[논문]옥외저장탱크 누출, 폭발 및 화재사고 대응방안에 관한 고찰

이갑규

doi:10.7731/kifse.2016.30.6.048

옥외저장탱크 누출, 폭발 및 화재사고 대응방안에 관한 고찰
The Study on the Countermeasure Plans about Leakage, Explosion and Fire Accidents of Atmospheric Storage Tank 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.30 no.6, 2016년, pp.48 - 56

이갑규 (경상남도 소방본부)

초록
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지난 2014.4.4.(금)14:50, 울산소재 대형 옥외저장탱크에 원유 충전 중 누출사고가 발생하여 사고현장에 긴급구조통제단이 가동됐다. 사고업체, 소방기관 및 유관기관이 지휘소에 모여 대응과 수습방안을 논의한 뒤 전원차단 및 시설작동금지, 가스농도 측정, 유증기 발생 억제, 누출 원유를 타탱크와 공정과정으로 이송, 해양오염 방지조치 등의 협업체계를 구축하여 수습하였다. 이 수습과정에서 유증기 발생방지와 점화원 차단을 가장 중시하여 조치함으로써 사고업체와 소방기관이 가장 우려했던 폭발과 화재사고는 발생하지 않았다. 이에 본 연구는 일반적인 재난의 긴급구조통제단과는 달리 운영해야 할 옥외탱크의 유류 누출, 폭발 및 화재 시의 긴급구조통제단 운영체계개선을 제시하고, 옥외탱크 유류 누출로 인한 폭발과 화재사고로 전이했을 경우를 가정한 방유제 바닥 종류에 따른 화염 확산속도와 연소시간을 실험 비교하였다. 또한, 소방차 포 노즐의 방사각도와 펌프압력에 따른 방사거리와 포의 도포면적을 실험 분석하여, 이후 옥외저장탱크의 유류 누출로 인한 폭발과 화재 시를 대비한 효과적인 현장대응과 수습방안을 제시하는 데 중점을 두었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A crude oil leakage from a large atmospheric storage tank occurred on 4 April 2014 at 14:50 in Ulsan City, while storing the crude oil in the tank. Emergency Rescue Control Group was deployed in the scene. The company, Fire Service Headquarters and associated agencies got together in Command Post (CP) for discussing an effective corresponding strategy. Many solution plans were drafted in the debate such as power down, stopping the facilities, checking the density of inflammable gas, suppressing oil evaporation, moving the leaked crude oil to a nearby tank and a processing plant and avoiding marine pollution. All the solutions were carried out in cooperation with several agencies and partners. The oil leakage accident was successfully settled up within the process of responding, The Fire Service Headquarters and the company thought that the most important thing was the suppression of oil evaporation and the elimination of ignition source. With Fire Service Headquarters and several agencies' every effort, an explosion and a fire didn't occurred in the scene. This study suggest the improvement of the operating system in Emergency Rescue Control Group in case of petroleum leakage, explosion and fire accidents of atmospheric storage tank, different from a ordinary disaster. Assuming that petroleum leakage in atmospheric storage tank develop the explosion and fire accidents, the spreading speed of the flame and the burning time was experimented and compared with each other. Furthermore, this study concentrates on the effective field response plan prepared for the afterward explosion and fire accidents from petroleum leak in a storage tank, with the database experimented and analyzed in accordance with the angle of radiation in the foam nozzle and the pressure of pumping in a fire engine.

주제어

표/그림 (19)

그림 Figure 1. The process of crude oil import and the distillation of petroleum goods.
그림 Figure 2. The structure of accident tank and leak scene.
그림 Figure 3. Operating of emergency rescue control group and responding the leak.
그림 Figure 4. Restoration.
표 Table 1. Responding of Related Agencies
그림 Figure 5. Field response process in case of leakage of atmospheric storage tank.
그림 Figure 6. Field response process in case of leakage, explosion and fire accidents of atmospheric storage tank.
그림 Figure 7. Experiment scene.
그림 Figure 8. Experiment scene.
표 Table 2. Ignition Time and Burning Rate of Kerosene
표 Table 3. Ignition Time and Burning Rate of Diesel
그림 Figure 9. Experiment scene.
표 Table 4. Ignition Time and Burning Rate of Gasoline
그림 Figure 10. 15° Angle of radiation in the foam nozzle.
그림 Figure 11. 30° Angle of radiation in the foam nozzle.
그림 Figure 12. 45° Angle of radiation in the foam nozzle.
표 Table 5. Reach and Coverage Due to Pressure
표 Table 6. Reach and Coverage Due to Pressure
표 Table 7. Reach and Coverage Due to Pressure

