LPG는 사용, 저장, 생산 과정뿐만 아니라 이송 중에도 많은 잠재위험(Hazard)을 갖고있다. 소규모의 수요처일 경우, LPG 용기를 적재한 차량에 의해 지역 사업자에 의하여 배달된다. 만약 도심지역에 가스용기를 적재한 차량에 폭발사고가 발생한다면 주변지역에 재산 피해뿐 아니라 상당한 인명피해를 초래할 것이다 본 연구에서는 LPG 누출 사례연구를 통하여 가스용기를 이용한 LPG의 운반 중에 사고의 원인이 되는 잠재위험을 확인한 후 사고발생 시나리오를 작성하고 발생 가능성과 피해결과를 예측하는 위험성(risk)의 정량적 분석을 하였다. 본 연구에서는 위험분석 프로그램을 Excel과 Visual Basic으로 프로그래밍 하여, ETA(Event Tree Analysis)법으로 LPG 운반도중 발생할 수 있는 사고의 빈도수를 구한 뒤, 이를 바탕으로 폭발로 인한 피해 범위 및 피해정도를 도출하였다. UVCE의 경우, 가스용기에서 누출되어 증발된 LPG에 대하여 사고현장주변에서 10m 이내에서는 심각한 구조적 손상을 보이며, 150m 이상에서도 유리가 파열되는 심각한 손상확률을 보였다. 그리고 TNT 상당법으로 Probit 결과, 10분간 누출되었을 때 40m 지점에서 유리창의 $75\%$가 깨졌으며, 20m 지점에서 $16\%$, 40m 지점에서는 $10\%$의 구조적 손상을 보였다.
LPG는 사용, 저장, 생산 과정뿐만 아니라 이송 중에도 많은 잠재위험(Hazard)을 갖고있다. 소규모의 수요처일 경우, LPG 용기를 적재한 차량에 의해 지역 사업자에 의하여 배달된다. 만약 도심지역에 가스용기를 적재한 차량에 폭발사고가 발생한다면 주변지역에 재산 피해뿐 아니라 상당한 인명피해를 초래할 것이다 본 연구에서는 LPG 누출 사례연구를 통하여 가스용기를 이용한 LPG의 운반 중에 사고의 원인이 되는 잠재위험을 확인한 후 사고발생 시나리오를 작성하고 발생 가능성과 피해결과를 예측하는 위험성(risk)의 정량적 분석을 하였다. 본 연구에서는 위험분석 프로그램을 Excel과 Visual Basic으로 프로그래밍 하여, ETA(Event Tree Analysis)법으로 LPG 운반도중 발생할 수 있는 사고의 빈도수를 구한 뒤, 이를 바탕으로 폭발로 인한 피해 범위 및 피해정도를 도출하였다. UVCE의 경우, 가스용기에서 누출되어 증발된 LPG에 대하여 사고현장주변에서 10m 이내에서는 심각한 구조적 손상을 보이며, 150m 이상에서도 유리가 파열되는 심각한 손상확률을 보였다. 그리고 TNT 상당법으로 Probit 결과, 10분간 누출되었을 때 40m 지점에서 유리창의 $75\%$가 깨졌으며, 20m 지점에서 $16\%$, 40m 지점에서는 $10\%$의 구조적 손상을 보였다.
There exists high hazard when transporting LPG as well as using, storing, and producing. For small scale LPG consumer, retailers deliver LPG to customers via a truck loading many LPG cylinders. Suppose there occurred a accident during LPG cylinder transfer, this could result in serious damages to th...
There exists high hazard when transporting LPG as well as using, storing, and producing. For small scale LPG consumer, retailers deliver LPG to customers via a truck loading many LPG cylinders. Suppose there occurred a accident during LPG cylinder transfer, this could result in serious damages to the life and properties in the near or neighbor of the accident spot. In this regard, we made a quantitative risk analysis to estimate the possible damages and the probability through the identification of accidents causes and the simulation of the possible scenario. In this study, we made the Excel & Visual Basic computer program to perform quantitative LPG accident analysis. The simulation showed the following results. In case of UVCE(Unconfined Vapor Cloud Explosion), the effect within l0m of the accident spot showed very severe structural damages and even the accident can break the window glasses of the area of 150 m apart from accident spot. In case of TNT corresponding probit analysis, after 10 minutes LPG leaking, $75\%$ window glasses of 40 m distance was expected to be broken. And $16\%$ frames of 20m distance, $10\%$ frames of 40m distance was expected to be collapsed.
