[논문]국내 가스 사고사례 중 NG 및 LPG의 가스 화재.폭발사고 예측시스템 구축에 관한 연구

고재선; 김효

문제 정의

본 논문에서는 도시가스설비들을 효과적으로 관리함으로써 설비를 안정적으로 운영하고 또 이 설비들이 내포한 위험성 및 사고로 인한 공급중단의 가능성과 치명적인 화재 및 폭발의 피해예방을 위하여 체계적이고종합적인 평가기법의 도입을 시도하였다. 특히, 도시가스 시설에서 발생한 화재, 폭발, 누출사고를 데이터베이스화하여 향후 유사한 사고의 발생을 미리 예측할 수있는 프로그램을 제안하여 가스로 인한 화재 및 폭발사고의 안전성 확보방안을 구체 화하였다.
나타났다. 본 논문은 동종사고의유발을 방지하기 위한 Poisson 분포 이론을 접목한 가스사고시 화재 및 폭발사고 예측프로그램을 일관성 있는 기준으로 생성시킴으로써 실제적으로 사용할 수 있는 방법을 제공함을 그 목적으로 하였다. 또한 향후 도시가스 사고 자료에 대한 지속적인 자료의 축적과 관련 인자들을 산출함으로서 사회적 위험성 평가를 위한안전관리정책의 기본방향을 수립하는 기준지표로 이용할 수 있으리라 생각된다.

제안 방법

항목으로 나누어서 적용하였다. 누출의 경우에는 건축공사 등 8개 항목으로 구분하여 고려하였으며, 폭발의 경우에 있어서는 가스배관에 있어서의 마감조치불량 등, 5개 항목으로 또한 화재의 경우에 있어서는 가스배관호스에 있어서 마감조치불량 등 3가지 항목으로분류하여 PDF 및 CDF의 Poisson분포 결과를 계산하였다. 국내 전체 도시가스사고사례 [1, 2] 증 NG와 LPG를분류한 Table 1을 살펴보면 총 537건의 가스사고 중 NG는 355건, LPG는 182건으로 분류되었다.
다음으로는 구축된 데이터베이스를 활용하는단계로서 Poisson분포[3]을 적용하여 특정시간동안 특정사건이 발생했던 평균을 근거로 하여 특정사건의 발생횟수(R)에 대한 확률을 계산함으로써, 가스사고 중같은 유형의 사고의 발생을 예측할 수 있는 프로그램을 작성하였다.
우선 검색단계로서 1991년부터 2001년까지의 가스사고사례[1]에 대하여 구분항목을 세분화하여 데이터베이스하였다. 다음으로는 구축된 데이터베이스를 활용하는단계로서 Poisson분포[3]을 적용하여 특정시간동안 특정사건이 발생했던 평균을 근거로 하여 특정사건의 발생횟수(R)에 대한 확률을 계산함으로써, 가스사고 중같은 유형의 사고의 발생을 예측할 수 있는 프로그램을 작성하였다.
최근 10년간 한국가스안전공사의 사고사례집(1)에 수록된 3, 300여건의 가스사고사례를 분석하여 중요한537개의 사고데이터를 Poisson분포에 적용하기 위하여 3개의 사고유형, 즉 누출, 폭발, 화재로 구분하여 총 16 개 항목으로 나누어서 적용하였다. 누출의 경우에는 건축공사 등 8개 항목으로 구분하여 고려하였으며, 폭발의 경우에 있어서는 가스배관에 있어서의 마감조치불량 등, 5개 항목으로 또한 화재의 경우에 있어서는 가스배관호스에 있어서 마감조치불량 등 3가지 항목으로분류하여 PDF 및 CDF의 Poisson분포 결과를 계산하였다.
평가기법의 도입을 시도하였다. 특히, 도시가스 시설에서 발생한 화재, 폭발, 누출사고를 데이터베이스화하여 향후 유사한 사고의 발생을 미리 예측할 수있는 프로그램을 제안하여 가스로 인한 화재 및 폭발사고의 안전성 확보방안을 구체 화하였다.

