[논문]BLEVE를 고려한 LPG 시설 Siting 분석

김태범; 이경림; 이주희; 정승호; 이건모

doi:10.14346/jkosos.2016.31.2.26

BLEVE를 고려한 LPG 시설 Siting 분석
Analysis of LPG Facility Siting Considering BLEVE 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.31 no.2, 2016년, pp.26 - 32

김태범 (아주대학교 환경안전공학과) , 이경림 (아주대학교 환경안전공학과) , 이주희 (아주대학교 환경안전공학과) , 정승호 (아주대학교 환경안전공학과) , 이건모 (아주대학교 환경안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In previous studies on LPG siting in Korea, the scope have not included the probability of the secondary events of adjacent LPG tanks or structures from an explosion source. Therefore, it is essential to first identify the phenomenon which can be caused by BLEVE and then, properly assess their effects to each target including secondary event. In this study, we calculated the effects from a potential BLEVE of 15 ton LPG tank causing damages of storage tanks (LPG), structures and human using Phast ver. 6.7 and then suggested three risk zones (Zone I, II, III) assuming the consequences such as overpressure, heat radiation and missile effect by fragments. Zone I and II are divided at the line of 50% occurrence of the secondary event. Zone II and III are divided by Individual Risk(IR). The zone approach in this study can be used for more effective and safer Land Use Planning (LUP) for the future.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

따라서 본 연구는 BLEVE로 발생하는 모든 영향들에 대하여 식별하고 그 중, LPG Siting에 고려해야 할 요인들이 무엇인지 분석하려 한다. 최종적으로는 프로판 가스가 저장된 LPG 저장용기를 대상으로 위험성 수준을 분류하여 신뢰성 있는 LPG Siting 지침을 제시하는 것을 연구의 목적으로 한다.
본 연구에서는 BLEVE에 의한 2차 사건발생거리 산정과 구조물 및 사람에 대한 장 내외 영향평가결과를 3가지의 위험 범위로 제시하여 LPG Siting에 도움을 주려 하였다. 도출된 결론을 정리하면 다음과 같다.
본 연구에서는 LPG의 임계점, 지상 폭발, 국외 기준 등을 검토하는 등의 과정으로 실제에 가까운 영향거리를 산출하려 하였다. 하지만 모델링 툴 및 수식으로 계산한 폭발과압의 강도는 보다 정확한 안전거리 정립을 위해 계속적인 비교 연구가 필요하다 판단된다.
따라서 본 연구는 BLEVE로 발생하는 모든 영향들에 대하여 식별하고 그 중, LPG Siting에 고려해야 할 요인들이 무엇인지 분석하려 한다. 최종적으로는 프로판 가스가 저장된 LPG 저장용기를 대상으로 위험성 수준을 분류하여 신뢰성 있는 LPG Siting 지침을 제시하는 것을 연구의 목적으로 한다.

가설 설정

미사일 형태(Oblong end-cap)의 파편 2개 또는 띠 형상 판(Strip) 형태의 파편 1~4개가 생성되는 것을 가정하여 파편 초기 속도와 최대 비행범위를 도출하였다.

