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F10 화재예방 누출공, 누출시간, 누출량 산정 - Part 1
- 작성일2024/01/25 14:23
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첨부1
누출공, 누출시간, 누출량 산정-Part 1.pdf
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누출공, 누출시간, 누출량 산정 – Part 1
- HRR 산출을 위한 누출인자 산정 -
국가화재평가원
전성호 소장(소방기술사 / 소방시설관리사)
소방분야에서 누출 인자(누출공 크기, 누출시간, 누출량) 산정이 필요한 이유?
1. 가연성 액체는 Pool을 형성하면서 화재가 성장됩니다.
2. 이러한 Pool은 가연성 액체의 누출 또는 노출에 의해 형성된 것으로, 이때 누출 확산 면적 (노출면적)이 보통의 연소면적으로 간주됩니다.
3. 이러한 연소면적의 크기는 누출에 의한 확산, 즉 누출량과 차단 조건에 의해서 좌우되므로 누출인자는 Pool Fire HRR 산출의 주요 요소입니다.
4. 또, 가연성 기체는 보통 Vessel, 배관, 플랜지 등의 누설에 의해 화재로 이어지는 경우가 많으며 이경우 대부분 압력이 형성된 상태로 누출되는 Jet Fire 형태를 가지게 됩니다.
5. 이러한 Jet Fire의 HRR은 시간당 누출량에 영향을 받으며, 시간당 누출량은 누출공의 크기와 누출압력에 영향을 받습니다.
6. 결론적으로 가연성 액체/기체 화재의 HRR은 누출인자에 의하여 좌우되고, 누출인자인 누출공의 크기, 누출시간, 누출 압력 등 각각의 누출인자 값이 클수록 누출량이 크고 이에 따라 HRR도 높게 됩니다.
누출공 크기 산정 기준
1. 국내의 누출공 크기는 보통 아래 3가지 기준 및 방법에 의하여 산정합니다.
① (환경부)사고시나리오 선정 및 위험도 분석에 관한 기술지침
② Kosha guide P-110-2012 화학공장의 피해 최소화 대책수립에 관한 기술지침
③ Kosha guide P-92 누출원 모델링에 관한 기술지침
2. 이러한 기준들은 주로 아래와 같은 해외기준을 참조하여 제작되었습니다.
① 미국 환경보호청(EPA), "Risk Management Programs(RMP)", “Acute Exposure Guideline Level(AEGL)"
② 미국 에너지부(DOE), "Temporary Emergency Exposure Limit(TEEL)"
③ API RP 581, "Risk-Based Inspection Technology)", 200
④ 미국 CCPS의 Guidelines for consequence analysis of chemical release
⑤ 미국 AIChE의 Consequence Assessment and Mitigation
각각의 기준의 누출공 산정 방법 및 특징
1. (환경부) 사고시나리오 선정 및 위험도 분석에 관한 기술지침
1) 누출공의 크기는 취급시설에서 유해화학물질이 누출될 수 있는 가장 큰 연결구 배관직경의 20%이상으로 산정한다.
2) 1)의 방법을 적용하지 않을 경우 다음의 산정방법을 참고하여 누출공을 산정할 수 있다.
① KOSHA GUIDE(P-92-2012) 누출원 모델링에 관한 지침
② KOSHA GUIDE(P-110-2012) 화학공장의 피해 최소화 대책 수립에 관한 기술지침
3) 1) 및 2)에도 불구하고 다음의 경우에는 배관직경을 누출공의 크기로 산정한다.
① 가장 큰 연결구의 배관직경이 50 mm 미만인 경우
② 운전온도가 350℃ 이거나, 운전압력이 10 kgf/cm2 이상인 특수설비의 경우
③ 기타 탱크로리 체결부위 등 파손 확률이 높은 경우
2. KOSHA GUIDE(P-110-2012) 화학공장의 피해 최소화 대책 수립에 관한 기술지침
1) 누출위치의 결정에 의해 누출공 크기가 달리 적용되는 산정 방법입니다.
