폭발 위험도

화재 및 폭발의 발생에 기여하는 3요소는 Fig. 4-55과 같이 연료(fuel), 산화제(oxidizer), 점화원(ignition source)이다. 가스추진시스템에서 사용하고자하는 연료는 천연가스로써 가연성이 상당히 높은 위험물질로 분류할 수 있다. 가스연료 공급을 위한 공정 내에 기체 또는 액체 형태로 대량이 상존하게 되며 주성분인 메탄의 폭발 특성을 이해하는 것은 폭발로 인한 안전사고대응을 위해 중요한 사항이라고 할 수 있다. Fig. 4-56은 메탄의 끓는 점, 폭발 한계 등의 주요 특성들을 보여 주고 있다.

Fig. 4-55 3 elements of fire and explosion occurrence

Fig. 4-56 Main characteristics of methane fre/explosion

산화제는 대기 중에 항상 존재하는 산소가 대표적이다. LNG 추진선의 연료공급장치 및 (2008) , E&P Forum Hydrocarbon Leak and Ignition Database (1992), API 581 Risk Based Inspection Base Resource Document (2000) 등이 있다.

이러한 데이터베이스는 일반적으로 설비 및 배관의 종류와 기하학적 크기에 따라 적절한

Table 4-7 Leakage frequency data example–API 581

화재/폭발 위험도 분석은 대표적인 누출을 인지하고 이를 중심으로 수행된다. 실용적인 관점에서 실제 분석 작업에서는 다수의 누출들을 몇 가지 범위로 그룹화하고 각 그룹의 누출들을 대표할 수 있는 대표 누출을 정의하여 사용하고 있다. 이러한 접근법은 모든 누출에서 압력과 조성이 동일한 구획 내에서 유효하게 적용할 수 있다.

누출량은 작동 유체의 압력, 위상, 양에 따라 결정된다. 누출이 탐지되면 격리구획은 차단밸브에 의해 즉시 고립된다. 그러므로 격리구획은 누출 구멍을 제외하고는 폐쇄된 압력용기의 일종으로 분류해도 무방하다. 가압된 가스의 경우, 내압은 누출이 계속될수록 낮아지게 되며 결과적으로 누출율은 시각에 따라 감소하는 경향을 갖는다. 누출된 가연성 물질은 점화원과 접촉할 때 화재 또는 폭발이 발생하게 된다. 점화원이 존재하지 않거나 연소에 필요한 수준보다 낮은 점화 에너지를 가질 경우에는 가연성 물질의 누출은 화재나 폭발로 이어지지 않게 된다. 누출 초기에 발생하는 점화를 즉시 점화(immediate ignition)라 하고, 누출 발생 후 일정 시간 후 발생하는 점화를 지연 점화(delayed ignition)라 한다.

일반적으로 즉시 점화는 화재 사고를 일으키고 지연점화는 폭발 사고를 일으키는 경향을 갖는데 이를 도식화하며 화재 및 폭발을 단계적으로 정리하면 Fig. 4-57과 같다. 시작하는

단계인 가스 누출이 점화가 되어 화재 혹은 폭발로 이어지는 단계를 나타내며 위험도의 관점에서 손상의 결과로 나타나게 되며 이는 빈도와 더하거나 곱하여 위험도를 나타내는 중요한 요인으로 작용한다.

Fig. 4-57 Step-by-step arrangement of fire and explosion

이러한 손상의 결과를 정량적으로 나타내는 과정이 필수적인데 이를 위하여 앞서 수행한 가스누출 및 확산의 해석 결과들을 바탕으로 폭발해석을 수행하게 된다. 가스클라우드의 특성을 파악하기 위해 수행된 가스 누출 및 확산 해석의 모니터링 포인트에서 메탄 농도 및 후처리 결과에서 일부 혹은 일정 시간동안 폭발의 위험이 있는 것으로 판단되었으며 누출이 과도한 경우에는 가스누출이 완료된 이후에도 확연히 LFL과 UFL의 범위 내에 있어 높은 화재 및 폭발의 위험이 있음을 확인할 수 있었다. 이에 따라 앞서 해석된 결과를 적절한 경계조건으로 부여하여 상용 폭발해석 프로그램 “FLACS”를 이용하여 폭발해석을 수행하였다.