사고영향범위산정에관한 기술지침

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1 사고영향범위산정에관한 기술지침

2 사고영향범위산정에관한기술지침 [ 시행 ] [ 화학물질안전원지침제 호 ] 제정 제 1 장개요 1-1. 목적 이기술지침의목적은 화학물질관리법 ( 이하 법 이라한다 ) 제23조및제41조, 같은법시행규칙 ( 규칙 이라한다 ) 제19조, 제45조내지제48조까지규정에따른장외영향평가서및위해관리계획서작성에필요한사고시나리오에따른영향범위산정을위한세부사항을정하는것이다 적용범위 이지침은환경부고시 장외영향평가서작성등에관한규정 제25조제2항, 제29조제1항및 위해관리계획서작성등에관한규정 제33조, 제50조제1항에따른영향범위를산정하는데적용된다 정의 1 이지침에서사용되는용어의정의는다음각호와같다. 1. 유해화학물질 이란유독물질, 허가물질, 제한물질또는금지물질, 사고대비물질, 그밖에유해성또는위해성이있거나그러할우려가있는화학물질을말한다. 2. 끝점 ( 종말점 ) 이란사람이나환경에영향을미칠수있는독성농도, 과압, 복사열등의수치에도달하는지점을말한다. 3. 영향범위 란화학사고로인해유해화학물질이화재폭발또는유출누출되어사고지점으로부터사람이나환경에영향을미칠수있는구역을말한다. 4. 사고시나리오 란화재폭발및유출누출사고로인한영향범위가사업장

3 외부에미치거나, 사업장외부까지영향은미치지않으나근로자에게심각한영향을줄수있는사고를가정하여기술하는것을말한다. 5. 최악의사고시나리오 란유해화학물질을최대량보유한저장용기또는배관등에서화재 폭발및유출 누출되어사람및환경에미치는영향범위가최대인경우의사고시나리오를말한다. 6. 대안의사고시나리오 란최악의사고시나리오보다현실적으로발생가능성이높고사람이나환경에미치는영향이사업장밖까지미치는경우의사고시나리오중에서영향범위가최대인경우의시나리오를말한다. 7. 최대량 이란저장용기또는배관등에저장혹은처리되는최대허용운전용량을말한다. 8. 인화성가스 란인화 ( 폭발 ) 하한계가 13 % 이하또는인화 ( 폭발 ) 상한계와하한계의차이가 12 % 이상인가스이거나, 표준압력 kpa, 20 에서공기와혼합하여인화 ( 폭발 ) 범위를갖는가스를말한다. 9. 인화성액체 란표준압력 kpa 하에서인화점이 60 이하인액체를말한다. 10. 독성물질 이란국립환경과학원고시 화학물질분류및표시등에관한규정 에따라건강유해성이나환경유해성이있는유해화학물질을말한다. 11. 누출모델 이라함은피해예측또는확산결과를계산하기위하여사용되는누출에관한일련의자료, 즉누출량, 누출속도, 누출시간및누출되는유해화학물질의상태등을예측하는방법을말한다. 12. 순간누출 이라함은저장탱크또는배관에서유해화학물질이순간적으로누출되는것을말한다. 13. 연속누출 이라함은저장탱크또는배관에서유해화학물질이연속적으로누출되는것을말한다. 14. 확산 이라함은유해화학물질이공기등과같은주변의유체에의하여희석되어지는것을말한다. 15. 비등액체폭발 (BLEVE) 이라함은인화성의과열된액체 / 기체혼합물이대기중에누출되어점화원에의해폭발및화염이발생하는현상을말한다. 대부분의경우화구 (Fireball) 을동반한다. 16. 화구 (Fireball) 라함은인화성의과열액체나증기혼합물이공기중으로누출되면서점화되어생기는원형과비슷한화염덩어리를말한다

4 17. 증기운폭발 (Vapor cloud explosion) 이라함은저온액화가스나고압의인화성증기가대기중으로급격히방출되어, 분산확산된증기운에발화원이주어져폭발하는현상을말한다. 18. 과압 (Overpressure) 이라함은임의의지점에대기압보다큰압력으로전달되는압력을말한다. 19. 폭발파 (Blast wave) 라함은폭발에의하여형성되는압력파동을말한다. 20. 증기운화재 (Flash fire)" 라함은누출된화학물질이공기중으로확산되어증기운형태로떠다니다가물질의폭발하한계이하로희석되기전발화원을만나면화재가발생하는것을말한다. 21. 고압분출화재 (Jet fire)" 라함은배관, 저장탱크등에서연속적으로누출되는고압의화학물질이누출원근처의발화원에의하여점화되는현상을말하며, 이경우연속적으로복사열이발생된다. 22. 액면화재 (Pool fire)" 라함은액체 ( 액화가스포함 ) 의화학물질이누출되어주변바닥에고여있는액체가기화하여발화원에의해점화된것을말한다. 23. 장외영향평가서 위해관리계획서작성지원범용프로그램 ( 이하범용프로그램 )" 이라함은장외영향평가서및위해관리계획서작성지원을위해화학물질안전원에서개발한프로그램을말한다. 2 이밖의이지침에서사용하는용어는이지침에서특별히규정하는경우를 제외하고는법 시행령 시행규칙및고시에서정하는바에따른다. 제 2 장영향범위예측절차 화학물질안전원기술지침 사고시나리오선정에관한기술지침 에따른최악의 사고시나리오및대안의사고시나리오를중심으로영향범위예측을수행한다 위험요소평가 시설또는공정에서존재하는위험에대하여정성적또는정량적으로위험성등을평가하는단계이다. 이를위한방법으로는주로체크리스트기법, 위험과운전분석기법, 예비위험성분석등이있다

