내부 부상형 저장탱크(IFRT) 화재·폭발사고 원인 분석: OO송유관공사 저유소 화재·폭발사건을 중심으로 Analysis of Cause of Fire and Explosion in Internal Floating Roof Tank: Focusing on Fire and Explosion Accidents at the OO Oil Pipeline Corporation원문보기
본 연구는 옥외저장탱크에서 발생한 화재·폭발사고의 근본적인 사례분석을 통해 저장탱크의 안전을 유지할 목적으로 수행되었다. 이 사고는 저장탱크 야드에 사업장 외에서 날아온 풍등이 저장탱크 주변 잔디에 떨어지며 발생한 잔재 화재가 서서히 확산되어 탱크 내부의 유증기와 만나 폭발·화재로 이어진 사고였다. 사고의 원인을 밝혀내기 위하여 CCTV영상분석을 통한 대기확산 조건 도출, 전산유체역학을 이용한 풍향 분석, 플러팅 루프가 최저 위치일 때의 탱크 내부 유증기 발생량, 최고 위치일 때의 탱크 내부 유증기 거동을 통하여 저장탱크의 폭발이 일어난 원인을 밝혀내어 저장탱크의 레벨을 내부부상형 지붕 이하로 유지했을 경우 위험물이 충전되면서 그 공간에 있던 유증기가 내부 부상지붕위에 정체될 가능성이 있으므로 저장탱크의 Low liquid level이 폰튠 서포트 밑에 위치하지 않도록 운전절차를 개선하고, 오픈 벤트에는 화염방지기를 설치하여 화염이 저장탱크로 유입하지 못하도록 하는 대책을 제시하고자 한다.
본 연구는 옥외저장탱크에서 발생한 화재·폭발사고의 근본적인 사례분석을 통해 저장탱크의 안전을 유지할 목적으로 수행되었다. 이 사고는 저장탱크 야드에 사업장 외에서 날아온 풍등이 저장탱크 주변 잔디에 떨어지며 발생한 잔재 화재가 서서히 확산되어 탱크 내부의 유증기와 만나 폭발·화재로 이어진 사고였다. 사고의 원인을 밝혀내기 위하여 CCTV영상분석을 통한 대기확산 조건 도출, 전산유체역학을 이용한 풍향 분석, 플러팅 루프가 최저 위치일 때의 탱크 내부 유증기 발생량, 최고 위치일 때의 탱크 내부 유증기 거동을 통하여 저장탱크의 폭발이 일어난 원인을 밝혀내어 저장탱크의 레벨을 내부부상형 지붕 이하로 유지했을 경우 위험물이 충전되면서 그 공간에 있던 유증기가 내부 부상지붕위에 정체될 가능성이 있으므로 저장탱크의 Low liquid level이 폰튠 서포트 밑에 위치하지 않도록 운전절차를 개선하고, 오픈 벤트에는 화염방지기를 설치하여 화염이 저장탱크로 유입하지 못하도록 하는 대책을 제시하고자 한다.
This study aims to maintain the safety of an outdoor storage tank through the fundamental case analysis of explosion and fire accidents in the storage tank. We consider an accident caused by the explosion of fire inside the tank, as a result of the gradual spreading of the residual fire generated by...
This study aims to maintain the safety of an outdoor storage tank through the fundamental case analysis of explosion and fire accidents in the storage tank. We consider an accident caused by the explosion of fire inside the tank, as a result of the gradual spreading of the residual fire generated by wind lamps flying off a workplace in the storage tank yard. To determine the cause of the accident, atmospheric diffusion conditions were derived through CCTV image analysis, and the wind direction was analyzed using computational fluid dynamics. Additionally, the amount of oil vapor inside the tank when the floating roof was at the lowest position, and the behavior of the vapor inside the tank when the floating roof was at the highest position were investigated. If the cause of the explosion in the storage tank is identified and the level of the storage tank is maintained below the internal floating roof, dangerous liquid fills the storage tank, and the vapor in the space may stagnate on the internal floating roof. We intend to improve the operation procedure such that the level of the storage tank is not under the Pontoon support, as well as provide measures to prevent flames from entering the storage tank by installing a flame arrester in the open vent of the tank.
