[국내논문]지상식 멤브레인 LNG저장탱크 안전성 향상을 위한 설계형식별 정량적 위험성 비교 평가 The Comparative Quantitative Risk Assessment of LNG Tank Designs for the Safety Improvement of Above Ground Membrane Tank원문보기
이 연구는 결함수분석(FTA)를 이용해 완전방호 형식 및 멤브레인 형식의 KOGAS 탱크 설계에 대한 비교 정량적 위험성평가를 위해 수행하였다. 이 연구를 위해 표준 완전방호식 탱크와 초기 멤브레인 탱크 및 4가지의 개선된 멤브레인 탱크를 포함한 총 6개 모델에 대해 위험성을 평가하였다. 이 연구에서는 FTA를 이용해 누출빈도를 정량화 하였다. 분석의 명확성 및 일관성을 위해서 모든 경우는 동일한 고장수(fault tree)를 이용해 정량화하였다. 개선되지 않은 멤브레인 저장탱크(초기 모델)를 제외하고 예측된 위험도 수준은 매우 유사해서 각각의 탱크는 동일한 위험도 수준(the same level of risk)을 나타내는 것으로 평가되었다. 펌프 낙하에 의한 손상은 완전방호식 탱크에 비해서 박판으로 되어있는 멤브레인 탱크가 두드러지게 큰 것으로 예측되었다.
이 연구는 결함수분석(FTA)를 이용해 완전방호 형식 및 멤브레인 형식의 KOGAS 탱크 설계에 대한 비교 정량적 위험성평가를 위해 수행하였다. 이 연구를 위해 표준 완전방호식 탱크와 초기 멤브레인 탱크 및 4가지의 개선된 멤브레인 탱크를 포함한 총 6개 모델에 대해 위험성을 평가하였다. 이 연구에서는 FTA를 이용해 누출빈도를 정량화 하였다. 분석의 명확성 및 일관성을 위해서 모든 경우는 동일한 고장수(fault tree)를 이용해 정량화하였다. 개선되지 않은 멤브레인 저장탱크(초기 모델)를 제외하고 예측된 위험도 수준은 매우 유사해서 각각의 탱크는 동일한 위험도 수준(the same level of risk)을 나타내는 것으로 평가되었다. 펌프 낙하에 의한 손상은 완전방호식 탱크에 비해서 박판으로 되어있는 멤브레인 탱크가 두드러지게 큰 것으로 예측되었다.
The objective of paper is to carry out a comparative Quantitative Risk Assessment (QRA) of two KOGAS tank designs using a fault tree methodology, a standard 'Full Containment' tank and a 'Membrane' tank. For the membrane tank, both the initial KOGAS design and 4 modified KOGAS designs have been asse...
The objective of paper is to carry out a comparative Quantitative Risk Assessment (QRA) of two KOGAS tank designs using a fault tree methodology, a standard 'Full Containment' tank and a 'Membrane' tank. For the membrane tank, both the initial KOGAS design and 4 modified KOGAS designs have been assessed, giving six separate cases. In this paper, the frequencies of releases are quantified using a fault tree approach. For clarity in the analysis, and to ensure consistency, all cases have been quantified using the same fault tree. Logic within the fault tree is used to select each of the cases. Full quantification of risks is often difficult, owing to a lack of relevant failure data, but the aim of this study has been to be as quantitative as possible, with full transparency of failure information. The most significant general cause of external LNG leaks is predicted to be a seismic event, which has been quantified nominally. 4modified KOGAS desiens to Prevent damage of bottom membrane panels that was shown in preparatory estimation could quantitively confirm safety improvement. According to result, the predicted frequencies of an external LNG leak for the full containment and modified membrane tanks are very similar, failures due to dropped pumps are predicted to be significantly greater for the membrane tank with thickened plate than for the full containment tank.
The objective of paper is to carry out a comparative Quantitative Risk Assessment (QRA) of two KOGAS tank designs using a fault tree methodology, a standard 'Full Containment' tank and a 'Membrane' tank. For the membrane tank, both the initial KOGAS design and 4 modified KOGAS designs have been assessed, giving six separate cases. In this paper, the frequencies of releases are quantified using a fault tree approach. For clarity in the analysis, and to ensure consistency, all cases have been quantified using the same fault tree. Logic within the fault tree is used to select each of the cases. Full quantification of risks is often difficult, owing to a lack of relevant failure data, but the aim of this study has been to be as quantitative as possible, with full transparency of failure information. The most significant general cause of external LNG leaks is predicted to be a seismic event, which has been quantified nominally. 4modified KOGAS desiens to Prevent damage of bottom membrane panels that was shown in preparatory estimation could quantitively confirm safety improvement. According to result, the predicted frequencies of an external LNG leak for the full containment and modified membrane tanks are very similar, failures due to dropped pumps are predicted to be significantly greater for the membrane tank with thickened plate than for the full containment tank.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 대용량화 용이성, 친환경성, 내부 탱크의 낮은 누출 가능성(완만한 누출속도 증가), 내부 누출의 조기 검지 용이성, 충수시험을 통한 외부 PC 탱크의 높은 신뢰성 등의 장점과 시공 기간의 단축 등으로 인한 높은 경제성으로 인해 프랑스와 일본에서 적극적인 건설이 검토되고 있는 지상식 멤브레인 LNG 저장탱크의 상용화 개발 적용을 위해 멤브레인 탱크를 이미 안전성이 검증된 완전방호식 저장탱크와 FTA를 이용한 상대적 위험성 비교평가를 통해 멤브레인 탱크 의 안전성에 대한 객관적인 데이터를 확보하고, 나아가 취약부에 대한 설계 개선을 통해 동 탱크의 안전성을 향상시키고자 하였다.
