[논문]감소인자 적용에 따른 고압가스배관의 사고피해영향에 관한 연구

이동혁; 정상용; 고상욱; 김민섭; 고재욱

doi:10.7842/kigas.2012.16.5.1

감소인자 적용에 따른 고압가스배관의 사고피해영향에 관한 연구
A Study on the Accident Consequences of High Pressure Pipelines by Applying Reduction Factors 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.16 no.5, 2012년, pp.1 - 6

이동혁 (광운대학교 화학공학과) , 정상용 (광운대학교 화학공학과) , 고상욱 (광운대학교 화학공학과) , 김민섭 (광운대학교 화학공학과) , 고재욱 (광운대학교 화학공학과)

초록
AI-Helper

한정된 자원과 공간에서 효율을 증가시키기 위해 설비가 고도화와 대형화되는 추세이다. 이에 따라 공정 내에 처리 용량이 증가하여 배관에 흐르는 유체의 유량과 압력 또한 높아지고 있으며 사고의 위험성 또한 높아지고 있다. 특히 고압가스는 누출 가능성이 높으며 누출시 폭발이나 화재로 인한 큰 피해를 줄 수 있다. 이러한 이유로 고압가스배관에 대한 정량적 위험성 평가(Quantitative Risk Assessment) 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만 정량적 위험성 분석시 지형지물 등으로 인한 차폐효과와 같이 사고영향을 감소시키는 요인에 대한 연구는 그다지 이루어지고 있지 않는 실정이다. 따라서 이 연구에서는 고압가스배관에서 발생할 수 있는 사고 유형과 그에 따른 피해를 계산하고 감소인자 적용에 따른 피해 감소효과를 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

It becomes a more and more common practice to build facilities bigger and more integrated in an effort to optimize the process within limited resources and spaces. As the capacity of facilities increases, so does the flow rate and pressure. This in turn leads to a high consequence of accident. Not only are these facilities vulnerable to leakage because of their high pressure, but also subsequent fire and explosion can be threatening. For these reasons, there is an urgent need to come up with solutions to assess and minimize the damage from an accident. The Quantitative Risk Assessment(QRA) is one of the most efficient ways to solve problems on pressurized pipelines. The QRA can be re-enforced by applying reduction factors. In this study various types of accidents in a pressurized pipeline were evaluated. The damage from accidents were computed, then. Finally the reduction factors were very effective to decrease consequences of high pressure pipeline accidents.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

가설 설정

Rupture로 인한 누출량을 계산하기 위해서는 관내 유체의 흐름을 정의하여야 한다. 계산과정은 아래와 같으며 일반적으로 초크흐름과 높은 레이놀즈 수를 가정하였다[6].
TDU는 복사열의 노출시간을 사람의 대피속도와 사고지역에서 차폐물까지의 거리를 기준으로 산정하는 방법이다[8]. 기존의 정량적 위험성 분석에서는 노출시간을 30초로 고정하여 개인적 위험성 분석을 하였으나 HSE에서는 사람의 도피속도를 2.5 m/s로 가정하고 사고지역에서 Shelter까지의 거리를 도심지는 50 m, 도외지는 75 m로 가정하여 노출시간을 산정하여 분석한다[2]. 기존의 Probit에서는 노출시 100% 죽는 복사열의 강도를 35 kW/m²[8]으로 계산하지만 TDU에서는 3200 TDU로 노출시간에 따라 복사열을 계산한다.