This study aims to maintain the safety of an outdoor storage tank through the fundamental case analysis of explosion and fire accidents in the storage tank. We consider an accident caused by the explosion of fire inside the tank, as a result of the gradual spreading of the residual fire generated by wind lamps flying off a workplace in the storage tank yard. To determine the cause of the accident, atmospheric diffusion conditions were derived through CCTV image analysis, and the wind direction was analyzed using computational fluid dynamics. Additionally, the amount of oil vapor inside the tank when the floating roof was at the lowest position, and the behavior of the vapor inside the tank when the floating roof was at the highest position were investigated. If the cause of the explosion in the storage tank is identified and the level of the storage tank is maintained below the internal floating roof, dangerous liquid fills the storage tank, and the vapor in the space may stagnate on the internal floating roof. We intend to improve the operation procedure such that the level of the storage tank is not under the Pontoon support, as well as provide measures to prevent flames from entering the storage tank by installing a flame arrester in the open vent of the tank.
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문제 정의
저장탱크에 대한 화재⋅폭발 연구는 저장탱크 사고사례 분석(6-7), 고정식 상압저장탱크에서의 폭발사고사례 분석(8), 상압저장탱크에서 번개에 의해 유발된 사고 시나리오 분석(9), 내부 부상형 저장탱크 화재⋅폭발 대책에 관한 연구(10) 등이 있었으나, 이번 사고처럼 저장탱크에 화염방지기 설치가 필요하며, 저장탱크 화재⋅폭발을 예방하기 위한 체계적인 연구는 진행되지 않았다. 본 연구에서는 2018년 10월에 경기도 고양시에 위치한 ㈜대한OOO공사 저장탱크 야드에 사업장 외부에서 들어온 풍등(등 안에 고체 연료에 불을 붙여 뜨거운 공기를 이용해 하늘로 날리는 소형 열기구)이 가솔린을 저장하는 저장탱크 주변으로 날아와 지면에 떨어져, 풍등의 화원이 탱크 주변 잔디에 옮겨 붙었으며 화재가 발생한 후, 점차 연소 면적이 확대되어 탱크 벤트구까지 도달하여 탱크 내부로 역화가 진행되면서 탱크가 폭발한 사고로써 이의 원인과 대책을 제시하고자 한다.
가설 설정
Condition A에서 플러팅 루프 하부에서는 공기가 없이 유증기만 체류하고 이때 유증기의 조성은 Table 4의 휘발유 물성⋅조성 검토에서 간략화된 조성을 활용, Condition C는 유증기가 없이 공기만 있는 조건, Condition A에서의 유증기 전량이 Condition D에서 누출, 두 포인트에서 각각 0.26 kg/s로 4,550 s 동안 누출된 것으로 가정 하였다.
초기상태는 폭발로 소진된 상태이어서 초기상태를 확인할 수 없으므로 초기상태를 0으로 가정하였으며, 실(Seal)에서의 누출량은 로그상으로 5 h에 1 mm정도 액위가 낮아지는 결과가 있지만 낮밤간의 온도변화의 영향보다 작은 수준이므로 무시할 수 있을 정도이며 대기풍속의 영향이 없다고 가정하면, 식(2)에서와 같이 정의할 수 있으며 Balance는 식(3)과 같이 재정리할 수 있다.
제안 방법
전산유체역학을 적용하기 위하여 컨트롤 볼륨은 71 × 68 × 23 (xyz), 좌표는 Caresian grid, CFLV는 20, CFLC는 2, 프로그램은 FLACS v10.7을 적용하였고, 상세한 적용조건은 Table 7과 같다.
