본 연구에서는 배관누출에 의한 가스 폭발사고에서 누출 시나리오 선정방법과 사고결과 분석방법을 제시하고자 하였다. 이를 위해 온도, 압력, 누출물질 등 다양한 누출조건에서 누출속도, 장치피해영역 및 상해영역을 산출하고, 비교 분석하였다. 그 결과, 산출방법에 따라 사고 결과값이 다소 차이가 있었으나 파열인 경우에 최대값을 가지며, 이로부터 최악의 사고피해를 예측할 수 있었다. 그리고 누출공의 크기는 임의로 선정하기보다는 고장률을 고려한 가중평균법으로 사고피해를 예측하는 것이 바람직하다고 판단되었다.
본 연구에서는 배관누출에 의한 가스 폭발사고에서 누출 시나리오 선정방법과 사고결과 분석방법을 제시하고자 하였다. 이를 위해 온도, 압력, 누출물질 등 다양한 누출조건에서 누출속도, 장치피해영역 및 상해영역을 산출하고, 비교 분석하였다. 그 결과, 산출방법에 따라 사고 결과값이 다소 차이가 있었으나 파열인 경우에 최대값을 가지며, 이로부터 최악의 사고피해를 예측할 수 있었다. 그리고 누출공의 크기는 임의로 선정하기보다는 고장률을 고려한 가중평균법으로 사고피해를 예측하는 것이 바람직하다고 판단되었다.
In this study, we tried to propose a selection method of release scenarios and a method of consequence analysis at a gas explosion by pipe release. Thus, release rates, damage areas of the facilities, and fatality areas were estimated and analyzed at various release conditions(temperature, pressure,...
In this study, we tried to propose a selection method of release scenarios and a method of consequence analysis at a gas explosion by pipe release. Thus, release rates, damage areas of the facilities, and fatality areas were estimated and analyzed at various release conditions(temperature, pressure, release material, etc). As a results, we could conclude that the rupture was the worst case of release scenarios, and at release rates and damage areas were better estimated by the weighted average method considering a generic failure frequency of the release hole than by an arbitrary selection of the release hole.
In this study, we tried to propose a selection method of release scenarios and a method of consequence analysis at a gas explosion by pipe release. Thus, release rates, damage areas of the facilities, and fatality areas were estimated and analyzed at various release conditions(temperature, pressure, release material, etc). As a results, we could conclude that the rupture was the worst case of release scenarios, and at release rates and damage areas were better estimated by the weighted average method considering a generic failure frequency of the release hole than by an arbitrary selection of the release hole.
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문제 정의
본 연구에서는 객관적이고, 현실성 있는 누출 시나리오 선정방법을 제시하고, 이를 바탕으로 배관에서 가스 폭발사고의 영향을 분석하여 현실성 있는 사고결과 분석 방법을 제시하고자 하였다. 이를 위해 가연성 가스가 배관에서 다양한 누출조건(온도, 압력, 누출물질 등)으로 누출되어 폭발사고가 발생하는 경우에 일반적인 사고 결과 분석 (consequence analysis, CA) 방법 [1], 즉 누출 원 모델에 의해 누출속도 또는 누출량을 산출하고, TNT 당량모델에 의해 피해범위를 산출하는 방법과 미국석유협회(API)에서 제시된 위험기반검사(risk basedinspection) 절차인 API-581 절차[2]에 의한 방법을 사용하여 누출속도(또는 누출량)와 사고 피해영역을 산출하고, 비교 .
가설 설정
사용하였다. 그리고 누출유형은 순간누출 또는 연속누출 중의 하나로 선택하였으며, 특히 3분 이내에 10, 000 lbm 미만이 누출되는 경우에는 순간누출로 가정하고, 직경이 1/4 in 이하의 누출공에서 누출은 연속누출로 가정하였다[2].
과압이 형성되는 거리를 산출하였다. 이때, 폭발계수는 1로, 그리고 피해지역은 원으로 가정하고, 피해 거리(반경)로부터 피해면적을 산출하였다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 CA 방법과 APL581 절차에 의한 산출방법에서 누출공의 크기는 API-581 절차에서 제시된 4가지 표준 구멍크기, 즉 누출공 직경이 배관직경보다 작거나 같으면 1/4, 1, 4 in 및 파열을 사용하였다. 그리고 누출유형은 순간누출 또는 연속누출 중의 하나로 선택하였으며, 특히 3분 이내에 10, 000 lbm 미만이 누출되는 경우에는 순간누출로 가정하고, 직경이 1/4 in 이하의 누출공에서 누출은 연속누출로 가정하였다[2].