제안 방법

CCPS에서 제안하는 Fireball model은 가연성 물질의 질량을 통해 Fireball의 직경, 지속시간, 높이를 계산하며 계산된 높이와 직경을 통해 복사열을 계산한다. 아래의 수식(12), (13), (14), (15)를 통해 Fireball의 직경, 지속시간, 높이를 계산하였다[6].
고압가스배관 사고유형에 대해 각 기관별 규정을 분석한 결과 배관의 Leak와 Rupture, Immediate, Delayed ignition(점화시간 30초 기준)의 형태로 Jet fire와 Fireball을 구분하였으며 누출된 가스의 정체 여부(Space confinement, Release obstructed)에 따라 Flash fire와 VCE(Vapor Cloud Explosion)를 고려하였다. 기관 대부분이 Jet fire와 Fireball을 고려하였고 기존의 위험성 분석에서도 Jet fire를 주로 분석하였으므로 이 연구에서도 고압가스배관에서 발생하는 사고유형으로 Jet fire와 Fireball을 고려하였다.
고압가스배관의 위험성 분석과 감소효과 적용으로 인한 복사열의 피해영향이 감소하는 것을 확인하기 위해 고압가스배관에서 발생할 수 있는 사고유형을 분석하였고 사고 시나리오를 바탕으로 누출량과 복사열을 계산하였다. 여기에 감소인자를 적용하였 고 감소효과별로 피해영향이 감소하는 것을 비교하기 위해 감소효과별 FN-curve와 사망자수를 계산하였다.
그러나 기존의 정량적 위험성 분석은 사고 영향을 산정할 때 감소요인을 고려하지 않아 계산된 결과가 실제 결과보다 상당히 크게 나타날 수 있다. 따라서 이 연구에서는 고압가스배관을 대상으로 사고 유형과 사고 영향을 분석하고 차폐효과, TDU(Thermal Dose Unit)를 적용하여 사고 피해가 감소하는 것을 분석하였다.
복사열의 감소효과를 알아보기 위해 실제 사용되고 있는 고압가스배관을 대상으로 다음의 조건을 적용하여 가스누출 시나리오를 작성하였다. 이 시나리오는 관경이 24 in(61 cm)이고 압력이 2 Mpa인 메탄가스배관이 인구밀도가 높은 지역에서 파열되는 사례로 구체적인 개요는 다음과 같다.
고압가스배관의 위험성 분석과 감소효과 적용으로 인한 복사열의 피해영향이 감소하는 것을 확인하기 위해 고압가스배관에서 발생할 수 있는 사고유형을 분석하였고 사고 시나리오를 바탕으로 누출량과 복사열을 계산하였다. 여기에 감소인자를 적용하였 고 감소효과별로 피해영향이 감소하는 것을 비교하기 위해 감소효과별 FN-curve와 사망자수를 계산하였다. 감소효과 적용에 따른 결과는 아래와 같다.
화염의 길이가 결정되면 대상과 화염 중심 사이의 거리를 구하여 Geometrical view factor를 구하였다.

대상 데이터

차폐효과와 TDU의 적용으로 인한 복사열 감소효과를 FN-curve로 나타내었다. 사고빈도는 EGIG 7th[9]의 데이터를 활용하였다.

이론/모형

사고영향분석을 위해서는 특정 사고로 발생하는 가스의 누출량과 누출량에 따른 복사열을 산정하여야 한다. 누출량과 복사열을 산정하기 위해 일반적으로 가장 많이 사용되는 CCPS(Center for Chemical Process Safety)모델을 사용하였다. 누출량은 배관의 직경, 압력, 온도와 Hole Size에 따라 결정된다.