5 2-2. 누출분석 1 위험요소평가후, 해당시설또는공정에서유해화학물질이어떻게누출되는지를분석하는단계이다. 누출분석은배관의파손, 플랜지누출, 안전밸브작동, 운전원실수등에의한잠재적인누출원등을확인하여방출되는유해화학물질의양, 온도, 밀도, 시간, 누출상태 ( 가스, 증기, 액체, 혼합물 ) 등을계산한다. 2 일반적으로누출되는유해화학물질의증기는누출시간에따라순간누출및연속누출 < 부록 1>, 그리고증기운의밀도에따라가벼운가스와무거운가스 < 부록 2> 로구분한다. 3 누출량은설비에서누출되는경우와배관에서누출되는경우에따라증기또는가스상태, 액체상태및 2상 ( 액체-증기 ) 상태에대해유체역학을적용하여산출한다. 최악의사고시나리오및대안의사고시나리오의누출량산정은화학물질안전원기술지침 사고시나리오선정에관한기술지침 을참고한다 영향범위예측 1 누출되는유해화학물질이독성물질인경우에는확산모델을사용하여대기중으로확산되는유해화학물질의거리에따른농도, 형태를예측한다. 2 누출되는유해화학물질이인화성가스또는인화성액체인경우에는화재모델또는폭발모델을사용하여복사열과압으로인한화재폭발영향을예측한다. 제 3 장영향범위예측모델 영향범위예측모델은아래와같은모델이포함된상용모델을활용할수있다 확산모델 1 공기보다가벼운가스의확산의적용가능한모델은다음과같다. 범용프 로그램 에서사용하는가우시안플룸모델은 < 부록 3> 을참조할수있다. (1) 가우시안플룸 (Gaussian plume) 모델 - 4 -

6 (2) 가우시안퍼프 (Gaussian puff) 모델 (3) 기타 2 공기보다무거운가스의확산모델은다음과같다. 범용프로그램 에서 사용하는 SLAB 모델은 < 부록 4> 을참조할수있다. (1) SLAB 모델 (2) BM(Britter & McQuaid) 모델 (3) HMP(Hoot, Meroney & Peterka) 모델 (4) Degadis 모델 (5) 기타 3-2. 화재모델 1 인화성액체가저장탱크나파이프라인에서누출되었을때, 액면 (Liquid Pool) 을형성하여발생하는액면화재 (Pool Fire) 모델은다음과같다. 범용프로그램 에서사용하는 CCPS 액면화재모델은 < 부록 5> 을참조할수있다. (1) CCPS 액면화재모델 (Center for Chemical Process Safety, 이하 CCPS) (2) TNO 액면화재모델 (Netherlands Organisation for Applied Scientific Research, 이하 TNO) (3) 기타 2 고압분출화재 (Jet Fire) 모델은다음과같다. 범용프로그램 에서사용하는 미국석유화학협회 (API) 고압분출화재 (Jet Fire) 모델은 < 부록 6> 을참조할수있다. (1) 미국석유협회 (API) 고압분출화재 (Jet Fire) 모델 (2) TNO 모델 (3) CCPS 고압분출화재 (Jet Fire) 모델 (4) 기타 - 5 -

7 3-3. 폭발모델 1 인화성의과열된액체 / 기체혼합물이대기중에누출되어점화원에의해점화된경우에일어나는비등액체폭발 (BLEVE)/ 화구 (Fireball) 를모사하는모델은다음과같다. 범용프로그램 에서사용하는 CCPS 제안모델은 < 부록 7> 를참조할수있다. (1) CCPS 화구모델 (2) TNO 모델 (3) 기타 2 대량의인화성가스또는인화성액체의누출에따른증기운폭발 (VCE) 예측에 사용되는모델은다음과같다. 범용프로그램 에서사용하는 TNO 멀티에너지 모델은 < 부록 8> 을참조할수있다. (1) TNO 멀티에너지모델 (2) TNO 상관모델 (3) TNT 당량모델 (4) 기타 제 4 장영향범위평가 4-1. 영향범위평가기준 영향범위를결정하기위한끝점 ( 종말점 ) 은다음각호에따른다. 1 독성물질 사고시나리오선정에관한기술지침 의 < 붙임1> 에서규정한끝점농도 (mg/l 또는 ppm) 에도달하는지점을영향범위의끝점으로한다. 2 인화성가스및인화성액체 - 6 -