가설 설정
멤브레인 탱크(그림 2)는 완전방호식 탱크의 것과 사 실상 동일한 콘크리트 외부 탱크를 가지고 있다. (이들 은 동일한 것으로 이 연구에서는 가정한다). 그러나 내부 탱크는 큰 파형 의 주름들이 접혀 있는 얇은(2.
내부 탱크와 외부 탱크 사이의 공간은 탱크 위의 증 기 공간과 연결되어 있으며 펄라이트 단열재로 채워져 있다. 이 연구의 목적상 탱크 바닥 밑의 단열재는 증기 공간과 연결되어 있다고 가정한다.
제안 방법
설계 개선 모델 4의 멤브레인 탱크에는 흡수 구조 물과 펌프 캐처에 탱크 바닥의 단열재 내에 05 mm 두께의 알루미늄의 2차 차단막이 추가로 설치된다. FTA 수행에 있어서는 다음의 3가지 유형의 방출 (release)을 정상사상(top event)로 상정하고 각 경우의 사고빈도를 평가하였다.
또한 각 탱크에 대하여 동일하게 평가되는 두 가지 의 추가적 고장수목을 포함시켜서 증기누출 빈도(즉, 내부 탱크는 정상인데 외부 탱크가 고장)와 내부누출빈도(즉, 외부 탱크의 고장이 없는 내부탱크의 고장)를 평가한다. 이들 두 수목의 가지들은 LNG 외부 누출에 대한 수목 내의 관련 게이트들로부터 간단히 얻은 것 이며, 모두 LNG 외부 누출에 포함된다.
이 연구에서는 한국가스공사(KOGAS)의 2가지 탱크 설계, 즉 표준적인 완전방호식(fhll containment) 탱크와 멤브레인(membrane) 탱크의 정 량적 위험성 비교평가를 고장수분석법(FTA, Fault Tree Analysis)을 이용하여 수행하였다. 멤브레인 탱크에 대하여는 한국가스공사의 초기 설계 모델과 4가지의 설계 개선 모델을 평가하여 전체적으로는 6가지의 설계 모델에 대한 평가를 수행하였다.
대상 데이터
멤브레인 탱크의 콘크리트 탱크의 충수시험 등의 안 전조치를 반영하였다.
완전방호식 탱크와 멤브레인 탱크에 대하여 많은 사 건들이 동일하며, 차이가 있는 곳에서는 수목(tree)의 다른 사건들이나 가지들을 위에서 설명한 것처럼 각 경우에 대하여 사용하였다.
이론/모형
이 연구에서는 한국가스공사(KOGAS)의 2가지 탱크 설계, 즉 표준적인 완전방호식(fhll containment) 탱크와 멤브레인(membrane) 탱크의 정 량적 위험성 비교평가를 고장수분석법(FTA, Fault Tree Analysis)을 이용하여 수행하였다. 멤브레인 탱크에 대하여는 한국가스공사의 초기 설계 모델과 4가지의 설계 개선 모델을 평가하여 전체적으로는 6가지의 설계 모델에 대한 평가를 수행하였다.
성능/효과
1) 펌프 낙하로 인한 손상을 줄이기 위해 개선된 멤 브레인 LNG 저장탱크와 완전방호식 LNG 저장탱크로 부터의 외부누출 위험도에 있어서의 그 차이는 매우 작 고, 분석의 불확도(uncertainties) 범위 내에 존재한다.
2) 멤브레인 저장탱크에 알루미늄 박판 형태의 2차 차단막 (second barrier)의 추가(개선된 모델 2 및 4)는 전반적인 누출 빈도에 있어 무시해도 좋을 정도의 작은 차이를 가지는 것으로 평가되었다.
3) 내부 탱크의 동체의 고장과 더불어 시작하는 고장 각각의 경우에 있어 최초 고장의 원인은 다음의 사 건으로 인해 더욱 세분화된다. 예를 들어 외부 콘크리 트 벽체나 바닥의 고장들은 다음과 같은 원인들로 발생할 수 있다.
3) 외부 LNG 누출 빈도에서 기타 다른 차이는 매우 작고, 두 탱크 사이의 중요한 차이로 간주되지 않는다.
3) 지진고장 - 이들은 내부 탱크에 먼저 고장을 일으 키는 것으로 평가된다.
3) 펌프낙하로 인한 손상은 완전방호식 저장탱크에 비해 멤브레인 저장탱크에서 상당히 크게 예측된다. 충 격흡수 구조물을 갖는 멤브레인 저장탱크(개선모델 1) 는 완전방호식 저장탱크와 유사한 위험도 수준이 예상 된다.
4) 콘크리트 외부 탱크에 대한 충수시험(hydrotest)으로 인하여 멤브레인 저장탱크의 증기 누출 빈도에 있어 약간의 감소 효과가 있는 것으로 평가되었다.
결과적으로 개선되지 않은 멤브레인 저장탱크(초기 모델)를 제외하고 예즉된 위험도 수준은 매우 유사해서 각각의 탱크는 동일한 위험도 수준(the same level of risk)을 나타내는 것으로 평가되었다. 이것은 LNG 저장탱크의 실질적인 완전성(integrity}은 탱크의 본질적 안전성(inherent integrity)에 달려 있으며, 이것은 보강재, 채택된 설계여유, 설치된 안전장치 등에 따라 달라진다.
위의 위험성평가 결과를 멤브레인 저장탱크의 기술 보유국에서 동 저장탱크의 안전성 검증을 위해 수행한 다음의 표 2 및 표 3의 평가결과와 비교해 볼 때 유사한 결과가 도출되었음을 알 수 있다.
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