 구멍을 통한 액체의 흐름은 기계적 에너지 수지식에 의하여 표현되며, 비압축성으로 가정한다.
Cremer 와 Warner(1982)에 따르면, Pasquill은 증기. 확산계수 Q는 각 물질의 특성값을 사용하고 풍속은 표준높이인 10 m에서 측정된 값을 사용하}' 였고, 대기는 난류이며, 물질 전달 속도는 낮으며, 액체 온도는 증발 공정 동안에는 대기 온도와 같고 일정하며, 액체는 단일물질이며, 고인 액체의 면적은 일정하다고 가정하였다.
제안 방법
선정이유는 8월의 경우 1년 중 가장 고온다습하며, 1월은 1년 중 가장 저온 건조하기 때문이다. 그리고 풍속과 주위온도, 습도 등의 기상인자를 고려하여 모사하였다.
화재의 경우 Pool Fire의 피해를 예측할 수 있도록 하였는더】, 액면화재의 열플럭스 추정의 접근 방법으로는 연소속도를 계산한 후에 상당액면 직경과 화염의 길이를 추정하고, 화염의 기울기와 표면방사열 플럭스, 액면화재의 중심과 대상물 사이의 투과성 기하학적 인자를 계산한 후에 대상목표물에서 열플럭스를 추정한다. 그리고, 화재의 종류와 결과의 종류(복사열, Probit)를결정하고, 각각에 필요한 data를 입력하면 그에 해당하는 결과를 출력하도록 하였다. 폭발의 경우는 UVCE의 피해를 예측할 수 있도록 프로그램을 작성하였다.
각각의 경우에 해당하는 data들을 textbox에 입력하도록 하였다. 누줄 모델에서 구한 누줄 속도와 누줄 시간을 이용하여 누출량을 추산하도록 하였다. 증발 모델의 경우 pool의 면적과 대기환경에 의해 증발량을 추산할 수 있도록 하였다.
폭발)를선택한다. 누출 모델은 저장 물질과 저장 상태에 따라 액체 상압 저장, 액체 가압 저장, 기체저장의 경우로 나누었다. 각각의 경우에 해당하는 data들을 textbox에 입력하도록 하였다.
폭발을 다루는 부분으로 구성하였다. 먼저 저장물질의 물성과 대기환경에 관련된 data를 입력하고 누출량을 구할 누출 모델에 대한 정보를 입력하여 누출량을 구한다. 누출량을 알고 있어 사고 모델식에 직접 입력할 경우에는 직접 입력을 선택하고 사고의 종류(화재 .
폭발(UVCE) 사고에 의한 피해예측을 용이하게 수행 . 분석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결론을 요약하면 다음과 같다.
52 m에 1 in.의 구멍 이 탱크에 생긴 후, 직 경 22 m, 두께 0.9 m의 pool이 방유제 안에서 형성되었을 때, 본 연구에서 개발한 프로그램을 사용하여 증발 . 화재 .
화재 . 폭발시의 영 향을 분석하였다. 서울과 6대 광역도시, 그리고 공업단지가 위치한 여천과 구미의 1999년 1년 간의 풍속 .
폭발의 경우는 Eisenberg가 핵폭발 자료에 근거하여 다음의 Probit식을 제안하였다.
그리고, 화재의 종류와 결과의 종류(복사열, Probit)를결정하고, 각각에 필요한 data를 입력하면 그에 해당하는 결과를 출력하도록 하였다. 폭발의 경우는 UVCE의 피해를 예측할 수 있도록 프로그램을 작성하였다. UVCE는 TNT 당량 모델을 사용하여, 필요한 자료값을 입력하면 해당하는 과압이나 손실의 종류 및 손실 가능성에 해당하는 거리를 줄력할 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 이러한 정량분석을 용이하게 하기 위한 응용프로그램을 개발하였다. 화재, 폭발 및 독성물질 누출의 위험성이 높은 BTX (Benzene, Toluene, Xylene)로 인한 화학공장의 사고 중 환경인자가 변화하는 경우, 화재와 폭발로 인한 피 해 범위 및 피 해정도를 예측할 수 있는 프로그램을 작성하고 결과를 분석하였다.