제안 방법

BLEVE로 발생할 수 있는 영향은 크게 폭발과압(Overpressure), 복사열(Heat radiation), 파편(Fragment)으로 구분되는데, 본 연구는 DNV-GL 사(社)의 PHAST v6.7의 피해영향분석(Consequence analysis)으로 각 영향 거리를 산출했으며 파편은 선행연구에서 유도된 식들을 검토하여 최적의 것을 적용하였다. 분석은 저장 능력 15,000 kg (내용물: 프로판), 내경 2,500 mm, 동체 길이 5,460 mm, 설계압력 1.
ZoneⅠ은 BLEVE 발생 시 99% 확률로 인근 LPG 저장용기를 파손시키는 거리부터(0 m), 50%의 손상확률 거리까지를 범위로 하여 산정하였다. 이 범위에서 구조물과 사람에 대한 영향은 매우 치명적으로 90% 이상의 구조물 붕괴 가능성과 95% 이상의 사람 사망확률을 보였다.
2%이며 해당 범위를 넘어선 구역은 무시 가능한 위험으로 평가하였다. ZoneⅡ와 Ⅲ의 기준이 되는 개인적 위험도는 위험성 평가의 중요 척도 중 하나로 영국과 네덜란드에서 10^-5/year를 ALARP (As Low As Reasonably Practicable) 최대기준, 10^-6/year을 최소 기준으로 하고 있으며¹³⁾ 본 연구에서도 해당 기준을 적용하여 거리를 산출하였다.
인구 밀집 지역과 유해위험활동 사이의 경계를 설정하여 시민의 안전을 보증하는 방법 중 하나인 이 위험기반 안전범위 설정(Risk-based safety zoning)은 국외 적용 사례를 비추어 보았을 때 국내 시설 배치에 있어서도 가장 적절한 기법이라 사료된다. 따라서 본 연구에서는 그러한 위험 기준을 바탕으로 하여 위험 수준을 세 가지 Zone(ZoneⅠ-Ⅲ)으로 제시하였다. 개인적 위험도 계산에서 BLEVE 발생빈도는 2.
2배인 40 bar를 입력하였다. 또한, LPG 저장용기의 지반으로부터 거리는 일반적으로 1 m 이하이므로 지상 폭발(Ground burst)로 판단하였다.
본 연구는 Jet fire의 영향거리를 LPG 이격거리 설정 기준으로 하고 있는 NFPA 58 및 국내 고압가스 안전관리법과 다르게 BLEVE을 기준으로 위험 수준을 산정하였다. 이는 위험에 대한 사전인지를 넘어서 위험성 평가에 기반을 둔 토지이용계획에 있어서도 그 필요성이 높을 것으로 예상한다.
5배를 적용한다⁶⁾. 본 연구에서는 LPG의 임계점을 감안하여 해당 저장용기의 설계압력의 약 2.2배인 40 bar를 입력하였다. 또한, LPG 저장용기의 지반으로부터 거리는 일반적으로 1 m 이하이므로 지상 폭발(Ground burst)로 판단하였다.
/year 이하인 범위로, 허용 가능한 위험(Acceptable risk)의 최소 기준을 만족하는 구간이다. 이 범위에서 폭발과압에 의한 폐출혈 및 충격에 의한 사망 범위는 복사열과 비교하여 확연히 좁아 복사열만으로 범위를 산정하였다. BLEVE 발생 시 해당 구역 경계점에서 사람의 사망확률은 41.

대상 데이터

7의 피해영향분석(Consequence analysis)으로 각 영향 거리를 산출했으며 파편은 선행연구에서 유도된 식들을 검토하여 최적의 것을 적용하였다. 분석은 저장 능력 15,000 kg (내용물: 프로판), 내경 2,500 mm, 동체 길이 5,460 mm, 설계압력 1.8 MPa의 LPG 저장용기를 대상으로 수행하였다.

이론/모형

개인적 위험도 계산에서 BLEVE 발생빈도는 2.4× 10-5/year로 Lee12)의 연구에서 도출된 값을 적용하여 계산하였다.
파편의 초기 속도는 CCPS 방법 1, 2로, 파편의 범위는 W.E Baker의 Scaled maximal range을 사용하여 계산하였다⁵⁾.
폭발과압이 인근 저장용기, 구조물, 사람에게 미치는 영향과 복사열이 사람에 미치는 영향의 빈도분석을 위해 다음의 확률단위식(Probit equation)과 계수들 (Table 1)을 사용하였다.
이에 따라 복사열의 영향거리 계산 및 폭발과압과의 비교가 필요하다. 화구(Fireball) 모델은 부천 LPG 폭발사고 등을 참고하여 TNO 모델을 적용하였으며 복사열 계산은 지상으로부터 1m를 기준으로 하였다.