성능/효과

1. 차폐효과1: 실내, 실외 구분 없이 활동인구에 감소요인 0.14를 적용하였기 때문에 가장 많은 감소효과를 보였으며 적용하지 않은 경우보다 사망자 수가 86%감소하였다.
2. 40 kW/m²이상의 복사열이 미치는 거리는 차폐효과를 고려하지 않고 40 kW/m²이하의 복사열이 미치는 거리의 실내 거주자는 안전하다고 판단.
2. 차폐효과2: 40 kW/m²이하의 복사열이 미치는 구간의 실내 활동자는 안전하다고 판단하기 때문에 가장 적은 감소효과를 보였다.
3. TDU: TDU는 노출시간의 변화에 따라 감소효과가 큰 차이를 보였으며 도외지의 경우 오히려 적용하지 않았을 때보다 사망자 수가 증가하였다. 도심지를 기준으로 TDU를 적용하였을 경우 사망자 수가 63%감소하였다.
감소효과를 적용했을 때 전체적으로 사망자 수가 감소한 것을 알 수 있다. 차폐효과1을 적용했을 경우에는 실내, 실외의 구분없이 감소요인을 적용함으로서 전체적으로 사망자 수가 감소하였다. 차폐효과2를 적용했을 경우에는 40 kW/m²을 기준으로 감소요인을 적용하기 때문에 40 kW/m²이상의 복사열이 미치는 구간은 차폐효과를 적용하지 않은 FN-curve와 동일한 경향을 보였고 40 kW/m²이하의 복사열이 미치는 구간에서 사망자 수가 감소하였다.
차폐효과2를 적용했을 경우에는 40 kW/m²을 기준으로 감소요인을 적용하기 때문에 40 kW/m²이상의 복사열이 미치는 구간은 차폐효과를 적용하지 않은 FN-curve와 동일한 경향을 보였고 40 kW/m²이하의 복사열이 미치는 구간에서 사망자 수가 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	설비가 고도화와 대형화되면서 발생하고 있는 문제점은?	한정된 자원과 공간에서 효율을 증가시키기 위해 설비가 고도화와 대형화되는 추세이다. 이에 따라 공정 내에 처리 용량이 증가하여 배관에 흐르는 유체의 유량과 압력 또한 높아지고 있으며 사고의 위험성 또한 높아지고 있다. 특히 고압가스는 누출 가능성이 높으며 누출시 폭발이나 화재로 인한 큰 피해를 줄 수 있다.
	한정된 자원과 공간에서 효율을 증가시키기 위해 설비가 어떻게 되는 추세인가?	한정된 자원과 공간에서 효율을 증가시키기 위해 설비가 고도화와 대형화되는 추세이다. 이에 따라 공정 내에 처리 용량이 증가하여 배관에 흐르는 유체의 유량과 압력 또한 높아지고 있으며 사고의 위험성 또한 높아지고 있다.
	정량적 위험성 분석이란?	정량적 위험성 분석은 특정대상에서 발생할 수 있는 사고에 대한 피해를 사고 가능성과 사고로 인한 경제적 손실 또는 인명피해를 합산하여 수치화하는 방법으로 여러분야에서 사용되고 있다. 특히 운전압 력이 1 MPa이상인 고압가스배관은 화학공장, 가스시설, 발전소 등 산업전반에 사용되며 인구밀도가 높은 도심지에도 도시가스배관과 같이 매설되어 사용되고 있어 가스안전공사나, 산업안전보건공단과 같은 국가기관에서 지침을 발행하여 관리하고 있는 실정이다.

참고문헌 (9)

IGEM TD2, Application of pipeline risk assessment to proposed developments in the vicinity of high pressure Natural Gas pipelines, 3th, Institution of Gas Engineers and Managers(2008)
PD8010-3, Steel pipelines on land Guide to the application of pipeline risk assessment to proposed developments in the vicinity of major accident hazard pipelines containing flammable Supplement to PD 8010-1, 3th, British Standards(2009)
Hazardous Industry Planning Advisory Paper No6, Harzrd Analysis, 3th, NWS GOVERNMENT(2011)
A.J. Brito, A.T.deAlmeida, "Multi-attribute risk assessment for risk ranking of natural gas pipelines", Reliability Engineering and System Safety, 94, 187-198 (2009)

상세보기
L. V. Aparicio, S. M. Tonelli, "consequence evaluation in buried natural gas pipelines", 2nd Mercosur Congress on Chemical Engineering, (2005)
Guidelines forChemical Process Quantitative Risk Analysis, Center for Chemical Process Safety, 2th, (2000)
PGS3, Guidelines for quantitative risk assessment, gevaarlijke stoffen, (2005)
OGP 434-14.1, Risk Assessment Data Directory, International Association of Oil & Gas Producers, (2010)
7th EGIG-report, Gas pipeline incidents, European Gas Pipeline Incident Data Gruop, (2008)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증