[논문]압력 용기의 폭발로 인한 파편 비산 거리 및 최대 과압에 관한 연구

압력 용기의 폭발로 인한 파편 비산 거리 및 최대 과압에 관한 연구
Fragment Range and peak overpressure for Explosion of Pressured Vessel 원문보기

박미진 (연세대학교 화공생명공학부) , 정윤주 (연세대학교 화공생명공학부) , 김용하 (서울대학교 응용화학부) , 김구회 (서울대학교 화학공정신기술연구소) , 윤인섭 (서울대학교 응용화학부)

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본 연구는 화학산업에서의 폭발에 의한 피해 중 폭발 시 최대 과압과 비산물에 의한 영향을 종합하여 폭원 중심으로부터 거리별 피해 정도를 알아보았다.
또 폭발에 의해 생성된 비산물은 질량과 비산 속도에 따라 먼 거리까지 피해를 줄 수 있다. 본 연구에서는 폭발로 인한 비산물과 최대 과압을 중심으로 총괄적인 폭발의 영향을 예측하였다.
또한 폭발이 유발하는 폭풍이 주변의 다른 물체를 비산시키기도 한다. 본연구에서는 용기 폭발로 발생한 파편의 비산 영향을 다루도록 하겠다

Baker(1978)의 통계적 실험 결과에 따르면 파편의 질량분포는 정규분포를 따르고 있다. 그러므로 본 연구에서는 통계적인 방법을 접목하여 파편 질량이 평균 M/n을 기준으로 정규분포를 이룬다고 가정하여 계산하였다.

본 연구에서는 Fig. 1과 같은 과정으로 최대 과압을 확인하고, 폭발지점으로부터 피해 거리를 바꾸어 계산하여 폭발지점으로부터 일정 거리별 최대 압력 및 임펄스를 산정하고 피해 범위를 예측하였다.
형태 등이 있다. 압력용기의 형태는 압력용기가 원통인 경우와 지상보다 높이 설치된 구형인 경우로 나누었는데, 여기서 지면으로부터의 높낮이는 지표면이 폭발에 있어 장애물이 되어 반사압을 형성하기 때문에 고려하였다
본 연구에서는 이 계산값으로써 Baker(1983)가 제시한 그래프를 이용하여 비산반경을 구하였다. 이때 파편의 질량분포에 따라 비산 반경 분포가 결정되는데, 이로써 폭발과압에 의한 피해와 관련하여 폭원 중심으로부터 주변 지역의 피해 정도를 예측하였다.
따라서 최대 비산 거리(비산 반경)와 비산물의 분포를 예측하는 것이 중요하다. 이를 예측하는 데에는 사고 사례를 근거로 한 통계학적 기법과 이론적으로 계산하는 방법론이 있으며 본 연구에서는 이론적인 방법론을 중심으로 모사하였다.

파편의 수와 질량, 운동에너지 등이 결정되면 이미 알려진 여러 경험식 중 적절한 것에 적용하여 파편의 초기 속도를 계산할 수 있다. 본 연구에서는 이 계산값으로써 Baker(1983)가 제시한 그래프를 이용하여 비산반경을 구하였다. 이때 파편의 질량분포에 따라 비산 반경 분포가 결정되는데, 이로써 폭발과압에 의한 피해와 관련하여 폭원 중심으로부터 주변 지역의 피해 정도를 예측하였다.

형태를 띠는 것을 알 수 있었다. 또한 비산반경의 상대 민감도를 계산한 결과, 비산 반경에 가장 큰 영향을 주는 인자는 파편 단면적과 파편의 무게임을 알 수 있었다. 사고 발생 시 폭원으로부터의 거리에 따라 폭발 과압과 비산물 분포에 의한 피해 영향을 Fig.
본 연구의 결과 폭발시 최대 압력에 의한 영향은 폭원 중심으로부터의 거리에 반비례하는 경향을 보이는 반면, 비산물에 의한 피해는 평균 비산 반경을 중심으로 정규분포를 이루는 형태를 띠는 것을 알 수 있었다. 또한 비산반경의 상대 민감도를 계산한 결과, 비산 반경에 가장 큰 영향을 주는 인자는 파편 단면적과 파편의 무게임을 알 수 있었다.

이러한 결과를 폭발에 의한 피해를 최소화하기 위해 공정의 디자인 단계에서 고려하면 그 공정뿐만 아니라 주변 지역의 안전을 확보할 수 있으며, 인적물적 자원을 절감하는 효과도 가져올 수 있을 것이다. 또한 실제 사고.

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