LPG는 사고발생시 사람이나 환경에 치명적인 피해를 가져올 수 있으므로 많은 주의가 필요한 물질이다. LPG는 고정시설 뿐 아니라 운송시설에서도 사고가 빈번하게 발생하며, 그 중 LPG 탱크로리의 사고가 가장 많다. LPG 탱크로리가 운송중 전도되었을 때 LP가스는 2상(two phase) 상태로 누출되어, 대부분 기체로 누출되고 일부분 액체로 누출된다. 이때 누출된 기체도 공기보다 무겁기 때문에 아래로 가라앉게 되고, 누출이 계속된다면 증기운을 형성하여 점화원에 의해 폭발할 수도 있다. 본 연구에서는 LPG 탱크로리의 증기운 폭발 사고 발생시 파편에 대한 영향거리를 분석하여 대피거리를 제시함을 목적으로 한다. 파편의 비산반경 산출 결과, 최대 561m 비산하였다. 따라서 LPG 탱크로리의 누출시 대피하여야 하는 거리는 561 m 이상으로 설정하는 것이 필요하다고 판단된다.
LPG는 사고발생시 사람이나 환경에 치명적인 피해를 가져올 수 있으므로 많은 주의가 필요한 물질이다. LPG는 고정시설 뿐 아니라 운송시설에서도 사고가 빈번하게 발생하며, 그 중 LPG 탱크로리의 사고가 가장 많다. LPG 탱크로리가 운송중 전도되었을 때 LP가스는 2상(two phase) 상태로 누출되어, 대부분 기체로 누출되고 일부분 액체로 누출된다. 이때 누출된 기체도 공기보다 무겁기 때문에 아래로 가라앉게 되고, 누출이 계속된다면 증기운을 형성하여 점화원에 의해 폭발할 수도 있다. 본 연구에서는 LPG 탱크로리의 증기운 폭발 사고 발생시 파편에 대한 영향거리를 분석하여 대피거리를 제시함을 목적으로 한다. 파편의 비산반경 산출 결과, 최대 561m 비산하였다. 따라서 LPG 탱크로리의 누출시 대피하여야 하는 거리는 561 m 이상으로 설정하는 것이 필요하다고 판단된다.
LPG is a substance that requires a lot of attention because it can cause fatal damage to people and environment when an accident occurs. LPG is frequently accidents in transportation facilities as well as fixed facilities, among which LPG tank lorries are the most frequent accidents. When the LPG ta...
LPG is a substance that requires a lot of attention because it can cause fatal damage to people and environment when an accident occurs. LPG is frequently accidents in transportation facilities as well as fixed facilities, among which LPG tank lorries are the most frequent accidents. When the LPG tank is evacuated, the LP gas leaks into two phases, leaks mostly to the gas and leaks to some liquid. At this time, the leaked gas will also sink downward because it is heavier than air, and if it continues to leak, it may form an explosion and explode by the ignition source. The purpose of this study is to present the evacuation distance by analyzing the effect distance of the LPG liquefied petroleum gas in the event of explosion. As a result of calculation of the scattering radius of the fragment, the cylinder fragment was scattered up to 561 m. Therefore, it is appropriate to set the distance to be escaped when the LPG tanker leaks to 561m or more.
LPG is a substance that requires a lot of attention because it can cause fatal damage to people and environment when an accident occurs. LPG is frequently accidents in transportation facilities as well as fixed facilities, among which LPG tank lorries are the most frequent accidents. When the LPG tank is evacuated, the LP gas leaks into two phases, leaks mostly to the gas and leaks to some liquid. At this time, the leaked gas will also sink downward because it is heavier than air, and if it continues to leak, it may form an explosion and explode by the ignition source. The purpose of this study is to present the evacuation distance by analyzing the effect distance of the LPG liquefied petroleum gas in the event of explosion. As a result of calculation of the scattering radius of the fragment, the cylinder fragment was scattered up to 561 m. Therefore, it is appropriate to set the distance to be escaped when the LPG tanker leaks to 561m or more.
