폭발하중 이력 특성에 따른 판 구조물의 동적응답 평가 - Part A: 폭발하중 특징 및 재하속도의 영향 분석 - Dynamic Response of Plate Structure Subject to the Characteristics of Explosion Load Profiles - Part A: Analysis for the Explosion Load Characteristics and the Effect of Explosion Loading Rate on Structural Response -원문보기
가스 생산용 해양플랜트 설비에서 발생할 수 있는 폭발사고의 경우, 구조 시스템의 기하학적 특성이나, 바람, 가스 누출율 등과 같은 환경적 조건에 의해 피해 규모의 범위가 상당하다. 따라서 폭발파에 의한 구조 부재의 응답을 분석하기 위해서는 이러한 조건들을 고려한 가스폭발수치해석 과정이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 FPSO 탑사이드의 형상 및 장비 배치와 같은 세부적인 부분까지 고려하여 폭발해석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 획득한 하중 이력들의 특성을 분석하였다. 또한 다양한 형태로 나타나는 폭발하중 이력들 중 구조물 손상에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 최대 압력과 지속시간들을 고려하여 유한요소해석 시 하중조건으로 적용한 후, 부재의 응답특성에 관한 분석을 수행하였다. 유한요소해석 모델은 실제 구조물에 적용이 가능하고, 복잡한 형상을 이상화한 단 자유도 및 다 자유도 모델을 사용하였다. 정 압력 및 부 압력단계의 최대 압력이 증가함에 따라 구조 부재의 최대 응답이 증가하였고, 부 압단계에서 하중 지속시간이 증가함에 따라 구조물의 최대 변위가 증가는 경향을 보였다.
가스 생산용 해양플랜트 설비에서 발생할 수 있는 폭발사고의 경우, 구조 시스템의 기하학적 특성이나, 바람, 가스 누출율 등과 같은 환경적 조건에 의해 피해 규모의 범위가 상당하다. 따라서 폭발파에 의한 구조 부재의 응답을 분석하기 위해서는 이러한 조건들을 고려한 가스폭발 수치해석 과정이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 FPSO 탑사이드의 형상 및 장비 배치와 같은 세부적인 부분까지 고려하여 폭발해석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 획득한 하중 이력들의 특성을 분석하였다. 또한 다양한 형태로 나타나는 폭발하중 이력들 중 구조물 손상에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 최대 압력과 지속시간들을 고려하여 유한요소해석 시 하중조건으로 적용한 후, 부재의 응답특성에 관한 분석을 수행하였다. 유한요소해석 모델은 실제 구조물에 적용이 가능하고, 복잡한 형상을 이상화한 단 자유도 및 다 자유도 모델을 사용하였다. 정 압력 및 부 압력단계의 최대 압력이 증가함에 따라 구조 부재의 최대 응답이 증가하였고, 부 압단계에서 하중 지속시간이 증가함에 따라 구조물의 최대 변위가 증가는 경향을 보였다.
The gas explosions in offshore installations are known to be very severe according to its geometry and environmental conditions such as leak locations and wind directions, and a dynamic response of structures due to blast loads depends on the load profile. Therefore, a parametric study has to be con...
The gas explosions in offshore installations are known to be very severe according to its geometry and environmental conditions such as leak locations and wind directions, and a dynamic response of structures due to blast loads depends on the load profile. Therefore, a parametric study has to be conducted to investigate the effects of the dynamic response of structural members subjected to various types of load shapes. To do so, a series of CFD analyses was performed using a full-scale FPSO topside model including detail parts of pipes and equipments, and the time history data of the blast loads at monitor points and panels were obtained by the analyses. In this paper, we focus on a structural dynamic response subjected to blast loads changing the magnitude of positive/negative phase pressure and time duration. From the results of linear/nonlinear transient analyses using single degree of freedom(SDOF) and multi-degree-of freedom(MDOF) systems, it was observed that dynamic responses of structures were significantly influenced by the magnitude of positive and negative phase pressures and negative time duration.
