LPG 탱크로리 폭발 사고시 파편의 영향거리 검증에 관한 연구 : 초기이격거리 중심으로

국문 초록 (Abstract)

환경부의 「제 4차 화학물질 유통량 조사 결과 보고서」에 따르면 2010년 국가 전체 화학물질 유통량은 2006년 대비 3.5% 증가하였고, 제조량, 수입량, 수출량 모든 부분에서 증가된 것으로 나타났다. 이처럼 화학물질의 종류 및 유통량은 지속적으로 증가하였고, 이제는 화학물질이 아닌 것을 찾기 어려울 만큼 우리의 생활에 커다란 비중을 차기하게 되었다. 하지만 화학물질 유통량이 증가함에 따라 화학사고의 발생 빈도도 증가하는 추세이고 화학산업의 고도화, 정밀화, 복잡화, 대형화, 고속화에 따라 사고의 피해 강도 또한 높아졌다.
화학물질 관련사고는 제조나 보관할 때보다 운송 시 가장 많은 비중을 차지한다. 화학물질안전원은 이러한 운송관련 화학사고에 대한 비상대응, 잠재위험, 초기이격거리 및 방호활동거리등의 정보를 제공하고자, 2012년 캐나다의 「Emergency Response Guidebook」을 참조하여 「2014 유해물질 비상대응 핸드북」을 발간하였다.
화학물질 운송사고 발생시 누출로 인한 독성피해와 화재 및 폭발의 위험성이 존재하게 된다. 특히 폭발은 과압과 복사열을 동반하고 동시에 파편이 발생하여 비산물로 인한 피해를 가져올 수 있다. 이러한 파편은 주변 지역의 사람이나 건물 등의 구조물에 피해를 줄 수 있고, 파편의 비산반경 내에 다른 위험물질이나 화학설비가 존재할 경우에는 2차, 3차 피해로 이어져 도미노 효과를 발생시킬 수 있다.
「2014 유해물질 비상대응 핸드북」에서도 역시 파편에 대하여 언급되어 있다. 폭발성물질-구분 1.1, 1.2, 1.3, 1.5에 대하여 1,600m, 폭발성물질-구분 1.4, 1.6에 대하여 500m 이상 파편이 날아갈 수 있다고 명시되어 있으며, 이 거리는 화재시 초기이격거리와 같음으로 파편의 비산거리가 초기이격거리에 반영되었다고 판단된다. 그러나 다른 물질군일 경우는 파편의 비산거리의 언급보다는 '파열된 용기는 빠른 속도로 날아갈 수 있다'고 명시되어 있을 뿐이다.
LPG와 같은 대표적인 인화성 물질의 경우에는 폭발시 파편으로 인한 피해를 줄 수 있기 때문에 초기이격거리가 파편의 영향을 적용시킨 거리인 지를 검증할 필요가 있다고 판단하였다. 본 연구에서는 용량 10톤의 LPG 탱크로리를 대상으로 물리적 폭발 시나리오 및 VCE 시나리오를 설정하여 파편의 비산거리를 산출하였고, 초기이격거리와 비교하여 검증하였다.
연구 결과, 물리적 시나리오의 경우, 원통형 모양의 파편이 50개로 쪼개진 크기에서 최대 567.68m 비산하였다. 「2014 유해물질 비상대응 핸드북」의 LPG의 초기이격거리와 비교한 결과, 화재시 초기이격거리는 1,600m로 설정되어 있으므로, 50개로 쪼개졌을 때 파편의 최대비산거리를 포함하는 거리이다. 따라서 초기이격거리에 파편의 영향을 포함한 것으로 판단된다.
VCE 시나리오의 경우, 원통형 파편은 최대 481.17m, 구형 파편은 최대 552.47m, 정육면체형 파편은 최대 560.71m 비산 가능하였다. 따라서 모든 시나리오에 대한 파편의 영향을 화재시 초기이격거리에 반영되었다고 판단된다.
하지만 LPG는 대표적인 인화성 가스이며, 누출과 동시에 화재 및 폭발의 위험이 존재하므로, 누출시 초기이격거리와 화재시 초기이격거리를 따로 설정하는 것은 합리적이지 않다고 판단된다. 따라서 인화성 물질의 경우 누출 및 화재시 이격거리를 구분하지 않는 통합적인 초기이격거리가 설정되어야 한다고 판단되며, 파편의 비산거리는 과압이나 복사열보다 멀리 산출될 수 있기 때문에 충분히 통합적인 초기이격거리를 산출할 지표로 사용될 수 있다고 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• 요약문 ⅰ
• ABSRTACT ⅲ
• 목차 ⅴ
• List of Table ⅶ
• List of Figures ⅷ
• 1장 서론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 범위 및 내용 6
• 1.3 연구 동향 6
• 2장 문헌연구 7
• 2.1 LPG 7
• 2.1.1 LPG의 물리화학적 성질 및 용도 7
• 2.1.2 LPG의 유통현황과 탱크로리 9
• 2.2 폭발 9
• 2.2.1 물리적 폭발 9
• 2.2.2 증기운 폭발 (VCE) 10
• 2.2.3 비등액체 팽창 증기 폭발 (BLEVE) 10
• 2.2.4 과압에 대한 영향 12
• 2.3 파편 16
• 2.3.1 Estimate Number of Fragments 17
• 2.3.2 Estimate Initial Fragment Velocity 18
• 2.3.3 Estimate Range of Fragment 22
• 2.3.4 Lift-to-drag ratio calculation 24
• 3장 연구방법 30
• 3.1 연구재료 30
• 3.1.1 Material 30
• 3.1.2 LPG 탱크로리 설계 30
• 3.2 시나리오 설정 및 파편의 비산거리 산출 방법 33
• 3.3 물리적 폭발 시나리오 34
• 3.3.1 파편의 모양 설정 34
• 3.3.2 파편의 수와 크기 35
• 3.3.3 파편의 초기속도 36
• 3.4 VCE 시나리오 37
• 3.4.1 파편 설정 37
• 3.4.2 VCE 과압의 설정 37
• 3.4.3 파편의 비산 거리 37
• 4장 연구결과 39
• 4.1 물리적 폭발 시나리오에서 파편의 비산거리 39
• 4.1.1 파편의 초기속도 38
• 4.1.2 파편의 환산초기속도 41
• 4.1.3 양항비 설정 42
• 4.1.4 파편의 비산거리 산출 43
• 4.2 VCE 시나리오에서 파편의 비산거리 46
• 4.2.1 Input data of fragment 46
• 4.2.2 파열압력 설정 48
• 4.2.3 파편의 환산초기속도 49
• 4.2.4 양항비 설정 51
• 4.2.5 파편의 형태별 비산거리 54
• 5장 결론 57
• 참고문헌 59