성능/효과

또한 LPG가 NG보다 많이 발생한 경우는 마감처리미비-폭발-배관 등 5개 항목으로 나타났다. NG의 경우대형공사에서 많이 발생하는 것으로 사고의 형태로는누출 및 화재에 의한 경우이었으며, LPG의 경우에 있어서는 각 세대의 연료 및 취사에 관계되는 사고가 많이 발생하는 것으로 분석되었고, 사고의 형태로는 화재및 폭발이 주류를 이루는 것으로 분석되었다.
대체적으로 도시가스사고사례보다는 OPS의 5개 항목은 t=5년 안에 동종사고 발생횟수로 50회 이상의 다른 영역대를 형성하고 있음을 알 수 있다. t=5년 안에 외부부식으로 인한 동종사고의 발생횟수는 50회, 시공물질의 결함에 의한 동종사고의 발생횟수는 60회, 내부부식으로는 60회, 외부의 충격으로 인한 동종사고의 발생횟수는 110회, 마지막으로 기타원인에 의한 동종사고의 발생횟수는 100회 정도로 분석되었다.
도시가스사고사례에서 Poisson분포에 적용하기 위해서 검색된 16개 항목을 발생건수, intensity, MTBF별로정량화 한 결과를 살펴보면 발생건수별로는 시공 작업부주의-폭발배관 7건, 배관 연결부 이완 부식-폭발-호스 9건, 배관마감조치불량-폭발배관 22건, 순으로 발생건수가 많아짐을 볼 수 있다. 이에 따라 intensity도 증가함을 볼 수 있지만 반대로 평균고장(사고)간격인 MTBF 값은 줄어들면서 반비례함을 나타내고 있다.
또한 Fig. 5에서 향후 5년 내에 LPG에 의한 가스 폭발사고가 발생할 횟수인 日과 그에 대한 CDF의 관계를 묘사한 것으로 적어도 日이 5회 발생할 횟수에 대응되는 CDF는 0.09로 계산되었고, 적어도 R이 10회 발생할 횟수에 대응되는 CDF는 0.64로 계산되었다.
또한 MTBF의 값이 가장 큰 Ranking 1인 시공 작업부주의-폭발-배관은 동종사고의 발생확률인 PDF 값이 가장큰 반면에 발생횟수인 R 값은 가장 작은 수치를 나타내고 있고, 또한 MTBF의 값이 가장 작은 Ranking 8인마감처리미비-폭발-호스는 발생확률인 PDF 값이 가장작은 반면에 발생횟수인 R 값은 가장 큰 수치를 나타내고 있음을 볼 수 있다(Fig. 8에서 위로부터 A, B, C N, O, P).
또한 전체도시가스 중 LPG만을 PDF가 정점을 갖는 순으로 배열한 Fig. 7에서 G=0.175467인 마감처리미비-화재-호스와 H=0.12568인 감처리미비-폭발-배관, 1=0.081138인 마감처리미비-폭발-호스 순서로 분석되었으며, 관심을 갖는 기간 t=5년으로 고정하였을 때발생횟수 時 마감처리미비-화재-호스는 7회, 마감처리미비-폭발-배관이 10희, 마감처리미비-폭발-호스는 20회로 발생하는 것으로 분석되었다.
분석된 가스사고사례 데이터베이스를 활용하여 Poisson분포에 적용한 결과(t=5년) 사고의 발생횟수가 5 번 이하로 발생하는 항목으로는 시공작업부주의-폭발-배관, 배관 연결부 이완 부식-화재-배관, 배관 연결부이완 부식-폭발-호스 등으로 나타났으며, 같은 기간동안 발생횟수가 10번 이내로 발생할 사건으로는 시공작업부주의-화재-배관, 배관마감조치불량-폭발-배관 등이며, 발생횟수가 10번 이상 발생할 사건으로는 배관마감조치불량-폭발-호스로 나타났다. 본 논문은 동종사고의유발을 방지하기 위한 Poisson 분포 이론을 접목한 가스사고시 화재 및 폭발사고 예측프로그램을 일관성 있는 기준으로 생성시킴으로써 실제적으로 사용할 수 있는 방법을 제공함을 그 목적으로 하였다.
이를 종합하여 볼 때 NG 및 LPG는 PDF 0.18부터 0.08까지 時 6회부터 30회까지 같은 영역대에 골고루 분포되어 있어 국내 가스사례 중 NG 및 LPG의 사고 발생은 유사함을 보여주고 있다(Fig. 8에서 A, B, C, D, E, F는 NG/GHI는 LPG).
국내 전체 도시가스사고사례 [1, 2] 증 NG와 LPG를분류한 Table 1을 살펴보면 총 537건의 가스사고 중 NG는 355건, LPG는 182건으로 분류되었다. 좀더 세밀하게 분석하여 보면 NG가 LPG보다 많이 발생한 항목으로는 건축공사-누출-배관 등 9개 항목으로 분석되었다. 또한 LPG가 NG보다 많이 발생한 경우는 마감처리미비-폭발-배관 등 5개 항목으로 나타났다.

후속연구

그러나 이런 장점도 가스 자체가 갖고 있는 가연성과 폭발성 때문에 부주의하게 다루면 엄청난 인적, 물적 손실을 초래하게 된다. 따라서 도시가스의 소규모 또는 대규모 누출에 의한 화재 및 폭발의 잠재위험성을 줄이기 위해서는 현재까지발생된 가스누출 및 폭발 그리고 화재의 사고사례에 대한 정확한 데이터베이스 구축 및 세밀한 원인조사와 사고 추이 분석에 따른 향후 유사한 사고의 예방시나리오 및 예측프로그램 마련을 위한 구체적인 연구가 수행되어야 한다.
본 논문은 동종사고의유발을 방지하기 위한 Poisson 분포 이론을 접목한 가스사고시 화재 및 폭발사고 예측프로그램을 일관성 있는 기준으로 생성시킴으로써 실제적으로 사용할 수 있는 방법을 제공함을 그 목적으로 하였다. 또한 향후 도시가스 사고 자료에 대한 지속적인 자료의 축적과 관련 인자들을 산출함으로서 사회적 위험성 평가를 위한안전관리정책의 기본방향을 수립하는 기준지표로 이용할 수 있으리라 생각된다.

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