AI 본문요약
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문제 정의

대형 유류 탱크 누출사고로 폭발을 동반한 화재 시 진압활동은 유독가스 발생과 증기운 폭발화재 등이 동반되어 일반적 생각이나 이론과는 다른 위험한 상황에서 수습하여야 하므로 시설의 안전운전 및 화기안전작업 등 시스템적인 안전관리로 탱크화재가 발생하지 않도록 예방함이 최우선이다. 본 논문의 주요 실험결과를 바탕으로 다음과 같은 조치를취한다면 옥외 유류 저장탱크 화재 시 보다 효율적으로 화재를 진압할 수 있는 결론을 내릴 수 있다
이 사고를 계기로 옥외탱크저장소를 철저히 점검하여 위험요인을 사전에 제거하고 사고발생 시에는 여러 유관기관이 협업체계를 구축하여 적극적으로 대처하는 것이 사고수습의 최선이자 유일한 방법이라는 것이 확인되었다. 이에 본 연구에서는 옥외탱크 유류 누출, 폭발 및 화재사고 시 긴급구조통제단 운영을 종전과 달리하여야 함을 제시하여 사업장 및 소방기관의 대응능력을 높이는 계기를 만드는 것은 물론, 옥외 탱크에서 누출된 방유제 화재를 가상하여 모형 방유제 내에 모래, 마사토 및 콘크리트를 깔고 등유, 경유 및 휘발유를 누출시켜 화염 확산속도와 연소시간에 대한 실험을 통해 비교하였고, 위험물 화재에 주로 사용되는 포(泡)의 특성을 이해하고자 소방차량 펌프압력과 노즐각도를 변화시켜 포 방사거리와 도포면적을 실험 분석함으로써 옥외탱크 위험물 화재 시에 대비한 효과적인 진압방법을 제시하여 현장대응에 활용할 수 있게 했다.

제안 방법

(주)○○사 원유 누출사고 현장에 긴급구조통제단이 가동되어 사고업체, 소방기관 및 유관기관이 함께 대응과 수습방안을 논의한 뒤 점화원 차단, 유증기 발생 억제, 가스 농도 측정, 누출 원유 타 탱크 이송 및 해양오염 방지 등의 조치로 사고수습을 하였다. Table 1에서 각 기관별 수습활동 내용을 보여 준다.
옥외저장 탱크 주변의 다양한 바닥 환경은 유류 누출 화재 시 각기 다른 화재 양상을 보일 것으로 추측되며, 특히 모래가 많은 바닥과 콘크리트 바닥으로 구성된 바닥은 누출된 기름의 흡수능력에 따라 화재 양상이 상이할 것으로 추측되어 이에 대한 실증 실험이 필요하다고 판단되었다. 따라서 원유 및 유류가 누출되었을 때 다양한 형태의 바닥면을 갖고 있는 환경을 고려하여 각기 다른 종류의 바닥면의 모형을 만들어 실증 실험을 진행하였다.
사고 수습 이후 낙동강유역환경청과 시 ·군청 및 사고업체의 노력으로 토양오염에 대한 산화제 처리 및 개토 등으로 토양을 복구하였다.
3 m)를 제작하여 바닥에는 콘크리트, 모래, 마사토를 차례로 깔아 등유 누출화재에 대한 실험을 하였다. 실험방법은 누출 개시 30초 후 점화봉을 사용하여 불을 붙였고, 탱크 벽에 0.25 m 간격으로 선을 그어 표시하여 연소속도를 측정하였으며, 열화상카메라로 화염의 온도와 형상을 측정하였다. Figure 7(a)에서 등유 유류화재 실험을 준비하는 과정이며, Figure 7(b)에서는 콘크리트, Figure 7(c)에서는 마사토, Figure 7(d)에서는 모래 바닥에 등유를 누출시켜 연소속도와 소요시간을 측정하였다.
따라서 유류화재에는 포 소화약제를 물에 혼합하여 유류화재 표면에 방사하여 질식소화 시키는 방법으로 화재를 진압한다. 이에 소방차량의 펌프압력과 포 노즐의 각도를 달리하면서 포를 방사하여 방사거리와 도포면적을 산출하여 유류화재 시에 적용할 수 있도록 실험을 하였다.

