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[국내논문] 고장수목분석법을 이용한 액화천연가스 저장탱크 형식별 위험성 비교 평가
The comparative risk assessment of LNG tank designs using FTA 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.16 no.6, 2012년, pp.48 - 54  

이승림 (한국가스안전공사 가스안전연구원) ,  김한상 (가천대학교 기계.자동차공학과)

초록
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최근 LNG 저장탱크 시장에서는 지상식 멤브레인 LNG 저장탱크의 대용량화 용이성, 친환경성, 내부탱크로부터의 낮은 누출 가능성(완만한 누출속도의 증가) 등의 장점으로 동 탱크의 건설에 대한 적극적인 검토가 이루어지고 있다. 이 논문에서는 고장수목분석법(FTA)을 활용하여 기존의 완전방호식 LNG 저장탱크와의 비교 위험성평가를 통해 멤브레인 LNG 저장탱크의 안전성을 분석하였다. 위험성평가 결과는 추가적인 안전장치를 갖지 않는 초기 멤브레인 LNG 저장탱크를 제외하고 두 형식의 LNG 저장탱크가 매우 유사한 위험수준을 가지는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Building above-ground membrane LNG storage tanks have been recently actively reviewed because they have advantages in ease of large capacity, environmental friendliness, and low possibility of gas leakage of the inner tank (slow increase of leakage speed). In this paper, the safety of membrane LNG s...

Keyword

#LNG 저장탱크   #고장수목분석법   #위험성 평가  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본고에서는 국내에서 건설이 검토되고 있는 지상식 멤브레인 저장탱크와 완전방호식 저장탱크를 대상으로 고장수목분석법(FTA; Fault Tree Analysis)을 이용한 상대적 위험성 비교평가를 통해 멤브레인 탱크의 안전성에 대한 객관적인 데이터를 확보하고자 한다. 고장수목분석법은 사고의 원인이 되는 장치의 이상이나 고장의 다양한 조합 및 작업자 실수 원인을 규명하는 방법으로서 설계 또는 운전단계에 있는 공정위험성평가시 사고의 발생빈도와 예상 사고시나리오를 추정하는데 적용된다.