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문제 정의
또한 멕시코 시티의 폭발사고에서 볼 수 있듯이, 파편의 모양에 따라 비산거리가 달라지기 때문에 가장 멀리 날아갈 수 있는 파편의 형상을 찾아냄으로 대피거리를 제시할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 LPG 탱크로리의 증기운 폭발 사고 발생시 파편에 대한 영향거리를 파편의 형상에 따라 분석하여 대피거리를 제시함으로써 인명 및 재산 피해를 감소시키기고 한다.
4psi는 철골구조물에 약간 손상을 일으킬 정도의 과압이지만, 20 kg의 쇳덩어리로 설정한 파편에 대해서는 비산에 대한 영향이 미비할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 폭발 중심으로부터 1~10 m까지의 과압에 대한 파편 비산영향을 분석하였다.
가설 설정
따라서 파편의 모양을 달리하여 분석할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 LPG 탱크로리가 전도되어 프로판이 누출되었을 때 증기운을 형성하고 있는 주변에 네 가지 모양의 파편이 존재한다고 가정하였다. 이때 파편은 원기둥형, 구형, 정육면체형, 판형으로 설정하였고, 증기운이 폭발하여 모든 파편이 비산한다고 가정하였다.
본 연구에서는 LPG 탱크로리가 전도되어 프로판이 누출되었을 때 증기운을 형성하고 있는 주변에 네 가지 모양의 파편이 존재한다고 가정하였다. 이때 파편은 원기둥형, 구형, 정육면체형, 판형으로 설정하였고, 증기운이 폭발하여 모든 파편이 비산한다고 가정하였다. 파편의 무게는 모두 동일한 20 kg으로 설정하였고 재질은 일반 강철로 설정하여 7,800 kg/m3의 밀도값을 적용시켰다.
도로를 달리던 중 급 회전으로 인하여 LPG 탱크로리의 전도가 발생하였고, 프로판 가스가 누출되어 증기운이 형성된 후 폭발한 시나리오로 설정하였다. 이때 프로판 누출량은 적재량의 10%로 설정하였고,「액화가스의 안전관리 및 사업법」에 의하여 LPG는 용기의 85%를 초과하지 못하도록 규정되어 있기 때문에 80%가 충전되어 있었다고 가정하였다. 따라서 프로판의 누출량은 1,551 l(19,387 l × 0.
제안 방법
도로를 달리던 중 급 회전으로 인하여 LPG 탱크로리의 전도가 발생하였고, 프로판 가스가 누출되어 증기운이 형성된 후 폭발한 시나리오로 설정하였다. 이때 프로판 누출량은 적재량의 10%로 설정하였고,「액화가스의 안전관리 및 사업법」에 의하여 LPG는 용기의 85%를 초과하지 못하도록 규정되어 있기 때문에 80%가 충전되어 있었다고 가정하였다.
따라서 본 연구에서는 파편의 모양별로 양항비를 설정하였으며, 이때 받음각은 0°, 5°, 10°, 15°로 구분하였다.
본 연구에서는 받음각을 0°, 5°, 10°, 15°로 구분하여 양항비를 산출하였으며, 박리현상을 고려하여 최대 15°까지 분석하였다(Wikipedia, 2017).
이때 파편은 원기둥형, 구형, 정육면체형, 판형으로 설정하였고, 증기운이 폭발하여 모든 파편이 비산한다고 가정하였다. 파편의 무게는 모두 동일한 20 kg으로 설정하였고 재질은 일반 강철로 설정하여 7,800 kg/m3의 밀도값을 적용시켰다. 이때 파편의 부피는 모두 2.
대상 데이터
LPG 탱크로리는 한국가스안전공사의 통계에 의하면 10~20톤의 차량이 가장 많은 것으로 나타났다(한국가스안전공사, 2015). 따라서 사고확률도 10~20톤의 차량이 가장 많이 발생할 수 있기 때문에, 본 연구에서는 연구대상을 차량무게 14톤 탱크로리로 설정하였고 이때 탱크의 유효용량은 10톤이다. 이를 부피의 단위로 나타내면 9,386.