The gas explosions in offshore installations are known to be very severe according to its geometry and environmental conditions such as leak locations and wind directions, and a dynamic response of structures due to blast loads depends on the load profile. Therefore, a parametric study has to be conducted to investigate the effects of the dynamic response of structural members subjected to various types of load shapes. To do so, a series of CFD analyses was performed using a full-scale FPSO topside model including detail parts of pipes and equipments, and the time history data of the blast loads at monitor points and panels were obtained by the analyses. In this paper, we focus on a structural dynamic response subjected to blast loads changing the magnitude of positive/negative phase pressure and time duration. From the results of linear/nonlinear transient analyses using single degree of freedom(SDOF) and multi-degree-of freedom(MDOF) systems, it was observed that dynamic responses of structures were significantly influenced by the magnitude of positive and negative phase pressures and negative time duration.
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문제 정의
폭발하중 이력에서 재하속도가 크다는 것은 동일한 시간대에서 더 높은 압력까지 상승하거나 동일한 압력 수준까지 더 빠른 시간 내에 도달한다는 것을 의미하므로 구조부재의 동적응답에 직접적인 영향을 미친다고 할 수 있다. 따라서 재하속도에 따른 구조부재의 응답 평가가 필수적으로 요구되므로, 본 연구에서는 최대 하중의 크기가 동일하고 재하속도가 다른 세 가지 형태의 하중 모델에 대한 변위 응답특성을 분석하였다. Fig.
본 연구에서 가스 폭발하중 이력을 획득하기 위해 사용한 FLACS의 경우 가연성 가스의 확산 및 폭발해석을 위한 전용 CFD 도구이며, 주로 해양 및 화학공정 관련 구조물의 위험성 평가도구로 사용되고 있다(Gexcon, 2009). 본 연구에서는 FPSO topside에서의 폭발 시나리오를 고려한 가스 확산 및 폭발해석을 수행하였다. Table 1에 제시한 시나리오에 따라 폭발파가 생성되며, 대상 구조물 내에서 사방으로 전파되어 계측되게 된다.
따라서 공진 회피 설계는 구조 건전성을 확보하기 위해 필수적으로 고려되는 항목이며, 공진 회피를 위해 질량이나 강성 값 등을 조절하여 설계를 변경한다. 본 연구에서는 고유 진동수를 찾고 해당 모드에서 폭발하중에 의한 구조 시스템의 응답을 분석하기 위해 모드해석을 수행하였다. 다 자유도 시스템의 경우 집중 질량으로 표현된 절점의 수에 따라 모드 수가 결정되는데 wall과 같이 구조물의 동적응답이 단순한 형태에서는 1차 모드를 포함한 저차 모드들이 더 중요하게 고려된다.
앞 절에서 최대 저항력 대비 정 압력 단계의 최대 압력이 커짐에 따라 단 자유도 시스템의 최대 응답 또한 더 커지는 것을 확인하였다. 본 절에서는 부 압력 단계의 최대 압력 크기에 따른 단 자유도 시스템의 최대 변위 응답특성에 관한 분석을 수행하였다. Fig.
또한 폭발압력 산정에 주로 사용된 소프트웨어 중 ConWep의 경우 구조물의 형상특성이 반영되지 않는다. 이러한 부분들을 보완하기 위하여, 본 연구에서는 FLACS를 사용하여 대상 구조물의 세부적인 기하학 특성을 면밀히 반영하고 다양한 폭발환경 변수들을 고려하여 총 720가지의 폭발해석을 수행하였다. 또한 구조부재의 기하학적 특성에 따른 폭발 압 크기 및 부 압력 단계의 영향력을 분석하고 이를 반영한 부재들의 거동 특성을 평가하였다.