배관누출로 인한 가스 폭발사고의 영향을 평가하기 위하여 Fig. 5와 같이 API-581 절차에 의한 방법과 CA 에 의한 방법을 1 inch 배관과 C1-C2 유체인 경우에 대하여 장치피해크기를 비교하였다. 3.
본 연구에서는 가연성 가스가 배관에서 누출되어 증기운 폭발사고가 발생하는 경우 누출원모델로부터 순간 또는 연속 누출량을 산출하고, 증기 운 폭발모델로부터 사고결과인 과압(overpressure)을 사용하여 장치 피해영역과 상해영역을 산출하였다.
본 연구에서는 가연성 가스의 배관누출에 의한 폭발사고에서 API-581 절차와 일반적인 사고결과 분석 방법을 사용하여 누출속도, 장치피해영역, 및 상해영역을 산출하였다. 그 결과, 누출속도, 장치피해영역 및 상해영역은 온도에 크게 민감하지 않으나, 압력이 증가할수록, 그리고 배관직경이 증가할수록 증가하였다.
제시하고자 하였다. 이를 위해 가연성 가스가 배관에서 다양한 누출조건(온도, 압력, 누출물질 등)으로 누출되어 폭발사고가 발생하는 경우에 일반적인 사고 결과 분석 (consequence analysis, CA) 방법 [1], 즉 누출 원 모델에 의해 누출속도 또는 누출량을 산출하고, TNT 당량모델에 의해 피해범위를 산출하는 방법과 미국석유협회(API)에서 제시된 위험기반검사(risk basedinspection) 절차인 API-581 절차[2]에 의한 방법을 사용하여 누출속도(또는 누출량)와 사고 피해영역을 산출하고, 비교 . 분석하였다.
인적피해（사망）가 발생할 수 있는 영역, 즉 상해영역 은 폭발과압이 1 psig인 경우를 기준으로 산출하고, 이를 비교 • 분석하였다
성능/효과
5와 같이 API-581 절차에 의한 방법과 CA 에 의한 방법을 1 inch 배관과 C1-C2 유체인 경우에 대하여 장치피해크기를 비교하였다. 3.1 절의 결과와 같이 온도의 감소, 누출공 직경의 증가, 그리고 운전압력의 증가에 따라 누출속도가 증가되었기 때문에 장치 피해영역은 증가되었다. 그러나 누출속도는 API-581 절차에 의해 산출한 경우가 CA 방법에서보다 크게 나타났으나, 장치피해영역은 CA에 의한 방법이 크게 나타났다.
그 결과, 누출속도, 장치피해영역 및 상해영역은 온도에 크게 민감하지 않으나, 압력이 증가할수록, 그리고 배관직경이 증가할수록 증가하였다. 또한 산출 방법에 따라 사고결과값이 다소 차이가 있었으나 파열인 경우에 최대값을 가지며, 이로부터 최악의 사고피해를 예측할 수 있었다.
1 절의 결과와 같이 온도의 감소, 누출공 직경의 증가, 그리고 운전압력의 증가에 따라 누출속도가 증가되었기 때문에 장치 피해영역은 증가되었다. 그러나 누출속도는 API-581 절차에 의해 산출한 경우가 CA 방법에서보다 크게 나타났으나, 장치피해영역은 CA에 의한 방법이 크게 나타났다. 또한 가중평균에 의한 장치피해영역도 CA에 의한 방법에서 다소 크게 나타났는데, 이것은 API-581 절차에 의해 피해영역을 산출하는 방법은 경험적으로 얻어진 식, Y = aXb을 사용하여 피해영역, Y를 산출하지만, CA 방법은 폭발사고에 대해 TNT 당량모델을 적용하여 과압에 따른 환산거리에 의해 실제 장치피해가 일어나는 거리를 산출하고, 이를 원으로 가정하여 면적을 산출하기 때문으로 보인다.