따라서 사고확률도 10~20톤의 차량이 가장 많이 발생할 수 있기 때문에, 본 연구에서는 연구대상을 차량무게 14톤 탱크로리로 설정하였고 이때 탱크의 유효용량은 10톤이다. 이를 부피의 단위로 나타내면 9,386.77 l이며, 내용물은 프로판으로 설정하였다.
성능/효과
1551 l의 프로판이 터졌을 때 과압을 산정한 결과 폭발 중심으로부터 1m일 때 20.25 MPa, 2 m일 때 8.07 MPa, 3 m일 때 4.12 MPa, 10 m일 때 0.332 MPa로 산출되었다. 과압은 관심거리로부터 멀어질수록 급격히 감소하는 것을 알 수 있었고, 과압에 대한 양상은 그림 2에 나타내었다.
1551 l의 프로판이 터졌을 때 과압을 산정한 결과 폭발 중심으로부터 1m일 때 20.25 MPa, 2 m일 때 8.07 MPa, 3 m일 때 4.12 MPa, 10 m일 때 0.332 MPa로 산출되었으며, 파편의 판형파편의초기속도가 400 m/s로 가장 빠르게 나왔다.
결과 원기둥형 파편이 경우 받음각 0°일 때 양항비 5.37로 가장 멀리 비산하였고, 정육면체형 파편은 받음각 15°의 경우 양항비 1.06으로 최대로 비산하였다.
원기둥형 파편의 경우 관심거리 3m에서 최대 비산거리를 나타냈으며, 다른 파편들은 모두 1m일 때 최대 비산거리를 나타내었다. 또한 환산거리 3m부터 10 m까지는 원기둥형 파편이 가장 멀리 비산하였고, 판형, 구형, 정육면체형 순으로 비산되었다.
받음각을 0°, 5°, 10°, 15°로 구분하여 양항비를 산출한 결과, 원기둥형 파편이 경우 받음각 0°일 때 양항비 5.37로 가장 멀리 비산하였고, 정육면체형 파편은 받음각 15°의 경우 양항비 1.06으로 최대로 비산하였다.
연구결과 낮은 폭발압력에서는 양향비 5를 적용시킨 원기둥형 파편이 멀리 비산되고, 본 연구 시나리오의 폭발압력에서는 양항비 1을 적용시킨 정육면체형 파편이 가장 멀리 비산되며, 더 높은 파열압력에서는 양항비 0을 적용시킨 구형파편이 가장 멀리 비산될 것으로 판단된다.
파편의 비산반경 산출 결과 원기둥형 파편은 최대 481 m, 구형 파편은 552 m, 정육면체형 파편은 561 m, 판형 파편은 292 m 비산하였다. 원기둥형 파편의 경우 관심거리 3m에서 최대 비산거리를 나타냈으며, 다른 파편들은 모두 1m일 때 최대 비산거리를 나타내었다.
파편의 초기속도는 식 4에 따라, 폭발당시 힘을 받는 직경이 가장 넓은 판형 파편이 400 m/s로 가장 빠른 것으로 분석되었고, 원기둥형 파편, 구형파편, 정육면체형 파편 순으로 나타났다. 이때 환산 초기속도는 관심거리(폭발 중심으로부터 거리) 1 m일 때 판형 파편 149.
정육면체형 파편이 561 m로 최대로 비산하였다. 현재 시나리오에서 누출된 프로판의 양이 많아 폭발시 최대 과압이 높게 산출되었고, 이로 인해 환산초기속도 또한 높게 산출되었다. 이러한 높은 초기속도에서는 Baker(1983)의 그래프에 따라 낮은 양항비를 가진 파편이 멀리 날아가는 것으로 분석되었다.