가설 설정

  • 고장수목분석법은 사고의 원인이 되는 장치의 이상이나 고장의 다양한 조합 및 작업자 실수 원인을 규명하는 방법으로서 설계 또는 운전단계에 있는 공정위험성평가시 사고의 발생빈도와 예상 사고시나리오를 추정하는데 적용된다. 통상 정량적 위험성평가에서는 사고빈도(frequency)와 사고영향(consequency)을 동시에 고려한 위험을 평가하는데, 동 연구에서는 두 형식의 LNG 저장탱크 사고영향은 탱크 용량 및 콘크리트 외부탱크의 형식이 같기 때문에 동일하다고 가정하고 사고빈도 비교를 통해 상대적인 위험을 평가하였다.
  • 외부 LNG 유출은 내부 탱크가 파손되는 것과 외부 콘크리트 탱크가 파손되는 것이 동시에 이루어질 때 가능하며, 단순히 외부탱크의 파손만 있는 경우에는 외부 증기 누출이라는 형태로 사고가 나타나는 것으로 가정하였다. 또한 가장 큰 위험요인은 펌프를 들어 올릴 때 운전자의 실수, 호이스트의 파손 혹은 열차단기(thermal breaker)에서의 강도저하 등으로 펌프가 탱크 바닥으로 떨어지면서 내조에 구멍을 만드는 경우이다.
  • 본 연구는 한국에 이미 건설되어 운전 중인 2 가지 탱크 설계형식, 즉 멤브레인(membrane)식 탱크와 완전방호(full containment)식 탱크를 정량적 위험성 비교평가를 Fault Tree+툴을 사용한 고장수목분석법(FTA, Fault Tree Analysis)을 이용하여 수행하였다. 정량적 위험성평가(QRA, Quantitative Risk Assessment)는 사고빈도분석(Frequency Analysis)과 사고영향분석(CA; Consequence Analysis)의 조합으로 위험을 산출하는데 본 연구에서는 두 가지 형식의 탱크가 모두 거의 동일한 형식의 외부탱크를 가지는 구조로 LNG나 LNG 증기가 외부로 누출되는 시나리오는 같다고 가정하고 고장수목분석법을 통한 사고빈도분석을 통해 비교평가를 실시하였다.
  • 4) 외부 LNG 누출 빈도에서 기타 다른 차이는 매우 작아 두 탱크 간 의미 있는 차이는 없다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
멤브레인 저장탱크의 장점은? 최근 완전방호식 탱크가 주류를 형성하고 있는 LNG 저장탱크 시장에서는 멤브레인 저장탱크의 대용량화 용이성, 친환경성, 내부 탱크의 낮은 누출가능성(완만한 누출속도 증가), 내부 누출의 조기 검지 용이성, 충수시험을 통한 외부 PC 탱크의 높은 신뢰성 등의 장점과 시공 기간의 단축 등으로 인한 높은 경제성으로 한국, 프랑스 및 일본에서 지상식 멤브레인 LNG 저장탱크 건설에 대한 검토가 적극적으로 이루어지고 있다. 이에 따라 이미 프랑스와 일본에서는 멤브레인탱크의 안전성에 대한 연구 및 검토가 1990년대 중반부터 활발하게 이루어지고 있으며, 유럽 표준기구인 CEN에서는 멤브레인 탱크를 완전방호식과 대등한 안전성을 갖는 것으로 인정해 동등한 조건(별도의 방류둑을 건설하지 않는)으로 구매자에 의해 입찰에 붙여지고 있다.
국내에서 건설이 검토되고 있는 지상식 멤브레인 저장탱크와 완전방호식 저장탱크를 대상으로 상대적 위험성 비교평가를 통해 멤브레인 탱크의 안전성에 대한 객관적인 데이터를 확보하고자 한 배경은? 최근 완전방호식 탱크가 주류를 형성하고 있는 LNG 저장탱크 시장에서는 멤브레인 저장탱크의 대용량화 용이성, 친환경성, 내부 탱크의 낮은 누출가능성(완만한 누출속도 증가), 내부 누출의 조기 검지 용이성, 충수시험을 통한 외부 PC 탱크의 높은 신뢰성 등의 장점과 시공 기간의 단축 등으로 인한 높은 경제성으로 한국, 프랑스 및 일본에서 지상식 멤브레인 LNG 저장탱크 건설에 대한 검토가 적극적으로 이루어지고 있다. 이에 따라 이미 프랑스와 일본에서는 멤브레인탱크의 안전성에 대한 연구 및 검토가 1990년대 중반부터 활발하게 이루어지고 있으며, 유럽 표준기구인 CEN에서는 멤브레인 탱크를 완전방호식과 대등한 안전성을 갖는 것으로 인정해 동등한 조건(별도의 방류둑을 건설하지 않는)으로 구매자에 의해 입찰에 붙여지고 있다.
외부 LNG 유출은 언제 가능한가? 외부 LNG 유출은 내부 탱크가 파손되는 것과 외부 콘크리트 탱크가 파손되는 것이 동시에 이루어질 때 가능하며, 단순히 외부탱크의 파손만 있는 경우에는 외부 증기 누출이라는 형태로 사고가 나타나는 것으로 가정하였다. 또한 가장 큰 위험요인은 펌프를 들어 올릴 때 운전자의 실수, 호이스트의 파손 혹은 열차단기(thermal breaker)에서의 강도저하 등으로 펌프가 탱크 바닥으로 떨어지면서 내조에 구멍을 만드는 경우이다.
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참고문헌 (6)

  1. Y.W. Ma, S.R. Lee, K.B.Yoon, "The investigation of accidental case for LNG terminal", KIGAS Vol. 10, No.4, pp.47-51, (2006) 

  2. EN 1473(Installation and equipment for liquefied natural gas - Design of onshore installations), CEN, (1997) 

  3. BS EN 14620-1-5(Design and manufacture of site built, vertical, cylindrical, flat-bottomed steel tanks for the storage of refrigerated, liquefied gases with operating temperatures between $0{^{\circ}C}$ and - $165{^{\circ}C}$ ), CEN, (2006) 

  4. SN Technigaz and AEA Technology, "Quantification and comparison of the risk of LNG storage concepts-membrane and full containment", LNG 12(Perth, Australia), (1998) 

  5. Tokyo Gas Co., Ltd., "Quantitative risk assessment of LNG above-ground tanks based on past operating records of LNG regasification terminals and life cycle assessment", WGC 2003(Tokyo, Japan), (2003) 

  6. S. R. Lee, J. W. Cho, B. K. Kwon, "A study for the safety improvement of above ground membrane LNG storage tanks", KIGAS 2004 fall conference, pp.123-129, (2004) 

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