① 입, 출입 배관 부위의 누출
② 용기의 부식(혹은 외부충격)에 의한 누출
③ 펌프씰(Seal) 파손으로 인한 누출
④ 안전밸브 작동에 따른 대기 누출 등
3. KOSHA GUIDE(P-92-2012) 누출원 모델링에 관한 지침
1) 누출원의 면적 - 누출량을 산정하기 위한 누출원 면적은 다음과 같이 산정하거나 가정한다.
① 이송 또는 압축설비를 제외한 화학설비의 균열 또는 파손에 의한 경우 - 그 화학설비에서 취급, 저장하는 위험물질이 10분 동안에 모두 누출될 수 있는 구멍(Hole)의 면적
② 배관의 균열 및 파열에 의한 경우
가. 배관의 호칭지름이 50㎜ 미만인 경우 : 배관의 단면적
나. 배관의 호칭지름이 50㎜ 이상 100㎜ 이하인 경우 : 50㎜ 배관의 단면적
다. 배관의 호칭지름이 100㎜를 초과하는 경우 : 배관 단면적의 20%
③ 이송 또는 압축설비의 균열 또는 파손에 의한 경우 - 흡인측 배관의 크기에 따라 전항에서 규정하는 면적
④ 오조작에 의하여 밸브가 열린 경우 - 그 밸브의 구멍(Full bore)의 면적
⑤ 비상 배출인 경우 - 비상 배출관의 내경에 의한 면적
누출공 크기 산정 및 Tool 개발 배경
1. 국내 누출공 산정 기준은 단일 기준이 아닌 복수 기준(3가지 기준)으로 단순하지 않습니다.
2. 누출공 산정 3가지 기준은 서로 유사하면서도 서로 달라,
3. 하나의 설비에 각각의 기준을 적용할 경우 누출공 크기는 달라집니다.
4. 그러므로, Program이 아닌 수기 산정 시 누출공 크기의 비교를 통한 적정한 누출공 산정이 매우 어렵고, 각 산정 기준의 설비 적용이 소방 분야의 엔지니어에겐 다소 생소할 수 있어 화재안전계산 Tool로 제작하게 되었습니다.
누출공 크기 산정 Tool 사용 방법
1. Tool은 국가화재평가원 홈페이지 국가화재평가원(nfai.or.kr)의 화재위험평가Tool 카테고리 또는 http://tool.kfsl.co.kr/에 사이트 접속, 회원 가입 신청 후 자유롭게 사용 가능합니다.
2. “4번 누출공크기 산정” 까지 클릭 후 아래와 같은 화면이 보이며, 이 화면에서 3가지 기준을 각각 선택하여 누출공 크기를 산정, 비교할 수 있습니다.
누출공 크기 산정 Tool 사용 방법 – 환경부 고시 기준 선택
누출공 크기 산정 Tool 사용 방법 – KOSHA GUIDE(P-110-2012) 기준 선택
누출공 크기 산정 Tool 사용 방법 – KOSHA GUIDE(P-92) 기준 선택
누출공 크기 산정 Tool 결과 이용 방법
1. 국내 누출공 산정기준 3개를 모두 또는 각각 적용하여 서로 적용 결과를 비교할 수 있습니다.
2. 계산 결과의 인쇄 또는 PDF 저장이 가능하며 이 경우 설비 조건 입력 및 적용 기준 등이 모두 표시되므로 출력 또는 저장기능을 활용하여 사용하는 경우 비교평가가 더욱 용이합니다.
3. 아무쪼록 B급 화재의 HRR 산출에 작은 도움이 되기를 바라며(화공안전 분야 누출량 산정에도 활용 가능), 다음 기고에는 이어서 누출시간 산정 및 누출량 산정에 대해 설명 드리겠습니다. 감사합니다.
-본 칼럼은 국가화재안전저널 제 35호에 기고된 글입니다.