제안 방법
본 연구에서는 폭발하중에 의한 구조부재의 거동 특성 경향을 분석하기 위해 실제 구조물에 적용이 가능하며, 빠른 해석 시간과 지배적인 변위거동에 대해 근사적인 분석이 용이한 이유로 구조적으로 단순화된 형상에 폭발하중을 적용하였다. Fig. 5에 나타낸 것과 같이 절점과 집중 질량으로 표현된 단 자유도 및 다 자유도계에 폭발하중 이력을 적용하였으며, 각각의 변위 응답 특성을 분석하였다. 이러한 방법은 해당 부재 변위 응답의 정량적 분석에서는 신뢰도가 낮을 수 있지만, 전체적인 변위 경향의 특성을 정성적으로 분석하는데 있어서는 유용하게 사용될 수 있다.
또한 전체 시간 영역에서 단 자유도 시스템의 최대 응답은 재하속도의 영향을 상당히 받는다는 것을 알 수 있다. Fig. 8에 나타낸 것과 같이 재하속도(Tr)는 최대 압력에 도달하는데 걸리는 시간을 의미하며, 전체 하중 지속 시간(Td) 과 재하속도의 비(Tr)가 0, 0.5, 1의 세 가지 형태로 구분 하여 구조해석의 하중조건으로 적용하였다. 또한 폭발하중과 같은 동적하중에 의한 구조물의 응답의 경우 하중 지속시간과 구조물의 고유 주기의 비에 따라 준정적, 동적, 충격영역으로 구분되는데, 본 연구에서는 동적 영역을 나타내는 범위 (0.
6은 감쇠를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 변위 응답특성을 나타낸다. 감쇠 비는 조선용 강재로 주로 사용되는 steel의 경우 2%로 적용하였으며 감쇠를 고려하지 않은 경우와 비교하였다. Fig.
본 연구에서는 가스 폭발에 의한 구조부재의 거동특성을 분석하기 위해 FLACS를 이용하여 폭발해석을 수행하고, 이를 통해 획득한 폭발하중 이력 특성을 분석하였다. 그 결과가스 폭발하중 이력 중 부 압력단계가 상당부분 포함되어 있다는 것을 확인하였으며, 기하학적 특성과 폭발영향 인자에 따른 정/부 압력 단계의 최대 하중에 대한 분석을 수행하였다. 또한 이러한 하중이력을 결정짓는 재하속도, 최대 부압 및 최대 정압의 비를 조정하여 단 자유도계 및 다 자유도계의 집중 질량으로 표현된 유한요소 모델에 적용한 후 지배적인 거동 특성에 대한 분석을 수행하였다.
3은 기하학적 위치와 가스구름 부피에 따른 폭발 최대 압력의 정량적 결과를 나타낸다. 그림에 나타낸 것과 같이 blast wall, deck에 분포된 패널에서 계측된 폭발파의 최대 압력을 비교하였으며, 가스 구름 부피가 최대 압력 크기에 미치는 영향을 효과적으로 분석하기 위해 정규화된 최대 압력 값을 사용하였다. Fig.
이러한 방법은 해당 부재 변위 응답의 정량적 분석에서는 신뢰도가 낮을 수 있지만, 전체적인 변위 경향의 특성을 정성적으로 분석하는데 있어서는 유용하게 사용될 수 있다. 다 자유도 시스템의경우 그림에서 나타낸 것과 같이 실제 방화벽의 FE모델을 이상화하여 사용하였다. 이러한 구조 시스템의 일반화된 운동방정식은 식 (1)과 같이 표현할 수 있다.
그러므로 가스 폭발에 의한 구조 부재의 거동 평가 시 부 압력 단계를 반드시 고려해야만 하는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 부 압력 단계를 포함한 하중 모델을 적용하였다.
이때 모듈 내에 등 간격으로 분포된 공극의 점을 투과하면서 압력파의 하중이력이 계측되게 되는데, 전파방향에 놓여있는 구조물들에 의해 반사된 압력 파와 진로 방향 그대로 투과하게 되는 압력파 등 다양한 형태의 폭발파가 계측되게 된다. 또한 blast wall과 deck의 경우 Fig. 1에 나타낸 것과 같이 일정 간격으로 패널을 분포하여 각 패널에서 계측된 압력파의 초과압력 또한 계측하였다.