대상 데이터
2018년 10월 OO송유관공사 저장탱크에서 발생한 화재ㆍ폭발 사고에 대하여 조사하였다. 사고 원인은 저장탱크 야드에 사업장 외에서 날아온 풍등이 저장탱크 주변 잔디에 떨어지며 발생한 화재가 서서히 확산되어 탱크 내부의 유증기와 만나 폭발ㆍ화재로 이어진 사고였다.
최초 착화, 연기관측, 화재확산, 연기관측을 Figure 2에 나타내었다. Frame #1582에서 최초 점화 후, Frame #1668에서 연기가 관측되었고, Frame #1751에서 화재가 확산되었다.
기상청 데이터 상으로는 사고추정 시각 10:40에서 11:00까지의 1 min 평균 풍향은 북, 북북서, 북북동, 북동으로 기록되었으며, 1 min 평균 풍속은 보퍼트 풍력 계급상 1∼2에 해당되는 수준으로 기록되었다.
풍등의 추락원인을 분석하기 위하여 경찰에서 편집 후 언론매체로 제공한 영상길이 1 min 41 s의 자료를 2,429프레임으로 분리하여 렌더링(Rendering) 하였고 위성사진 자료는 구글 어스와 기상청 지역별 상세 관측자료(AWS) 데이터를 사용하였다
성능/효과
결론적으로 휘발유 조성을 정확히 알고 이종영역(Heterogeneous region)을 이산(Discrete)개념을 적용한다면, 두 위치에서의 측정 데이터만 있으면 증기발생량을 산출 할 수 있지만, 탱크 내부 조건이 완전한 밀폐계 or 개방계라고 언급할 수 없는 상태이므로 Figure 7과 같을 것으로 추정할 수 있으며 증기발생량이 시간에 따라 변하는 형태였을 것으로 추정되어 이론적으로 정확한 산출은 불가능하다. 따라서 탱크 내부에 대한 측정치가 없는 이상 Condition A에서의 증기발생량 산출은 불가능하고 Condition B/C/D 또한 동일한 상황이다.
사고의 원인을 밝혀내기 위하여 CCTV영상분석을 통한 대기확산 조건 도출, 전산유체역학을 이용한 풍향 분석, Floating roof가 최저 위치일 때의 탱크 내부 유증기 발생량, Floating roof가 최고 위치일 때의 탱크 내부 유증기 거동 등을 분석한 결과, 저장탱크의 내부(폰튠 서포트 밑)에서 발생한 유증기가 상부로 이동하면서 환기가 되지 않은 상태에서 오픈벤트 부근에서 잔디에 의한 외부화재에 의하여 점화하면서 폭발이 발생한 것으로 추정된다.
자연환기 시에 증기의 농도가 점차 낮아지며 대기로 누출되었으며, 9개의 오픈 벤트(Peripheral vent)는 자연환기 시 풍향과 무관하게 각각 개별적인 순환과정을 거친 것으로 나타났다. 자연환기 시에 MP1지점에서의 유증기 vol%만이 의미있는 결과가 관찰되었으며 Contour상으로도 Peripheral vent 외부로 1.0 vol% 이상의 유증기가 확인되지 않았으며 폭발로 이어지기 위해서는 잔디화재가 Peripheral vent에 직접 접근했을 것으로 추정된다. 자연환기 약 3 h 동안 탱크 내부 유증기 농도는 60.
이는 밀도차이로 인해서 증기가 하부에 집중적으로 체류하는 경향은 크게 없는 것으로 추정된다. 자연환기 시에 증기의 농도가 점차 낮아지며 대기로 누출되었으며, 9개의 오픈 벤트(Peripheral vent)는 자연환기 시 풍향과 무관하게 각각 개별적인 순환과정을 거친 것으로 나타났다. 자연환기 시에 MP1지점에서의 유증기 vol%만이 의미있는 결과가 관찰되었으며 Contour상으로도 Peripheral vent 외부로 1.
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