대상 데이터
연구에 이용된 서울, 대전, 대구, 여천 4개 도시의 기상인자 data는 Table 1.에 실었다. Figure 4.
서울과 6대 광역도시, 그리고 공업단지가 위치한 여천과 구미의 1999년 1년 간의 풍속 . 주위온도, 습도를 조사하여 서울, 대전, 대구, 여천의 4개 도시의 8월과 1월의 기상인자를 고려하였다. 선정이유는 8월의 경우 1년 중 가장 고온다습하며, 1월은 1년 중 가장 저온 건조하기 때문이다.
직경 7.62 m, 높이 7.62 이의 수직 원통형 탱크가 벤젠을 저장하기 위해서 사용된다. 탱크는 폭발을 방지하기 위하여 게이지압력 1 기압으로 조절되는 일정한 압력의 질소로 채워져 있다.
0과 Microsoft Excel 2000을 사용하여 작성하였다. 프로그램은 저장물질의 물성 및 누출원 모델, 대기 환경을 입력하는 부분과 증발모델 부분, 그리고 화재 . 폭발을 다루는 부분으로 구성하였다.
데이터처리
사고의 정량분석을 위한 프로그램은 Microsoft Visual Basic 6.0과 Microsoft Excel 2000을 사용하여 작성하였다. 프로그램은 저장물질의 물성 및 누출원 모델, 대기 환경을 입력하는 부분과 증발모델 부분, 그리고 화재 .
이론/모형
물질전달계수 /頒를 계산하기 위하여 여기서는 평형판에서의 층류 또는 난류에 근거한 표준 화학공학적 실험관계식을 사용하였다. Fleischer(1980)는 표준 평형판의 물질전달계수는 pool의 직경에 근거하여 Reynolds 수가 320, 000에서 층류와 난류의 전이현상이 일어나는 것으로 가정하고 계산하였다.
이 중 Point So니!*ce Method는 열이 중앙의 수직한 축에서만 방사된다는 가정하에 유도한 모델이고 Solid Flame Method는 실제 불꽃의 형태를 고려한 모델이며 열원들의 농도와 온도를 고려한 모델이 Volume Emitter Method이다. 하지만 모델 적용의 어려움 때문에 주로 Point Source Method가 주로 사용되며 본 연구에서도 Point Source Method를 사용하여 액면화재를 모델링하였다.
성능/효과
(2) 폭발모델의 사례연구의 경우, 탱크에서 누출되어 증발된 벤젠에 대해 방유제의 거리보다 적은 20 m이내에서는 심각한 구조적 손상을 보이며, 방유제의 거리보다 큰 60 m 이상에서는 경미한 피해가 추정된다.
(3) 화재모델의 사례연구의 경우, 탱크에서 누출된 후 방유제에 고여있는 벤젠에 대해 복사열로 인한 직접적인 피해는 여름보다는 겨울에 크며 내륙에 위치한 도시일수록 큰 경향을 보였고, 복사열로 인한 화상피해가 90%일 때방유제의 거리보다 큰 40 m이상에서는 직접적인 영향이 없는 것으로 보였다.
증발속도는 물질전달계수의 계산이 중요하다는 것을 설명하고 있다. Sherwood 수에 포함되어 있는 Reynolds 수의 풍속과 속도식의 온도에 따라 온도, 풍속이 증가할수록 증발속도는 증가함을 알 수 있다.
후속연구
(4) 본 연구에서 개발한 프로그램을 이용하여 석유화학 공정 내에서 취급하는 가연성물질인 BTX의 취급형태와 용량을 기준으로 쉽게 pool fire와 UVCE에 의한 사고피해 영향을 예측할 수 있으며, 짧은 시간과 투자로 공정내의 위험성을 순위화하여 체계적인 방재 대책을 수립할 수 있다.
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