There exists high hazard when transporting LPG as well as using, storing, and producing. For small scale LPG consumer, retailers deliver LPG to customers via a truck loading many LPG cylinders. Suppose there occurred a accident during LPG cylinder transfer, this could result in serious damages to the life and properties in the near or neighbor of the accident spot. In this regard, we made a quantitative risk analysis to estimate the possible damages and the probability through the identification of accidents causes and the simulation of the possible scenario. In this study, we made the Excel & Visual Basic computer program to perform quantitative LPG accident analysis. The simulation showed the following results. In case of UVCE(Unconfined Vapor Cloud Explosion), the effect within l0m of the accident spot showed very severe structural damages and even the accident can break the window glasses of the area of 150 m apart from accident spot. In case of TNT corresponding probit analysis, after 10 minutes LPG leaking, $75\%$ window glasses of 40 m distance was expected to be broken. And $16\%$ frames of 20m distance, $10\%$ frames of 40m distance was expected to be collapsed.
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문제 정의
본 연구에서는 경제적, 시간적 이유로 정량적 위험성 평가를 수행하기 어려운 작업현장에서 폭발(UVCE) 사고에, 의한 피해예측을 수행 · 분석하여 정량평가를 실시하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결론을 요약하면 다음과 같다.
가설 설정
반면에 증발속도는 질량 전달에 더욱 의존한다. Cremer와 Wamer(1982)에 따르면, Pasquill은 증기 확산계수 D는 각 물질의 특성값을 사용하고 풍속은 표준높이인 10 m에서 측정된 값을 사용하였고, 대기는 난류이며, 물질 전달 속도는 낮으며, 액체 온도는 증발 공정 동안에는 대기 온도와 같고 일정하며, 액체는 단일물질이며, 고인 액체의 면적은 일정하다고 가정하였다.[1][2][3][7]
LPG 용기 이송 중 교통사고로 가스용기가 파열되며, LPG(propane)가 누출되어 개방계 증기운폭발 (UVCE)이 발생된 상황을 가정하여 본 연구에서 작성된 프로그램을 실행하였다. UVCE의 가장 일반적인 TNT 모델을 이용하여 LPG 용기에서 누출된 LPG의 양을 TNT 당량으로 환산하여 그 값을 과압력에 따른 환산거리에 적용하여 실제 거리를 계산하였다.
· 거리에 따른 과압의 감소는 TNT와 비슷하다고 가정한다.
· 증기운의 흐름은 고려하지 않으며, 지형, 건물, 장애물의 영향은 고려하지 않는다.
· 폭발원은 점으로 나타낼 수 있으며, 폭발원과 가까운 위치에서 과압은 높게 예측된다.
속도로 서서히 증발된다. 서서히 증발되는 pool의 경우에 대해서 대부분의 방출모델들은 pool서부터 대기로의 물질전달에 의하여 증발이 제한되었다고 가정하였다. 단일성분에 대한 증발속도는 이상기체상태, 충분히 잘 혼합된 액상, 정상상태에서 Fleischer(1980)가 다음과 같이 정의하였다.
에 나타나 있다. 유체의 액위 보다 hL만큼 하부에 구멍이 발생했다고 하면 이 구멍을 통한 액체의 흐름은 기계적 에너지 수지 식에 의하여 표현되며, 비압축성으로 가정한다. 본 연구에서는 LPG cylinder에서 누출될 때 순간적으로 액체 pool를 형성하고, 증발하기 때문에 액체 증발 모델을 사용하였다.
제안 방법
1과 같이 LPG 가스용기의 이송 중 잠재위험을 확인하였다. LPG 용기 이송 중 교통사고로 인한 누출 가능성을 정상사상으로 선정하여 발생빈도를 평가하였다. 과거의 FTA 데이터를 적용하여 ETA 초기사건으로 놓고서 이에 따라 발생되는 사건들의 순서들을 확인하였다.
폭발의 경우는 UVCE의 피해를 예측할 수 있도록 프로그램을 작성하였다. UVCE는 TNT 당량모델을 사용하여, 필요한 자료값을 입력하면 해당하는 과압이나 손실의 가능성에 해당하는 거리를 출력할 수 있도록 하였다.
실행하였다. UVCE의 가장 일반적인 TNT 모델을 이용하여 LPG 용기에서 누출된 LPG의 양을 TNT 당량으로 환산하여 그 값을 과압력에 따른 환산거리에 적용하여 실제 거리를 계산하였다. 그리고 과압으로 인한 영향을 적용하여 실제 영향 거리를 계산하였다.
LPG 용기 이송 중 교통사고로 인한 누출 가능성을 정상사상으로 선정하여 발생빈도를 평가하였다. 과거의 FTA 데이터를 적용하여 ETA 초기사건으로 놓고서 이에 따라 발생되는 사건들의 순서들을 확인하였다.(Fig.
