[논문]LPG 판매소에서 가스 폭발이 주위 아파트에 미치는 영향 평가

이수경; 배용범; 오정규

LPG 판매소에서 가스 폭발이 주위 아파트에 미치는 영향 평가
Consequence Analysis of Gas Explosion in LPG Vessel Retail Store Which is Located around Apartment Complex 원문보기

이수경 (서울 산업대학교 안전공학과) , 배용범 (서울 산업대학교 안전공학과) , 오정규 (서울 산업대학교 안전공학과)

본 연구에서는 LPG용기를 취급판매 하는 소매상점에의 화재 및 폭발 상황시 인근 아파트 단지에 얼마나 영향을 주는지에 관한 피해 분석을 하였다. 위험성 평가는 피해분석과 빈도분석으로 이루어지는데 여기서는 피해분석에 중점을 두고 수행하였다. 피해분석을 위하여 두 개의 최악시나리오를 Event Tree Analysis를 통하여 선정하였다. 선정된 시나리오를 바탕으로 W equivalent Method와 컴퓨터 모델링을 통하여 과압과 비산정도를 예측하였다. 이를 바탕으로 소매상점으로부터 거리별 영향분석을 실시하여 폭발사고 발생시 실제 얼마만큼의 위험 영향이 미치는지를 정량적 분석으로 표현하였다.

In case of fire and explosion which resulted from LP gas release of LPG vessel retail store, the populated area such as apartment complex is supposed to be damaged either partially or totally. To estimate the damage of LP gas explosion, we conducted quantitative risk analysis procedure as has been recommended by AIChE/CCPS. For incident scenario selection, event tree analysis was proposed. TNT equivalent method, SAFER Trace v.8.0 and probit model were also used for consequence analysis. The various methods and analyses which were performed in this study are presented with the effect zones in the layout.

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문제 정의

최고층이 2층인 상가건물의 1층에 위치한 LPG 용기 판매소에서 LPG 누출에 의한 폭발 또는 화재가 발생할 시에 주위의 아파트에 얼마만큼의 피해 영향을 치는 가를 수치화, 시각화하여 그 위험성을 정량적으로 분석하여 아파트의 안전성을 평가하는데 그 목적이 있다. LPG 용기 판매소부터 LPG(LiqueHed Petroleum Gas) 누출로 인한 폭발 및 화재가 아파트단지에 미치는 인적, 물질적 피해분석 및 안전성을 평가한다.

가설 설정

프로판의 경우 7? 는 5%이고, 가연성가스의 누출 질량 은 40 kg으로 가정한다.
각각 10 m, 20 m, 30 m에서 과압 및 충격파를 추정하였다. 용기 폭발압력은 551 bar이며, 5개의 LPGG용기 가 동시에 가열 그 후 폭발한다고 가정하고 1187인 LPG 용기를 5개 사용하였다. 폭발 후의 최종 압력은 대 기압과 같다고 하였다.
우리나라의 LPG의 수요는 주로 산업용, 도시가스 및 화학연료로 사용되고 있으며 그 공급경로는 정유회사 또는 LPG 수입회사가 연안선, 탱크로리, 배관을 통하여 벌크로 공급되나, 가정. 상업용은 대부분 용기충전 소(容器充塡所: Bottling or Cylinder filling)에서 이동식 소형용기에 충전된 다음 판매점을 통하여 수요자에게 배달되고, 또 수송용은 자동차 충전소(Auto gas station)에서 직접 자동차에 실린 용기에 충전된다.
프로판의 경우 虎 5%이고, 가연성가스의 누출 질량 은 150 kg으로 가정한다.

제안 방법

최고층이 2층인 상가건물의 1층에 위치한 LPG 용기 판매소에서 LPG 누출에 의한 폭발 또는 화재가 발생할 시에 주위의 아파트에 얼마만큼의 피해 영향을 치는 가를 수치화, 시각화하여 그 위험성을 정량적으로 분석하여 아파트의 안전성을 평가하는데 그 목적이 있다. LPG 용기 판매소부터 LPG(LiqueHed Petroleum Gas) 누출로 인한 폭발 및 화재가 아파트단지에 미치는 인적, 물질적 피해분석 및 안전성을 평가한다.
각각 10 m, 20 m, 30 m에서 과압 및 충격파를 추정하였다. 용기 폭발압력은 551 bar이며, 5개의 LPGG용기 가 동시에 가열 그 후 폭발한다고 가정하고 1187인 LPG 용기를 5개 사용하였다.
증기운 폭발사고를 시나리오로 한 LPG 판매소의 안전성 평가는 LPG의 40 kg 누출 시와 150 kg 누출 시 두 가지의 증기운 형성 시나리오를 가지고 실시하였다. 각각의 경우에 대하여 증기운 폭발로 인한 영향 범위와 강도를 TNT equivalent 방식과 Safer Trace program을 이용하여 얻을 수 있었다.
용기 폭발의 주된 피해요인은 과압, 충격파와 파편의 결과이다. 그러므로 각각의 거리에서 AIChE/CCPS에서 2000년도에 제안한 방법을 이용하여 과압, 충격파와 파편의 위치를 계산하였다.
용기 폭발을 시나리오로 한 안전성 평가는 LPG 용기 5개가 동시 가열되어 용기 폭발을 일으키는 경우의 Baker가 제안한 방법 [2] 과 SAFER Trace program을 이용하여 피해 범위 및 강도를 예측하였다.
증기운 폭발사고를 시나리오로 한 LPG 판매소의 안전성 평가는 LPG의 40 kg 누출 시와 150 kg 누출 시 두 가지의 증기운 형성 시나리오를 가지고 실시하였다. 각각의 경우에 대하여 증기운 폭발로 인한 영향 범위와 강도를 TNT equivalent 방식과 Safer Trace program을 이용하여 얻을 수 있었다.

대상 데이터

LPG 가스용기 판매소는 최고층이 2층인 상가건물의 1층에 위치해 있다. 판매소는 전방으로 8 m 도로에 접해있으며 후방으로는 2.873 m 떨어진 곳에 최고층이 7층인 오피스텔이 있다. LPG 가스용기 판매소 양쪽에는 식당과 창고가 각각 있다.

이론/모형

피해 결과 분석을 위해 아래 수식 (1) 의 TNT equivalent 1血也＜ 2] 와 컴퓨터 모델링(SAFER Trace v.8)을 사용하였다.

성능/효과

, 40 kg 누출 시 계산 결과 10m에서 뇌출혈 사망은 1% 이하이고 고막파열은 86% 정도가 발생된다. 20 m 이상에서는 뇌출혈 사망은 없고 고막파열은 20 m에서는 11%, 30 m에 서는 11%, 40 m에서는 1% 이하로 발생된다.
150 kg의 누출 용기 폭발 시에는 계산 결과 10 m에서 뇌출혈 사망은 1% 이하이고 고막파열은 94% 정도가 발생된다. 20m 이상에서는 뇌출혈 사망은 없고 고막 파열은 20m에서는 29%, 30이에서는 1%, 40m에서는 1% 이하로 발생된다.
Simulation 결과는 약 8m 두께의 15.8 kPa, 5m 두 께정도의 6.9 kPa, 25 m 정도 두께의 2.1 kPa의 과압이 형성되었다(반경 기준). 40 kg 누출 시 보다는 강력한 과 압이 생성됨을 볼 수 있다.
TNT equivalent 방식에 의한 결과는 40 kg의 경우 증 기운 폭발 시(VCE) 증기 운으로부터터 10 m 떨어진 곳에서 짐 실은 화물차의 전파, 20m에서는 빌딩 강철 Frame을 약간 휨, 30m 떨어진 곳에서는 벽이나 지붕 등의 부분적 파손, 증기 운으로부터터 40m 거리에서는 크고 작은 창의 부서짐 현상이 일어났다.
용기 폭 발의 경우 빌딩이 전파되는 97 kPa 정도의 과압이 발생한다. 또한 LPG 40 kg 누출 시 반경 10 m내 거주 인구 의 85%가 고막파열을 일으킬 수 있으며, 150 kg 누출 시는 거주 인구의 97%가 폐출혈을 일으킬 수 있는 것으로 추정되었다. 오피스빌딩을 포함한 반경 20m 내에서는 각각의 40kg, 150kg LPG 누출이 폭발에 의한 과압과 비산물의 영향으로 심각한 인명피해를 예상할 수 있었으나, Fig.
밀폐된 LPG 판매소 내에서 용기 폭발이 발생하였으므로 자체 판매소의 건 물적인 제한과 오피스건물의 방호벽의 역할에 의해 과압 피해는 아파트에 영향을 미치지 못한다. 모델링에 의한 결과 폭발사고에서 10m 전후에서는 계산한 과압이 모델링에 의한 결과보다 상당히 높게 나타났으며 나머지 범위에서는 비슷한 과압 결과를 얻었다.
또한 LPG 40 kg 누출 시 반경 10 m내 거주 인구 의 85%가 고막파열을 일으킬 수 있으며, 150 kg 누출 시는 거주 인구의 97%가 폐출혈을 일으킬 수 있는 것으로 추정되었다. 오피스빌딩을 포함한 반경 20m 내에서는 각각의 40kg, 150kg LPG 누출이 폭발에 의한 과압과 비산물의 영향으로 심각한 인명피해를 예상할 수 있었으나, Fig. 11에서와 같이 LPG판매소 주위의 오피스 빌딩의 현존 때문에 실제 과 압 혹은 비산물에 의한 아파트 단지에 미치는 영향은 미비하다고 예상할 수 있었다.

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