성능/효과

Table 5에서 복사열의 확률단위식 결과 값을 보게 되면, 복사열 32.75 kW/m²부터 47.7 kW/m²까지의 구간 동안 사망확률 증가가 40% 이상으로, 약 32.75kW/m²이상부터 급격한 증가를 보인다는 것을 확인하였다.
그 예로 지하 형 저장탱크 설치 등의 예방책과 소방 활동 표준작전절차(SOP) 및 주민 대피 등 비상 대응을 위한 규정 마련이 권장된다. 본 연구의 대상인 15톤 LPG 저장용기를 기준으로 복사열에 의한 2차 사건발생은 낮은 가능성을 보였다. 하지만 ZoneⅠ과 Ⅱ(0 ~ 160 m)의 거리에서 복사열에 의한 구조물 및 사람의 사망확률은 치명적으로 해당 범위내의 다중이용시설의 설치는 지양해야 할 것이며 ZoneⅢ(160 ~ 220 m)에서도 사람에 대한 영향은 일부 존재하였고 목재건물을 대상으로 손상 확률이 있는 것으로 평가되었다.
앞서 도출된 연구결과를 보면 15톤 LPG 저장용기를 대상으로 하였을 때 폭발과압에 의한 탱크파손확률이 50% 내외로 감소되는 거리는 약 50 m로, 해당 거리 내 인근 저장용기의 파손 및 2차 사건발생 가능성은 다소 큰 것을 확인할 수 있었다. 따라서 50 m 이상의 LPG 간 이격거리 설치가 경제성 등 애로사항으로 어려울 경우 각 시설 현황에 맞게 BLEVE 빈도 감소를 위한 예방과 피해 확산 방지를 위한 비상 대응방법을 체계적으로 구축하는 등의 위험성 수준 경감 활동이 필수적이라 사료된다.
ZoneⅠ은 BLEVE 발생 시 99% 확률로 인근 LPG 저장용기를 파손시키는 거리부터(0 m), 50%의 손상확률 거리까지를 범위로 하여 산정하였다. 이 범위에서 구조물과 사람에 대한 영향은 매우 치명적으로 90% 이상의 구조물 붕괴 가능성과 95% 이상의 사람 사망확률을 보였다. 복사열의 경우 15톤 LPG 탱크 기준으로 화구 지속시간이 인근 저장용기 손상을 일으키는데 충분하지 않았으며, 파편 같은 경우 최대 영향범위는 가장 넓었지만 최종 손상확률이 매우 낮았으므로 2차 사건발생 범위 산정에는 폭발과압만 고려하였다.
파편의 도달거리는 미사일 형태 기준 최대 2501.9 m이고 띠 형상 판의 파편이 저장용기 내부 물질의 누출을 야기할 수 있는 최소 거리는 362.56 m에서 561.98 m로 도출되었다. 이러한 파편의 영향거리는 그동안의 선행연구에서도 언급했듯이 다수 과대평가된 부분이 있어 최대 비행거리만으로 위험도를 산정하는 것은 무리가 있다고 판단되며 그에 따라 적중확률을 고려하는 것이 필요하다.
폐출혈에 의한 사망의 가능성은 높은 반면, 충격에 의한 사망확률은 최대 임펄스 값인 31,300.72 Ns/m²에서도 약 11% 미만으로 계산되었다. 여기서 폐출혈로 인한 사망확률은 32 m 이상을 기준으로 급감하여 36 m 정도에서 1% 미만으로 분석되었다.
폭발과압의 강도는 최대허용운전압력인 최대 40 bar에서 점차적으로 감소하게 되는데 약 10 m 정도부터 급감하여 36 m 이후로 1 bar 이하로 내려가게 되는 것으로 분석되었다. 폭발과압의 사람에 대한 영향은 크게 폐출혈과 충격에 의한 사망으로 볼 수 있으며 거리에 따른 영향계산결과는 Table 2와 같다.
본 연구의 대상인 15톤 LPG 저장용기를 기준으로 복사열에 의한 2차 사건발생은 낮은 가능성을 보였다. 하지만 ZoneⅠ과 Ⅱ(0 ~ 160 m)의 거리에서 복사열에 의한 구조물 및 사람의 사망확률은 치명적으로 해당 범위내의 다중이용시설의 설치는 지양해야 할 것이며 ZoneⅢ(160 ~ 220 m)에서도 사람에 대한 영향은 일부 존재하였고 목재건물을 대상으로 손상 확률이 있는 것으로 평가되었다.

후속연구

본 연구에서 최악의 경우(Worst scenario)의 영향범위를 산정하고 위험성 수준에 기반을 두어 범위를 구획한 것은 각 시설별로 적합한 위험 관리 방법을 도출하기 위한 기초자료로써 그 필요성이 높다. 실제 이와 관련한 사례로, 인근 거주자의 개인적 위험도를 초과시키는 유해시설을 조사하여 그 개수를 사전 파악했던 국외 사례가 존재한다¹¹⁾.
앞으로 본 연구를 통한 후속 연구로 LPG 저장용기의 피해 범위 및 영향이 다각적으로 고려된 실용적인 안전거리 기준이 정립되는 것을 기대한다.
본 연구에서는 LPG의 임계점, 지상 폭발, 국외 기준 등을 검토하는 등의 과정으로 실제에 가까운 영향거리를 산출하려 하였다. 하지만 모델링 툴 및 수식으로 계산한 폭발과압의 강도는 보다 정확한 안전거리 정립을 위해 계속적인 비교 연구가 필요하다 판단된다. 이에 거리에 따른 폭발과압의 감쇄 및 모델링 결과와 실제 피해 정도와의 차이를 Roh¹⁶⁾가 일부 밝힌 바 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LPG의 특징은 무엇인가?	LPG는 Mexico city disaster(1984)나 국내 부천 LPG 폭발사고(1998) 등으로 알 수 있듯이 사고 발생 시 치명적인 피해 결과를 야기할 수 있어 각별한 주의가 요구되는 물질이다. 이에 따라, 국내에서는 고압가스 안전 관리법 및 주택 건설 기준 등에 관한 규정으로 이격거리를 지정하고 있지만 15톤 LPG 저장용기 기준으로 탱크 간격이 약 1.
	BLEVE 관련 선행연구들의 한계점은?	이러한 선행연구에서의 안전거리는 구조물 손상 및 사람의 부상을 고려하였으나 타 LPG 저장용기와 그에 대한 2차 피해는 포함하지 않아 LPG Siting에 있어서 한계점을 가진다. 첫 번째 사건의 영향으로 발생 가능한 두 번째 사건들의 위험성 평가는 반드시 이루어져야 한다는 것이 증명된 사례로 중국 텐진항 폭발사고 (2015)가 대표적이다.
	BLEVE로 발생할 수 있는 영향을 어떻게 구분할 수 있는가?	BLEVE로 발생할 수 있는 영향은 크게 폭발과압 (Overpressure), 복사열(Heat radiation), 파편(Fragment)으로 구분되는데, 본 연구는 DNV-GL 사(社)의 PHAST v6.7의 피해영향분석(Consequence analysis)으로 각 영향 거리를 산출했으며 파편은 선행연구에서 유도된 식들을 검토하여 최적의 것을 적용하였다.