6×l0-6/yr로 가장 크게 나타났으며, 다음으로 Flash Fire, BLEVE 순으로 나타났다. 그래서 본 사례연구에서는 가장 발생빈도가 높은 UVCE를 토대로 LPG 가스용기 누출 시 사고강도를 평가했으며 위험성 산정에 적용시켰다.[1][3][5][6]
UVCE의 가장 일반적인 TNT 모델을 이용하여 LPG 용기에서 누출된 LPG의 양을 TNT 당량으로 환산하여 그 값을 과압력에 따른 환산거리에 적용하여 실제 거리를 계산하였다. 그리고 과압으로 인한 영향을 적용하여 실제 영향 거리를 계산하였다. 그 결과 LPG 용기이송 중의 누출된 LPG의 양을 시간에 따라 피해 거리를 모사한 결과는 Table 3와 같으며, Fig.
기존의 HAZOP 연구를 이용하여 LPG 이송 중 아무 이상 없이 목적지까지 도달할 수 있는지 아니면 내부 또는 외부의 영향에 의해 어떻게 일탈 현상이 발생하는지에 대한 잠재위험을 찾아내어 기록하고 그의 원인을 파악하였다. 그리고 확인된 잠재위험 중 높은 사상(events)과 기존의 FTA(FauIt Tree Analysis)자료를 이용하여 LPG 누출발생 빈도를 ETA의 초기사건으로 놓고서 연속적인 시간에 따른 사건진행의 구조적 범위를 제시, 이에 따라 발생 가능한 사고빈도를 순차적으로 산정하였다. 또한 사고빈도 산정결과 가장 높은 발생빈도를 갖는 결과를 초점으로 가스용기 누출 실험 자료와 프로그램을 이용하여 결과를 산정하고, LPG 용기 이송 중에 발생할 수 있는 위험으로 가정하여 영향범위 및 피해거리를 계산하여 이송 중에 특정지역을 경유할 때의 위험정도를 비교 · 분석 하였다.
기존의 HAZOP 연구를 이용하여 LPG 이송 중 아무 이상 없이 목적지까지 도달할 수 있는지 아니면 내부 또는 외부의 영향에 의해 어떻게 일탈 현상이 발생하는지에 대한 잠재위험을 찾아내어 기록하고 그의 원인을 파악하였다. 그리고 확인된 잠재위험 중 높은 사상(events)과 기존의 FTA(FauIt Tree Analysis)자료를 이용하여 LPG 누출발생 빈도를 ETA의 초기사건으로 놓고서 연속적인 시간에 따른 사건진행의 구조적 범위를 제시, 이에 따라 발생 가능한 사고빈도를 순차적으로 산정하였다.
사고로 인하여, 차량이 전복되면서, 제대로 고정되어지지 않은 가스용기들이 사고지점에서 넘어져 밸브 또는 용기의 누출과 파열로 용기 안의 LPG가 누출되기 시작하였다. 또한 사고빈도 산정결과 가장 높은 발생빈도를 갖는 결과를 중심으로 강도분석 모델을 이용하여 결과를 산정하고, LPG 용기 운송 중에 발생할 위험도를 가정하여 영향범위 및 피해거리를 계산하여 LPG 용기 적재차량의 경로에 따른 위험정도를 비교 · 분석하였다.
그리고 확인된 잠재위험 중 높은 사상(events)과 기존의 FTA(FauIt Tree Analysis)자료를 이용하여 LPG 누출발생 빈도를 ETA의 초기사건으로 놓고서 연속적인 시간에 따른 사건진행의 구조적 범위를 제시, 이에 따라 발생 가능한 사고빈도를 순차적으로 산정하였다. 또한 사고빈도 산정결과 가장 높은 발생빈도를 갖는 결과를 초점으로 가스용기 누출 실험 자료와 프로그램을 이용하여 결과를 산정하고, LPG 용기 이송 중에 발생할 수 있는 위험으로 가정하여 영향범위 및 피해거리를 계산하여 이송 중에 특정지역을 경유할 때의 위험정도를 비교 · 분석 하였다.[1][3][5][6]
프로그램은 LPG의 물성 및 누출원 모델, 대기 환경을 입력하는 부분과 증발모델 부분, 화재-폭발을 다루는 부분으로 구성하였다. 먼저 저장물질의 물성과 대기 환경에 관련된 data를 입력하고 누출량을 구할 누출모델에 대한 정보를 입력하여 누줄량을 구한다. 누줄량을 알고 있어 사고 모델식에 직접입력할 경우에는 직접입력을 선택하고 사고의 종류를 선택한다.
유체의 액위 보다 hL만큼 하부에 구멍이 발생했다고 하면 이 구멍을 통한 액체의 흐름은 기계적 에너지 수지 식에 의하여 표현되며, 비압축성으로 가정한다. 본 연구에서는 LPG cylinder에서 누출될 때 순간적으로 액체 pool를 형성하고, 증발하기 때문에 액체 증발 모델을 사용하였다.
본 연구에서는 LPG 누출에 의한 위험분석을 용이하게 하기 위한 위험분석 프로그램을 Excel과 Visual Basic으로 프로그래밍 하여, ETA(Event Tree Analysis)법으로 LPG 운반 도중 발생할 수 있는 사고의 빈도수를 구한 뒤, 이를 바탕으로 폭발로 인한 피해 범위 및 피해정도를 예측할 수 있는 프로그램을 실행하여 그 결과를 분석·고찰하였다.
폭발의 경우는 Eisenberg가 핵폭발 자료에 근거하여 다음의 Probit식을 제안하였다.[1][3][4][6]
누줄량을 알고 있어 사고 모델식에 직접입력할 경우에는 직접입력을 선택하고 사고의 종류를 선택한다. 폭발의 경우는 UVCE의 피해를 예측할 수 있도록 프로그램을 작성하였다. UVCE는 TNT 당량모델을 사용하여, 필요한 자료값을 입력하면 해당하는 과압이나 손실의 가능성에 해당하는 거리를 출력할 수 있도록 하였다.
0 과 Microsoft Excel 2000을 사용하여 작성하였다. 프로그램은 LPG의 물성 및 누출원 모델, 대기 환경을 입력하는 부분과 증발모델 부분, 화재-폭발을 다루는 부분으로 구성하였다. 먼저 저장물질의 물성과 대기 환경에 관련된 data를 입력하고 누출량을 구할 누출모델에 대한 정보를 입력하여 누줄량을 구한다.
이론/모형
물질전달계수 kg를 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.
성능/효과
(1) UVCE의 경우, 가스용기에서 누출되어 증발된 LPG에 대하여 사고현장주변에서 10m 이내에서는 심각한 구조적 손상을 보이며, 150m 이상에서도 유리가 파열되는 심각한 손상확률을 보였다.
(2) Probit 분석의 경우, 10분간 누출되었을 때 40m 지점에서 창의 75%가 깨졌으며, 20m 지점에서 16%, 40m 지점에서는 10%이하의 구조적 손상을 보였다.
Table 2는 LPG의 누출로 인하여 발생할 수 있는 사고결과를 예측하기 위하여 각각의 사건에 대한 빈도/확률을 나타낸 예이다. ETA로 확인된 사건들은 UVCE, BLEVE, Local Thermal Hazard, Flash Fire 등이며 FTA의 누출빈도값을 적용하여 정량적으로 빈도를 산정한 결과 UVCE가 45.6×l0-6/yr로 가장 크게 나타났으며, 다음으로 Flash Fire, BLEVE 순으로 나타났다. 그래서 본 사례연구에서는 가장 발생빈도가 높은 UVCE를 토대로 LPG 가스용기 누출 시 사고강도를 평가했으며 위험성 산정에 적용시켰다.
모든 이동경로를 통해 본 LPG 용기 적재 차량의 위험성 평가 결과, 유동인구밀도에 따른 인명피해 분포가 유동적이며, 150m 이상에서도 유리파손의 피해가 있었으며, 50m 이내 구조물 손상과 고막 파열의 경우가 발생하였고, 식당과 시장주변의 경우, 시간대별로 피해 범위가 다양하게 나타났으며, factor에 따른 다양한 분석이 가능하였다. 주로 인명피해와 함께 자산피해확률이 95%이상 되었으며, 주택가의 경우, 폭발 현장의 자산피해확률 (유리창 파손과 주차된 차량의 파손, 가옥 부분 파괴)이 가장 높게 나타났으며, 인구밀도에 따른 인명피해 현상이 발생하였다.
분석이 가능하였다. 주로 인명피해와 함께 자산피해확률이 95%이상 되었으며, 주택가의 경우, 폭발 현장의 자산피해확률 (유리창 파손과 주차된 차량의 파손, 가옥 부분 파괴)이 가장 높게 나타났으며, 인구밀도에 따른 인명피해 현상이 발생하였다.
후속연구
(3) 본 연구의 정량적 분석 결과는 도심 내 LPG 용기 이송 안전 수칙 강화를 위한 기본 자료로 활용 될 수 있다.
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