이러한 부분들을 보완하기 위하여, 본 연구에서는 FLACS를 사용하여 대상 구조물의 세부적인 기하학 특성을 면밀히 반영하고 다양한 폭발환경 변수들을 고려하여 총 720가지의 폭발해석을 수행하였다. 또한 구조부재의 기하학적 특성에 따른 폭발 압 크기 및 부 압력 단계의 영향력을 분석하고 이를 반영한 부재들의 거동 특성을 평가하였다.
그 결과가스 폭발하중 이력 중 부 압력단계가 상당부분 포함되어 있다는 것을 확인하였으며, 기하학적 특성과 폭발영향 인자에 따른 정/부 압력 단계의 최대 하중에 대한 분석을 수행하였다. 또한 이러한 하중이력을 결정짓는 재하속도, 최대 부압 및 최대 정압의 비를 조정하여 단 자유도계 및 다 자유도계의 집중 질량으로 표현된 유한요소 모델에 적용한 후 지배적인 거동 특성에 대한 분석을 수행하였다. 재하속도의 경우, 구조 부재의 변위 응답에 직접적인 영향을 미치는데, 정 압력 단계에서는 재하속도가 클수록 최대 변위가 더 높게 측정되었다.
또한 폭발하중과 같은 동적하중에 의한 구조물의 응답의 경우 하중 지속시간과 구조물의 고유 주기의 비에 따라 준정적, 동적, 충격영역으로 구분되는데, 본 연구에서는 동적 영역을 나타내는 범위 (0.1< Td/Tn <10)를 고려하였다.
6참조). 또한, 본 연구에서는 실제 해양플랜트 가동 환경에서 발생 가능한 진동 수 영역 (1~50hz)을 고려하였으며, 단 자유도 시스템의 고유주기의 변화에 따라 동일한 폭발하중 이력에 의한 최대 변위 응답특성의 변화에 대한 분석을 수행하였다. Fig.
본 연구에서는 폭발 에너지를 나타내는 가스 구름의 부피, 점화 위치, 가스 구름의 위치 등에 따라 총 720가지의 폭발환경 해석 시나리오를 고려하였다. 본 연구에서 사용된 폭발가스의 크기는 가스 농도 상 한계(UFL)와 가스농도 하한계(LFL)내에서 폭발 가능성이 있는 곳에 equivalent cloud을 배치하였으며, 점화 위치는 확률 기반 접근법에 따라 6가지 경우를 고려하여 equivalent cloud 안에서 점화가 일어나는 폭발 시나리오를 결정하였다(Olave, 2013). 점화 위치 중 same as cloud position은 점화 위치가 가스 발생 위치와 동일한 경우를 의미한다.
본 연구에서는 가스 폭발에 의한 구조부재의 거동특성을 분석하기 위해 FLACS를 이용하여 폭발해석을 수행하고, 이를 통해 획득한 폭발하중 이력 특성을 분석하였다. 그 결과가스 폭발하중 이력 중 부 압력단계가 상당부분 포함되어 있다는 것을 확인하였으며, 기하학적 특성과 폭발영향 인자에 따른 정/부 압력 단계의 최대 하중에 대한 분석을 수행하였다.
이 때 고려되는 변수들의 정량적인 양에 따라 결과 값의 신뢰도에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에 가능한 한 다양한 시나리오를 고려한 해석 및 결과 분석이 요구된다. 본 연구에서는 폭발 에너지를 나타내는 가스 구름의 부피, 점화 위치, 가스 구름의 위치 등에 따라 총 720가지의 폭발환경 해석 시나리오를 고려하였다. 본 연구에서 사용된 폭발가스의 크기는 가스 농도 상 한계(UFL)와 가스농도 하한계(LFL)내에서 폭발 가능성이 있는 곳에 equivalent cloud을 배치하였으며, 점화 위치는 확률 기반 접근법에 따라 6가지 경우를 고려하여 equivalent cloud 안에서 점화가 일어나는 폭발 시나리오를 결정하였다(Olave, 2013).