대상 데이터

(수) 15:00 Figure 11에서 Figure 10에서와 같은 포 농도와 포 노즐 및 펌프압력으로 포 방사실험을 하였다. 기상은 기온 1^oC, 습도 29%, 풍속 3 m/s로 북서풍이 불었다. Figure 11에서는 포 노즐의 방사각도를 30^o로 맞춘 후 포 방사한 실험에서는 Table 6에서의 도달거리와 도포면적을 산출하였다.

성능/효과

1) 바닥 재료에 따른 실험결과 옥외탱크의 주변 바닥이 모래로 되어 있을 경우 가장 느린 연소속도를 보여주고 있으므로 가능하면 적당한 두께의 모래로 바닥을 형성하면 누출 시 화재 진압이 보다 수월하여질 것으로 예측된다.
2) 누출된 유류화재 소화 시 포 소화약제를 이용하여 방사할 경우 가장 효과적인 방안은 노즐 방사각도 45^o에서14kg/cm² 압력으로 방사하는 것이 가장 효과적이라고 분석된다.
따라서 실제 유류 화재를 진압할 경우 바람을 등지고 포 방사함이 바람직하나 환경이 허락지 않을 경우 바람의 영향을 고려하여 포를 방사하여야 할 것으로 나타났다. 따라서 포소화약제를 이용하여 방사할 경우 가장 효과적인 방안은 노즐방사각도45^o에서 14kg/cm² 압력으로 방사하는 것이 가장 효과적이라고 분석된다.
(금)14:50, 국내는 물론 세계적으로도 유례가 없는 대형 원유누출사고가 울산에 소재한 (주)○○사에서 발생하였다. 방유제 외부로의 2차적인 누출로 인하여 오염지역은 확대되었고, 누출로 인하여 발생한 가연성 유증기는 폭발의 위험성이 있어 폭발이 발생할 경우는 대형재난으로 전개될 수 있는 위험한 상황이었다. 이 사고를 계기로 옥외탱크저장소를 철저히 점검하여 위험요인을 사전에 제거하고 사고발생 시에는 여러 유관기관이 협업체계를 구축하여 적극적으로 대처하는 것이 사고수습의 최선이자 유일한 방법이라는 것이 확인되었다.
C)의 차이로 최초의 착화시간은 휘발유는 점화봉을 가까이하자마자 착화되어 시간 측정을 할 수 없었으나, 등유와 경유는 착화되는데 각각 32초와 35초의 시간이 소요되어 인화점이 낮을수록 급격히 착화하여 연소확대됨을 알 수 있었다. 실험 당일 기상은 등유와 경유 실험 시는 기온 9^oC, 습도 38%, 풍속 2.5 m/s였고, 휘발유 실험 시는 기온 7^oC, 습도 39%, 풍속 2.8 m/s로 기상 차이가 크지 않아 연소속도와 연소시간에 큰 영향을 미치지 않았을 것으로 보여 진다. 하지만 방유제 바닥이 마사토, 모래 및 콘크리트의 재질에 따라 흡습성이 가장 좋은 모래가 연소속도가 느리고, 연소시간이 길었으며, 흡습성이 가장 낮은 콘크리트의 경우는 연소속도가 가장 빠르고 연소시간도 가장 짧았다.
방유제 외부로의 2차적인 누출로 인하여 오염지역은 확대되었고, 누출로 인하여 발생한 가연성 유증기는 폭발의 위험성이 있어 폭발이 발생할 경우는 대형재난으로 전개될 수 있는 위험한 상황이었다. 이 사고를 계기로 옥외탱크저장소를 철저히 점검하여 위험요인을 사전에 제거하고 사고발생 시에는 여러 유관기관이 협업체계를 구축하여 적극적으로 대처하는 것이 사고수습의 최선이자 유일한 방법이라는 것이 확인되었다. 이에 본 연구에서는 옥외탱크 유류 누출, 폭발 및 화재사고 시 긴급구조통제단 운영을 종전과 달리하여야 함을 제시하여 사업장 및 소방기관의 대응능력을 높이는 계기를 만드는 것은 물론, 옥외 탱크에서 누출된 방유제 화재를 가상하여 모형 방유제 내에 모래, 마사토 및 콘크리트를 깔고 등유, 경유 및 휘발유를 누출시켜 화염 확산속도와 연소시간에 대한 실험을 통해 비교하였고, 위험물 화재에 주로 사용되는 포(泡)의 특성을 이해하고자 소방차량 펌프압력과 노즐각도를 변화시켜 포 방사거리와 도포면적을 실험 분석함으로써 옥외탱크 위험물 화재 시에 대비한 효과적인 진압방법을 제시하여 현장대응에 활용할 수 있게 했다.
8 m/s로 기상 차이가 크지 않아 연소속도와 연소시간에 큰 영향을 미치지 않았을 것으로 보여 진다. 하지만 방유제 바닥이 마사토, 모래 및 콘크리트의 재질에 따라 흡습성이 가장 좋은 모래가 연소속도가 느리고, 연소시간이 길었으며, 흡습성이 가장 낮은 콘크리트의 경우는 연소속도가 가장 빠르고 연소시간도 가장 짧았다. 이 실험결과로 볼 때 방유제 바닥이 모래로 되어 있는 경우 연소속도가 현저히 줄어드는 것이 가장 큰 특징으로 나타났으므로, 옥외탱크 주변 방유제 바닥을 모래로 처리함으로써 연소속도를 현저히 지연시킬 수 있을 것으로 사료된다.
현장에 긴급구조통제단이 설치되었고 사고업체, 소방기관 및 유관기관이 지휘소에 모여 상황판단회의를 한 결과, “석유화학단지 표준대응매뉴얼”에 따라 전문기관 간 협업체계를 구축하여 각 전문분야별로 임무를 수행하는 것이 최선의 사고수습방법으로 채택되었다.

후속연구

3) 옥외에 누출된 유류화재 확대 방지를 위해 모래의 두께가 어느 정도인지 확인하는 실험 및 유류별로 모래 속에 흡수되는 양, 적절한 모래의 두께, 연소속도, 화재성상 및 소화실험을 수행한다면 누출로 인한 화재피해를 감소시킬 수 있다고 사료되므로 이와 관련된 후발 연구를 제안한다.
이는 포 노즐에서 방사된 포가 공기와 혼합되면서 가벼워진 상태의 포 거품이 바람의 순간적인 영향으로 흩날려 펌프압력 증가에도 불구하고 도달거리가 짧아졌으며, 바닥에 미세하게 확산된 포 거품 부분은 제외하여 도포면적을 산출하였기 때문이다. 따라서 실제 유류 화재를 진압할 경우 바람을 등지고 포 방사함이 바람직하나 환경이 허락지 않을 경우 바람의 영향을 고려하여 포를 방사하여야 할 것으로 나타났다. 따라서 포소화약제를 이용하여 방사할 경우 가장 효과적인 방안은 노즐방사각도45^o에서 14kg/cm² 압력으로 방사하는 것이 가장 효과적이라고 분석된다.
옥외저장 탱크 주변의 다양한 바닥 환경은 유류 누출 화재 시 각기 다른 화재 양상을 보일 것으로 추측되며, 특히 모래가 많은 바닥과 콘크리트 바닥으로 구성된 바닥은 누출된 기름의 흡수능력에 따라 화재 양상이 상이할 것으로 추측되어 이에 대한 실증 실험이 필요하다고 판단되었다. 따라서 원유 및 유류가 누출되었을 때 다양한 형태의 바닥면을 갖고 있는 환경을 고려하여 각기 다른 종류의 바닥면의 모형을 만들어 실증 실험을 진행하였다.
하지만 방유제 바닥이 마사토, 모래 및 콘크리트의 재질에 따라 흡습성이 가장 좋은 모래가 연소속도가 느리고, 연소시간이 길었으며, 흡습성이 가장 낮은 콘크리트의 경우는 연소속도가 가장 빠르고 연소시간도 가장 짧았다. 이 실험결과로 볼 때 방유제 바닥이 모래로 되어 있는 경우 연소속도가 현저히 줄어드는 것이 가장 큰 특징으로 나타났으므로, 옥외탱크 주변 방유제 바닥을 모래로 처리함으로써 연소속도를 현저히 지연시킬 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유류 누출 시 긴급구조통제단이 해야할 일은 무엇인가?	유류 누출 시 긴급구조통제단은 유류 이송, 가스측정 및 점화원 관리, 오염관리, 포소화약제 공급, 진공흡수차 및 진공펌프 조달, 고성능화학차 및 무인파괴방수탑차 동원,화학물질 전문가 자문단 운영, 토 · 해양 오염방지 등을 고려한 사고수습 전문팀 구성 · 운영이 필요하다. Figure 5에서 사고대응과 수습활동에 있어 사고업체 관계자는 119신고와 함께 사고현장을 확인한 후 가동 중인 시설의 운전을 신속히 정지하고 관련 시스템을 차단하며, 탱크 내의 유류는 배관으로 타 탱크나 공정과정으로 이송하고, 방유제 밖으로 누출된 유류는 집유구에 진공펌프나 진공흡수차로 펌핑 및 흡입하여 안전한 곳으로 이송하는 전담팀을 운영한다.
	소방차와 진공흡수차의 활동과 크레인으로 대형펌프를 설치하는 작업을 하였지만 폭발로 전이되지 않은 이유는 무엇인가?	또한 소방차와 진공흡수차의 활동과 크레인으로 대형펌프를 설치하는 작업을 하였지만 폭발로 전이되지 않은 것은 소방차로 포를 방사하여 유면을 도포하였기 때문이다. 이는 유면에 도포된 포 거품이 유증기 발생을 억제하였고, 포 거품에서 발생된 수증기는 유증기와 혼합되어 정전기 발생을 억제하였을 것으로 추측된다. 사고 초기 이동식 화장실에는 담배꽁초가 다수 발견되어 사고업체 관계자, 소방대원과 유관기관 대원에게 위험성을 주지시키는 등 엄격한 통제가 요구되었다.
	긴급구조통제단의 소방기관과 유관기관은 어떻게 운영해야하는가?	Figure 5에서 사고대응과 수습활동에 있어 사고업체 관계자는 119신고와 함께 사고현장을 확인한 후 가동 중인 시설의 운전을 신속히 정지하고 관련 시스템을 차단하며, 탱크 내의 유류는 배관으로 타 탱크나 공정과정으로 이송하고, 방유제 밖으로 누출된 유류는 집유구에 진공펌프나 진공흡수차로 펌핑 및 흡입하여 안전한 곳으로 이송하는 전담팀을 운영한다. 긴급구조통제단의 소방기관과 유관기관은 사고업체 와 전문기관으로부터 관련 정보와 기술 자문을 받고, 안전 장구를 필히 착용한 후 가스탐지와 유증기 발생 억제 및 착화방지를 위한 포 방사를 실시하고, 사고업체와 지원기관이 안전하게 유류이송 및 누출 잔유가 제거될 수 있도록 지원하는 체계로 운영한다.

참고문헌 (6)

S-Oil Co, "The Emergency Response Plan for Atmospheric Storage Tank and Staff Mission Planning" (2015).
Ulsan Fire Department, "Chemical Incident Preparedness and Field Correspondence Manuals in Ulsan Petrochemical Complex" (2015).
Ulsan Fire Department, "The Study on the Safety Management of Atmospheric Hazardous Material Storage Tank" (2016).
Gyeongnam Fire Academy, "The Burning Speed Test of Spilled Oil" (2016).
Miryang Firestation, "The Reach and Coverage Test of Foam Discharging Due to Pressure" (2016).
Ulsan Fire Department, "S-Oil Corporation Oil Leakage Whitepaper" (2015).

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].

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