또한 산출 방법에 따라 사고결과값이 다소 차이가 있었으나 파열인 경우에 최대값을 가지며, 이로부터 최악의 사고피해를 예측할 수 있었다. 그리고 사고결과 분석에서 사용하는 누출공 크기는 임의로 선정하기 보다는 API-581 절차에 의한 방법, 즉 고장률을 고려한 가중평균법으로 사고피해를 예측하는 것이 바람직하다고 판단되었다.
그리고 누출속도는 압력이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 API-581 절차에 의해 산출한 누출속도가 CA 방법에서 보다 다소 크게 나타났으며, 압력이 높을수록 두 방법에서의 누출속도 차이가 감소하였다. 특히, 식 (5)에 의해 산출한 가중평균누줄속도는 누줄공의 크기가 0.
8은 1 inch 배관에서 C1-C2 유체에 대하여 누출에 따른 상해영역을 나타낸 것으로, 장치피해영역의 변화경향과 매우 유사하게 나타났으며, 과압기준이 5 I psig에서 1 psig로 낮아졌기 때문에 장치피해영역 보다 약 2배 이상 증가하였다. 또한 CA 방법으로 산출한 상 - 해영역은 API-581 절차에 의한 방법보다 약 7배 이상 크게 나타났으며, 이와 같은 경향은 가중평균에 의한 상해영역에서도 거의 동일하였다.
6배 정도 크게 나타났다. 또한 가중평균에 의한 장치피해영역은 API-581 절차에 의한 방법이 CA 방법에서보다 다소 크지만 비슷하게 나타났는데, 이것은 1 inch 누출 공에서 고장 발생 빈도가 지배적이었기 때문에 피해크기가 적어서 차이가 많이 나지 않지만, 배관직경이 증가할수록-차이가 다소 증가하였다.
그 결과, 누출속도, 장치피해영역 및 상해영역은 온도에 크게 민감하지 않으나, 압력이 증가할수록, 그리고 배관직경이 증가할수록 증가하였다. 또한 산출 방법에 따라 사고결과값이 다소 차이가 있었으나 파열인 경우에 최대값을 가지며, 이로부터 최악의 사고피해를 예측할 수 있었다. 그리고 사고결과 분석에서 사용하는 누출공 크기는 임의로 선정하기 보다는 API-581 절차에 의한 방법, 즉 고장률을 고려한 가중평균법으로 사고피해를 예측하는 것이 바람직하다고 판단되었다.
이상의 결과와 같이 사고결과, 즉 누출속도, 장치 피해영역 및 상해영역은 최악의 누출시나리오, 즉 파열인 경우에 최대값을 가지며, 최악의 누출 시나리오를 제외한 경우에는 사고발생 가능성을 고려한 가중평균법으로 사고피해를 예측하는 것이 현실적으로 가장 바람직한 방법으로 볼 수 있다.
5에서와 같이 산출방법에 따라 결과값은 다소 차이가 있다. 즉, 2 inch 직경의 누출공에서는 CA에 의한 산출 값이 API-581 절차에 의한 값보다 다소 큰 값을 나타내었으나 4 inch 직경의 누출공에서는 API-581 절차에 의해 산출한 값이 CA에 의한 산출값보다 약 1.6배 정도 크게 나타났다. 또한 가중평균에 의한 장치피해영역은 API-581 절차에 의한 방법이 CA 방법에서보다 다소 크지만 비슷하게 나타났는데, 이것은 1 inch 누출 공에서 고장 발생 빈도가 지배적이었기 때문에 피해크기가 적어서 차이가 많이 나지 않지만, 배관직경이 증가할수록-차이가 다소 증가하였다.
9는 4 inch 배관에서 C1~C2 유체의 누출로 인 : 한 상해영역을 나타낸 것으로, 상해영역의 변화 경향은 I 1 inch 배관에서와 유사하였다. 특히, 배관직경이 4배로 증가할 때 상해영역은 API-581 절차에 의한 경우 약 - 15배, CA 방법에 의한 경우 약 5배 이상 증가하였고, 가중평균에 의한 상해영역은 CA 방법에서 약 4배 정도 큰 값을 나타내었다.
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