본 연구에서는 폭발하중에 의한 구조부재의 거동 특성 경향을 분석하기 위해 실제 구조물에 적용이 가능하며, 빠른 해석 시간과 지배적인 변위거동에 대해 근사적인 분석이 용이한 이유로 구조적으로 단순화된 형상에 폭발하중을 적용하였다. Fig.
다 자유도 시스템의 경우 집중 질량으로 표현된 절점의 수에 따라 모드 수가 결정되는데 wall과 같이 구조물의 동적응답이 단순한 형태에서는 1차 모드를 포함한 저차 모드들이 더 중요하게 고려된다. 이러한 요인으로본 연구에서도 구조물의 주 모드인 1차 모드를 고려하여 다 자유도 시스템의 변위 응답을 분석하였다.
대상 데이터
이는 폭발하중의 매우 짧은 지속시간에 의해 소산되는 에너지가 작기 때문이다(Chopra, 2007). 따라서 본 연구에서는 폭발하중에 의한 동적응답 거동 평가에서 감쇠의 영향이 미미하다고 판단하여 무 감쇠 단 자유도 시스템을 해석 대상으로 삼았다. 무 감쇠 단 자유도 시스템의 운동방정식은 식 (2)와 같은 식으로 나타낼 수 있다.
이론/모형
이러한 구조 시스템의 일반화된 운동방정식은 식 (1)과 같이 표현할 수 있다. 적용한 하중의 형태는 폭발하중에 의한 구조부재의 변위 거동을 정성적으로 평가하기 위해 주로 사용되는 삼각형 형태의 단순화 모델을 적용하였으며 앞 절에서 언급한 바와 같이 부 압력 단계를 포함하여 고려하였다(Fig. 6참조). 또한, 본 연구에서는 실제 해양플랜트 가동 환경에서 발생 가능한 진동 수 영역 (1~50hz)을 고려하였으며, 단 자유도 시스템의 고유주기의 변화에 따라 동일한 폭발하중 이력에 의한 최대 변위 응답특성의 변화에 대한 분석을 수행하였다.
성능/효과
그림에 나타낸 것과 같이 blast wall, deck에 분포된 패널에서 계측된 폭발파의 최대 압력을 비교하였으며, 가스 구름 부피가 최대 압력 크기에 미치는 영향을 효과적으로 분석하기 위해 정규화된 최대 압력 값을 사용하였다. Fig. 3에서 알 수 있듯이 가스 구름 부피가 증가함에 따라 panel에서 계측된 최대 압력의 경우 지속적으로 상승하였으며 특정 가스 구름 부피(2479m3) 이상 인 경우에 상승폭이 더 증가하는 것이 관측되었다. 하지만 drag pressure의 경우 가스 구름 부피와 최대 압력 크기의 관계가 panel pressure와 유사한 경향이 나타나지 않았는데, drag pressure은 deck위의 기둥 형상의 지지대나, 수직 형 압력용기와 같이 폭발파가 작용하는 단면이 상대적으로 작은 부재들 주위에서 계측된 압력으로서, 폭발파가 작용하는 단면 적이 작기 때문에 폭발원의 규모가 증가하더라도 대상 부재에 작용하는 폭발파는 상대적으로 단면의 영향을 덜 받게 되기 때문에 이러한 경향이 나타난 것으로 사료된다(Bjerketvedt, 1997).
또한 동적영역을 나타내는 구간(0.1< Td/Tn <10) 에서는 최대 저항력에 비해 최대 압력이 더 작은 경우에도 Td/Tn의 특정 값 이후로도 최대 변위가 크게 증가하는 경향을 보였다.
이는 부 압력 단계의 급격한 상승은 정 압력 단계에 의한 초기 변형 발생 후 변형 지속성을 더욱 둔화시키기 때문에 나타난 결과로 사료된다. 본 해석 결과로부터 재하속도가 구조물의 동적응답에 미치는 영향은각 구간별(정압/부압)로 다르며, 이는 폭발하중 모델에서 중요한 변수로 작용할 수 있을 것으로 판단된다.
각 구간에서 최대 부압이 가장 큰 경우, Ⅰ영역에서는 가장 작은 변위가 발생하였으나 지속시간과 고유주기 비의 값이 1에 가까워짐에 따라 점점 최대 변위가 증가하였다. 이러한 결과를 바탕으로 폭발하중에 의한 구조 부재의 변위 양상은 폭발하중 이력의 지속시간과 해당 구조물의 고유진동수의 비에 따라 서로 다른 영향으로 작용할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 폭발사고 영향력을 받을 수 있는 구조부재에 대한 방폭 설계 시, 시나리오별 발생 가능한 폭발파의 하중 지속 시간과 대상 부재의 고유 주기를 파악하여 이들 사이의 관계에 따른 동적응답 특성에 대한 분석이 세부적으로 필요하다.
하지만 부 압력 단계에서의 재하속도 효과는 정압력 단계의 재하속도 차이에 의한 부재의 변형 응답 특성과 대조적으로 나타났다. 이와 같이 본 연구에서 수행한 폭발하중 이력 특성에 따른 구조부재의 지배적인 거동 특성 분석을 통해 각 구간 별 최대 압력 및 하중 지속시간과 대상 물의 고유주기와의 관계에 따라 구조 변형 및 손상에 미치는 영향이 다르게 나타날 수 있다는 것을 알 수 있었다. 특히, 부 압력 단계의 크기 및 하중 지속시간 조정에 따른 변위응답 특성을 분석해 본 결과 부 압력의 하중이 증가함에 따라 Td/ Tn이 1에 가까울수록 구조 부재의 최대 변위 또한 증가하였고, 하중 지속시간의 경우도 지속시간이 증가함에 따라 구조물의 최대 변위가 증가는 경향을 보였다.
또한 이러한 하중이력을 결정짓는 재하속도, 최대 부압 및 최대 정압의 비를 조정하여 단 자유도계 및 다 자유도계의 집중 질량으로 표현된 유한요소 모델에 적용한 후 지배적인 거동 특성에 대한 분석을 수행하였다. 재하속도의 경우, 구조 부재의 변위 응답에 직접적인 영향을 미치는데, 정 압력 단계에서는 재하속도가 클수록 최대 변위가 더 높게 측정되었다. 또한 동적영역을 나타내는 구간(0.
이와 같이 본 연구에서 수행한 폭발하중 이력 특성에 따른 구조부재의 지배적인 거동 특성 분석을 통해 각 구간 별 최대 압력 및 하중 지속시간과 대상 물의 고유주기와의 관계에 따라 구조 변형 및 손상에 미치는 영향이 다르게 나타날 수 있다는 것을 알 수 있었다. 특히, 부 압력 단계의 크기 및 하중 지속시간 조정에 따른 변위응답 특성을 분석해 본 결과 부 압력의 하중이 증가함에 따라 Td/ Tn이 1에 가까울수록 구조 부재의 최대 변위 또한 증가하였고, 하중 지속시간의 경우도 지속시간이 증가함에 따라 구조물의 최대 변위가 증가는 경향을 보였다. 이는 폭발하중의 총 하중 및 지속시간이 구조 부재의 거동에 미치는 큰 영향이 크다는 것을 의미한다.
그림에서 알 수 있듯이 상대적으로 가스 구름 부피가 작은 경우에는 최대 부압이 최대 정압과 거의 유사한 크기로 계측되었다. 폭발규모가 커짐에 따라 최대 평균 정압의 경우 지속적 으로 상승하고, 최대 평균 부압은 상승 폭이 적어 최대 평균 정압과의 격차가 점점 더 커졌지만, 가장 격차가 크게 난 5314m3의 가스 구름 부피에서도 최대 평균 정압의 1/4 이상의 크기의 평균부압이 계측되었다는 것을 알 수 있다. 또한, 일반적으로 부 압력 단계가 정 압력 단계에 비해 더 긴 지속시간을 가진다고 알려져 있다(Yang, 2013).