후속연구
이러한 사례들로 보아, 전도된 LPG 탱크로리는 누출된 LP가스로 인한 증기운 폭발을 야기시킬 수 있으며, 폭발의 과압으로 인하여 전도된 차량 주변의 파편들이 영향을 받아 비산하여 먼 거리에 있는 다른 차량이나 사람에게 피해를 줄 수 있다고 판단된다. 또한 멕시코 시티의 폭발사고에서 볼 수 있듯이, 파편의 모양에 따라 비산거리가 달라지기 때문에 가장 멀리 날아갈 수 있는 파편의 형상을 찾아냄으로 대피거리를 제시할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 LPG 탱크로리의 증기운 폭발 사고 발생시 파편에 대한 영향거리를 파편의 형상에 따라 분석하여 대피거리를 제시함으로써 인명 및 재산 피해를 감소시키기고 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가장 멀리 날아갈 수 있는 파편의 형상을 찾아냄으로 대피거리를 제시할 수 있는 이유는?
이러한 사례들로 보아, 전도된 LPG 탱크로리는 누출된 LP가스로 인한 증기운 폭발을 야기시킬 수 있으며, 폭발의 과압으로 인하여 전도된 차량 주변의 파편들이 영향을 받아 비산하여 먼 거리에 있는 다른 차량이나 사람에게 피해를 줄 수 있다고 판단된다. 또한 멕시코 시티의 폭발사고에서 볼 수 있듯이, 파편의 모양에 따라 비산거리가 달라지기 때문에 가장 멀리 날아갈 수 있는 파편의 형상을 찾아냄으로 대피거리를 제시할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 LPG 탱크로리의 증기운 폭발 사고 발생시 파편에 대한 영향거리를 파편의 형상에 따라 분석하여 대피거리를 제시함으로써 인명 및 재산 피해를 감소시키기고 한다.
공력이란?
양력과 항력은 항공역학에서 주로 다루는 개념이다. 물체가 공기를 지날 때 공기와 물체는 서로 상호작용하는 힘이 발생하게 되고 이를 공력이라고 한다. 여기서 공력은 양력과 항력을 의미하는데, 양력은 유체의 흐름에 대하여 물체의 표면에서 수직 방향으로 발생하는 힘이다.
본 연구에서는 LPG 탱크로리의 증기운 폭발 사고 발생시 파편에 대한 영향거리를 파편의 형상에 따라 분석하여 대피거리를 제시함으로써 인명 및 재산 피해를 감소시키려는 이유는?
이러한 사례들로 보아, 전도된 LPG 탱크로리는 누출된 LP가스로 인한 증기운 폭발을 야기시킬 수 있으며, 폭발의 과압으로 인하여 전도된 차량 주변의 파편들이 영향을 받아 비산하여 먼 거리에 있는 다른 차량이나 사람에게 피해를 줄 수 있다고 판단된다. 또한 멕시코 시티의 폭발사고에서 볼 수 있듯이, 파편의 모양에 따라 비산거리가 달라지기 때문에 가장 멀리 날아갈 수 있는 파편의 형상을 찾아냄으로 대피거리를 제시할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 LPG 탱크로리의 증기운 폭발 사고 발생시 파편에 대한 영향거리를 파편의 형상에 따라 분석하여 대피거리를 제시함으로써 인명 및 재산 피해를 감소시키기고 한다.
참고문헌 (12)
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KGS (2015), Gas year book for 2015.
KGS (2015), Gas Statistics for 2015.
KOSHA (2003), Serious Industrial Accident Book.
Lee, Su kyung, Young Bum Bae and Jeong Gyu Oh (2006), Consequence Analysis of Gas Explosion in LPG Vessel Retail Store Which is Located around Apartment Complex. 10(3): 48-53.
Moon, Il, Eun Jung Kim, Young Woo Chun, Joong Keun Chae, Young Taek Heo, Jae Deuk Park, and Kwang Hee Lee (2016), Introduction to Chemical Safety. Cheongsong.
Roh, Hong Seung, Yeon Joo Min, Min chul Park, Hong Mo Sung, and Soo Jin Park (2012), A Plan for the National Dangerous Goods Transportation Information System in Korea. The Korea Transport Institute.
Soman, S. R. (2012), Consequence Assessment of Vapor cloud Explosion Involving Hydrogen Release. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2(11).
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