참고문헌 (16)

S. H. Leem, "A Study on the Quantitative Analysis for Explosion of LPG Storage Tank", Journal of the Korean Institute of Gas, Vol. 17, No. 3, pp. 1-7, 2013.
S. C. Cha, "A Study on Design Improvement using Quantitative Risk Assessment in Propane Storage Facilities", Doctor thesis, pp. 1-116, 2006.
S. L. Lee, "A Study on the Probability of BLEVE of Above-ground LPG Gas Storage Tanks Exposed to External Fire", Journal of the Korean Institute of Gas, Vol. 7, No. 1, pp. 19-23, 2003.
F. P. Lees, "Loss prevention in the Process Industries: Hazard Identification Assessment and Control", Butterworths, Vol. 1, Third edition, pp. 10/15, 1980.
Center for Chemical Process Safety (CCPS), "Guidelines for Vapor Cloud Explosion, Pressure Vessel Burst, BLEVE and Flash Fire Hazards", Second edition, pp. 232-310, 2010.
P. A. M. Uijt de Haag, B. J. M. Ale, "Guidelines for quantitative Risk Assessment (Purple book)", Ministry of Netherlands, pp. 4.45, 2005.
V. Cozzani, "The Quantitative Assessment of Domino Effects Caused by Overpressure Part I. Probit Models", Journal of Hazardous Materials, Vol. 107, No. 3, pp. 76, 2004.
V. Cozzani, "Escalation Thresholds in the Assessment of Domino Accidental Events", Journal of Hazardous Materials, Vol. 129, No. 1-3, pp. 5-6, 2005.
V. Cozzani, "A Simplified Model for the Assessment of the Impact Probability of Fragments", Journal of Hazardous Materials, Vol. 116, No. 3, pp. 184, 2004.
P. L. Holden and A. B. Reeves, "Fragment Hazards from Failures of Pressured Liquefied Gas Vessels", IChemE Symposium Series, Vol. 93, pp. 208-209, 1985.
P. H. Bottelberghs, "Risk Analysis and Safety Policy Developments in the Netherlands", Journal of Hazardous Materials, Vol. 71, No. 1-3, pp. 68-73, 2000.
J. H. Lee, "Accidental Frequency Variations on the Capabilities of Safety Devices Installed in the LPG Refuelling Stations", Theories and Applications of Chem. Eng, Vol. 12, No. 1, pp. 1150-1151, 2006.
J. LaChance, "Analyses to Support Development of Risk-Informed Separation Distances for Hydrogen Codes and Standards", pp. 48, 2009.
J. K. Yoon, "Discussions on the Cause of Bucheon LPG Station Accident", Journal of the Korea Institute for Industrial Safety, Vol. 16, No. 3, pp. 32, 2001.
S. H. Leem, "A Study on the Optimal Installation Technology of LPG Storage Tank through Taguchi Method", Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 25, No. 6, pp. 99, 2010.
S. K. Roh, "A Study on Damage Effect from Major Accident of LPG Charging Facility - A case study of an LPG Charging and Automotive Outlet ", Korean Security Science Review, No. 2, pp. 93, 1999.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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

BLEVE를 고려한 LPG 시설 Siting 분석
Analysis of LPG Facility Siting Considering BLEVE 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (16)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

BLEVE를 고려한 LPG 시설 Siting 분석 Analysis of LPG Facility Siting Considering BLEVE 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (16)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

정승호 (16) 이건모 (15)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

BLEVE를 고려한 LPG 시설 Siting 분석
Analysis of LPG Facility Siting Considering BLEVE 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper