최근 국내에서도 정량적 위험성 평가 기법을 위험시설물에 도입하여 위험도를 관리하면서 LPG 저장탱크에 대한 사고후 피해영향평가에 대한 연구는 다각적으로 이루어지고 있으나 BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion, BLEVE)의 조건 및 메커니즘 규명에 대한 연구는 별로 이루어지고 있지 않다. 따라서, 본 고에서는 상대적으로 위험성이 큰 지상식 LPG 저장탱크의 BLEVE 가능성에 대해 외국의 Pilot 탱크 시험 결과 및 BLEVE 발생을 위한 소요입열량 계산값을 이용한 연역적 계산방법을 통해 BLEVE 조건 및 가능성을 정량화하여 규명코자 하였다. 또한, 산출된 탱크의 파열압력(burst pressure)과 충전량에 의해 보정된 액 온도를 사용해서 그려진 BLEVE map을 이용하여 BLEVE 조건에서 액위($\%$)가 BLEVE에 어떤 영향을 미칠 것인가를 규명하였다. 계산결과, 탱크 plate 온도가 $600^{\circ}C$이고, 탱크내부 액온도가 $53^{\circ}C$ 일 때 액충전량은 $43.68\%$ 이상일 경우에 BLEVE의 발생이 가능하다는 결과를 얻었다. 또한, 부천 대성에너지 LPG 충전소와 동일한 사양인 15톤 프로판 탱크를 모델로 하여 BLEVE가 발생하기 위한 외부 누출 및 외부화재 조건을 PHAST(Version 6.00) 및 EFFECTS(Version 2.1) 프로그램을 이용해 계산한 결과 액상 누출시 누출상당직경은 7.2mm, 이상 누출시 누출상당직경은 17.6mm 이상일 경우에 BLEVE가 발생 가능한 최소한의 풀화재 생성조건이 되었고, 풀화재의 크기는 최소 직경 3.3m, 높이 10.4m 이상의 풀화재가 전제되어야 한다는 결과를 얻을 수 있었다.
최근 국내에서도 정량적 위험성 평가 기법을 위험시설물에 도입하여 위험도를 관리하면서 LPG 저장탱크에 대한 사고후 피해영향평가에 대한 연구는 다각적으로 이루어지고 있으나 BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion, BLEVE)의 조건 및 메커니즘 규명에 대한 연구는 별로 이루어지고 있지 않다. 따라서, 본 고에서는 상대적으로 위험성이 큰 지상식 LPG 저장탱크의 BLEVE 가능성에 대해 외국의 Pilot 탱크 시험 결과 및 BLEVE 발생을 위한 소요입열량 계산값을 이용한 연역적 계산방법을 통해 BLEVE 조건 및 가능성을 정량화하여 규명코자 하였다. 또한, 산출된 탱크의 파열압력(burst pressure)과 충전량에 의해 보정된 액 온도를 사용해서 그려진 BLEVE map을 이용하여 BLEVE 조건에서 액위($\%$)가 BLEVE에 어떤 영향을 미칠 것인가를 규명하였다. 계산결과, 탱크 plate 온도가 $600^{\circ}C$이고, 탱크내부 액온도가 $53^{\circ}C$ 일 때 액충전량은 $43.68\%$ 이상일 경우에 BLEVE의 발생이 가능하다는 결과를 얻었다. 또한, 부천 대성에너지 LPG 충전소와 동일한 사양인 15톤 프로판 탱크를 모델로 하여 BLEVE가 발생하기 위한 외부 누출 및 외부화재 조건을 PHAST(Version 6.00) 및 EFFECTS(Version 2.1) 프로그램을 이용해 계산한 결과 액상 누출시 누출상당직경은 7.2mm, 이상 누출시 누출상당직경은 17.6mm 이상일 경우에 BLEVE가 발생 가능한 최소한의 풀화재 생성조건이 되었고, 풀화재의 크기는 최소 직경 3.3m, 높이 10.4m 이상의 풀화재가 전제되어야 한다는 결과를 얻을 수 있었다.
The purpose of this thesis is to investigate the BLEVE probability of LP gas storage tanks which are relatively more dangerous, by the deductive calculating method using the results of Birk's pilot tank test and the required heat capacity of BLEVE. The result that BLEVEs can occur in only above 43.6...
The purpose of this thesis is to investigate the BLEVE probability of LP gas storage tanks which are relatively more dangerous, by the deductive calculating method using the results of Birk's pilot tank test and the required heat capacity of BLEVE. The result that BLEVEs can occur in only above 43.68 percent of liquid filling level under $600^{\circ}C$ of tank pate temperature and $53^{\circ}C$ of inner liquid temperature, was obtained and will be useful for preventing the BLEVE of LP gas storage tanks in fire sites. In addition, this research showed conditions of external leak and fire causing BLEVE, based on 15ton capacity of LP gas tank which has the same specifications as those in Puchon LP gas filling station accident. The result of the calculation is that the minimum pool fire conditions of BLEVE are above 7.2mm equivalent diameter under a liquid release condition and above 17.6mm equivalent diameter under a two-phase release condition. In the end, the result of calculating the pool size corresponding the above conditions using EFFECTS version 2.1, concludes that a minimum of 3.3 meters of diameter and 10.4 meters of height should be needed for BLEVE outbreak.
The purpose of this thesis is to investigate the BLEVE probability of LP gas storage tanks which are relatively more dangerous, by the deductive calculating method using the results of Birk's pilot tank test and the required heat capacity of BLEVE. The result that BLEVEs can occur in only above 43.68 percent of liquid filling level under $600^{\circ}C$ of tank pate temperature and $53^{\circ}C$ of inner liquid temperature, was obtained and will be useful for preventing the BLEVE of LP gas storage tanks in fire sites. In addition, this research showed conditions of external leak and fire causing BLEVE, based on 15ton capacity of LP gas tank which has the same specifications as those in Puchon LP gas filling station accident. The result of the calculation is that the minimum pool fire conditions of BLEVE are above 7.2mm equivalent diameter under a liquid release condition and above 17.6mm equivalent diameter under a two-phase release condition. In the end, the result of calculating the pool size corresponding the above conditions using EFFECTS version 2.1, concludes that a minimum of 3.3 meters of diameter and 10.4 meters of height should be needed for BLEVE outbreak.
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문제 정의
BLEVE 가능성을 해석하기 위해 두 가지 접근 방법으로 그 가능성을 정량화하고자 하였다. 하나는 BLEVE 발생 조건중 탱크 내부의 조건으로 탱크 벽체 고온 강도 저하, 내부액체 온도 및 상대 액충전량의 관계를 시험에 의해 유도된 계산식에 의해 규명하는 것이고, 또 다른 하나는 BLEVE 발생 가능한 외부화재조건으로 BLEVE에 이르기 위한 외부 누출조건(누출 소요량, 누출속도, hole 구경) 및 외부 화재 조건(풀화재 상당 직경 및 높이)을 계산하고자 하였다.
따라서, 본 고에서는 상대적으로 위험성이 큰 지상식 LPG 저장탱크의 BLEVE 가능성에 대해 외국의 Pilot 탱크 시험 결과 및 BLEVE 발생을 위한 소요입열량 계산값을 이용 연역적계산방법을 통해 BLEVE 조건 및 가능성을 정량화하여 규명코자 하였다. 특히, 탱크 사양 등에 있어 1999년의 부천사고와 동일한 탱크 사양을 이용해 당시의 상황을 연역적 계산에 의해 접근코자 하였다.
가설 설정
BLEVE 생성 조건을 최저 과가열온도인 53℃로 가정하고, 압력방출밸브 분출개시 소요시간은 최초 점화후 3분으로 잡았고, BLEVE 발생까지의 총 소요시간은 10분으로 상정하였다. 대기온도에서 이 온도까지 상승하는데 소요되는 열량과 압력방출밸브를 통해 증발되는 가스량의 증발잠열을 계산하여 총소요열량으로 상정하였다.
제안 방법
대기온도에서 이 온도까지 상승하는데 소요되는 열량과 압력방출밸브를 통해 증발되는 가스량의 증발잠열을 계산하여 총소요열량으로 상정하였다. 그 결과는 Table 3에 나타내었다.
규명코자 하였다. 특히, 탱크 사양 등에 있어 1999년의 부천사고와 동일한 탱크 사양을 이용해 당시의 상황을 연역적 계산에 의해 접근코자 하였다.
하였다. 하나는 BLEVE 발생 조건중 탱크 내부의 조건으로 탱크 벽체 고온 강도 저하, 내부액체 온도 및 상대 액충전량의 관계를 시험에 의해 유도된 계산식에 의해 규명하는 것이고, 또 다른 하나는 BLEVE 발생 가능한 외부화재조건으로 BLEVE에 이르기 위한 외부 누출조건(누출 소요량, 누출속도, hole 구경) 및 외부 화재 조건(풀화재 상당 직경 및 높이)을 계산하고자 하였다.
데이터처리
인접한 저장탱크나 탱크로리의 연결 배관이나 호스로부터 이상누출 발생시의 누출구경을 PHAST(Version 6.00) 프로그램을 이용하여 trial and error 방법으로 계산하였다. 결과적으로 2상(two-phase) 누출시에는 최소 상당직경 17.
성능/효과
중간 시간 파손은 액과 증기 공간 에너지의 조합에 기인한다. BLEVE 및 non-BLEVE 파손으로 분류하는 BLEVE map은 산출된 탱크의 파열압력(burst pressure)과 충전량에 의해 보정된 액 온도를 사용해서 그려질 수 있는데 이 것을 이용하여 BLEVE 조건에서 최고충전액위에 대한 상대액위(%)가 BLEVE에 어떤 영향을 미칠 것인가를 계산한 결과 plate 온도가 600℃이고, 탱크 내부 액온도가 53℃일 때 액충전량은 43.68% 이상에서 BLEVE가 발생가능하며, 이는 화재현장에서 LPG 저장탱크의 BLEVE 예방에 유익한 자료가 될 것이다.
Birk의 시험 결과에 근거해 정리해 보면, 단기간(초기 균열발생으로부터 10ms 이내)에 발생되는 BLEVE는 주로 약한(동일 재질의 경우 두께가 얇은) 탱크에서 나타나고, 이것은 증기공간의 에너지에 의해서 발생가능하며 액온도는 이들 형태의 BLEVE에서는 그렇게 중요하지 않다는 것을 제안하였다. 이러한 사실은 약한 탱크에서 평균 액온도가 20℃에서 BLEVE가 관찰됨으로써 증명되었다.
00) 프로그램을 이용하여 trial and error 방법으로 계산하였다. 결과적으로 2상(two-phase) 누출시에는 최소 상당직경 17.6 mm 이상의 홀이 생성되어야 BLEVE가 발생 가능한 것으로 계산되었다.
부천 충전소 사고시와 동일한 사양인 15톤 프로판 탱크를 모델로 하여 BLEVE가 발생 가능한 외부 누출 및 화재조건을 계산한 결과, 액상 누출시 누출상당직경은 7.2mm가, 이상 누출시 누출상당직경은 17.6mm 이상의 조건에서 BLEVE가 발생 가능한 최소한의 풀화재 생성조건이 되었고, Pool fire 의 크기를 EFFECTS V2.1을 이용해서 계산한 결과 BLEVE가 발생하기 위해서는 최소 직경 3.3m, 높이 10.4m 이상의 풀화재가 생성되어야 한다는 결과를 얻을 수 있었다.
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