일반적으로 폭발하중 이력에서 부 압력 단계는 정 압력 단계의 최대 압력에 비해 그 크기가 작으므로 구조물 손상에 미치는 영향이 작다고 판단하여 폭발하중을 대비한 설계과정에서 고려되지 않는다(Jo, 2014). 하지만 본 연구에서 수행한 폭발해석을 통해 획득한 하중이력들을 분석해 본 결과 부 압력 단계의 최대 압력이 정 압력 단계에 비해 미미한 것은 맞지만 무시할 수 있을 정도의 미세한 정도의 크기는 아니라는 것을 알 수 있었다. Fig.
후속연구
이는 폭발하중의 총 하중 및 지속시간이 구조 부재의 거동에 미치는 큰 영향이 크다는 것을 의미한다. 따라서 폭발하중 지속시간에 대한 분석과 구조부재의 고유주기와의 상관관계에 따른 세밀한 분석이 추후 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가스 생산용 해양 구조물에서 폭발 사고가 발생할 경우 더욱 위험한 이유는 무엇인가?
이 사고 이후, 해양구조물 발주처의 안전에 대한 관심도가 더욱 높아졌으며 근래에 제작되는 해양구조물의 경우 폭발하중에 대한 구조물의 건전성 평가가 필수적으로 요구되어 진다. 특히 가스 생산용 해양 구조물의 경우 연쇄 폭발로 이어질 수 있는 인화성 물질들을 다량 함유하고 있기 때문에 훨씬 더 위험한 상황이 연출될 수 있다. 이러한 폭발사고를 예방하는 방법에는 사고 발생 전과 후로 나누어, 폭발원인이 되는 요소를 원천 봉쇄하거나, 사고가 발생 한 후 그 피해를 최소화하는 방법이 있다.
폭발의 압력파 형태는 무엇에 영향을 받는가?
폭발은 근원이 되는 물질의 종류와 형태, 점화 위치, 폭발 파가 퍼져나가는 공간의 기하학적 특성 등에 따라 다양한 형태의 압력파가 발생되어 발산하게 된다. 최근 조선해양 산업에서는 고도의 기술력을 바탕으로 해양구조물의 기능 수행을 위한 설계 및 제작에 있어서는 기술적 문제가 적지만, 가동 환경에서 운용 중 발생할 수 있는 하중 요소들에 의한 파손이나 구조적 거동을 평가하기 위한 기술개발은 아직 미흡한 실정이다.
가동 환경에서 운용 중 발생할 수 있는 하중 요소들에 의한 파손 중 폭발의 영향을 예측하기 어려운 이유는 무엇인가?
최근 조선해양 산업에서는 고도의 기술력을 바탕으로 해양구조물의 기능 수행을 위한 설계 및 제작에 있어서는 기술적 문제가 적지만, 가동 환경에서 운용 중 발생할 수 있는 하중 요소들에 의한 파손이나 구조적 거동을 평가하기 위한 기술개발은 아직 미흡한 실정이다. 특히 폭발과 같은 사고 하중의 경우 원인이 되는 물질이나 환경 등에 따라 규모에 차이가 있으므로 사고 발생 후, 그 영향을 정확히 예측하는데 한계가 있다. 2010년 멕시코만에서 발생한 딥워터호라이즌호 사고는 심해 유정 내부에서 고압의 메탄가스의 급격한 분출로 인해 일어난 폭발사고로, 폭발사고에 의한 구조물 손상과 관련된 피해뿐만 아니라, 사고 후 유출된 원유로 인해 해양 생태계에 치명적인 피해를 입혔으며, 복구비용으로 천문학적인 액수가 투입되었다 (Norazahar, 2014).
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