8 - 폭발 : 1 psi 의과압이걸리는지점 - 화재 : 40 초동안 5 의복사열에노출되는지점 - 유출 누출 : 유출 누출물질의인화하한농도에이르는지점 4-2. 영향범위평가결과 1 영향범위예측결과에사용된예측모델을제시한다. 상용소프트웨어사용한경우해당소프트웨어명칭도함께제시한다. 2 영향범위예측결과자료에는누출량, 누출시간, 기상조건등영향범위계산에사용한예측모델기본자료및거리에따른과압, 복사열, 독성물질의농도등가상사고로인한영향범위를예측할수있는아래의자료가포함되어야한다. (1) 풍향, 풍속, 대기안정도, 대기온도, 대기습도등 (2) 누출물질의명칭, 양및누출속도 (3) 끝점 ( 종말점 ) 농도 (4) 영향범위예측결과 ( 가 ) 확산 - 거리에따른농도등 ( 나 ) 액면화재 - 액면의크기 ( 지름 ), 복사열에따른거리등 ( 다 ) 고압분출화재 - 불꽃의길이, 복사열에따른거리등 ( 라 ) 비등액체폭발 / 화구 - 화구의지름, 화구의높이, 화구의지속시간, 복사열에따른거리등 ( 마 ) 증기운폭발 - 거리에따른과압등 - 7 -

9 < 부록 1> 연속누출과순간누출분류 < 부록 2> 무거운가스와가벼운가스의분류 < 부록 3> 가우시안플룸모델 (Gaussian Plume Model) - 가벼운가스 < 부록 4> SLAB 모델 - 무거운가스 < 부록 5> 액면화재모델 (Pool Fire Model) < 부록 6> 고압분출화재모델 (Jetfire Model) < 부록 7> 비등액체폭발 (BLEVE Model) / 화구 (Fireball) 모델 < 부록 8> 증기운폭발모델 (Vapor Cloud Explosion Model) - 8 -

10 < 부록 1> 연속누출과순간누출분류 연속누출과순간누출의분류는누출물질의도달시간을기준으로다음과같이 분류한다. (1) 도달시간의산정, : 일정지점에의도달시간 (s) X : 누출원으로부터의거리 (m) u : 바람의속도 (m/s) (2) 연속누출과순간누출의분류 연속누출 : 인경우순간누출 : 인경우, : 누출시간 (s) 은사업장경계까지의도달시간을기준으로산정한다

11 < 부록 2> 가벼운가스와무거운가스의분류기준 가벼운가스와무거운가스의분류기준은다음과같다 (1) 연속누출인경우 무거운가스 : 인경우 가벼운가스 : 인경우 리차드슨수 ( : Richardson number) 는다음식을이용하여계산한다., : 리차드슨수 : 중력가속도 (9.8 m/s 2 ) : 누출되는물질의비중 (kg/m 3 ) : 대기온도에서공기의비중 (kg/m 3 ) : 지상으로부터 10m 높이에서의바람의속도 (m/s) : 체적누출속도 (m 3 /s) : 누출원의지름 (m) (2) 순간누출인경우 무거운가스 : 인경우 가벼운가스 : 인경우

12 리차드슨수 ( : Richardson number) 는다음식을이용하여계산한다., : 누출량 (m 3 )

13 < 부록 3> 가우시안플룸모델 (Gaussian Plume Model) - 가벼운가스 1. 확산모델링개요 Gaussian 플름모델은일반적으로공기보다가벼운기체의연속누출확산평가에 사용되며다음과같은가정하에정립된모델이다. 1) 연속누출 (Continuous emission) : 유해물질의누출량은시간당연속적으로발생하고이들누출속도는시간내내변하지않는다. 2) 질량의보존 (Conservation of mass) : 누출원으로부터일정거리떨어진관심지점까지유해물질이이동하는동안누출원으로부터누출되는누출물질의양은유지되고보전된다. 어떠한물질도화학반응에의해서없어지지않으며지표면에서의반응, 중력에의한하강, 난류영향에의해없어지지않는다. 난류소용돌이 (turbulent eddy) 에의하여지표면가까이에서누출된물질은다른후속의난류소용돌이에의하여지표면에서멀리다시확산된다고가정된다 (eddy reflection). 3) 정상상태조건 (Steady-state conditions) : 기상조건은시간에따라, 적어도누출원으로부터관심지점까지의이동시간동안은변하지않는다고가정한다. 보통상태하에서이가정을만족시키기는매우쉽다. 그러나약한바람이나멀리떨어진관측자에대하여서는이가정이만족되지못한다. 따라서가우시안플룸모델은대략 10km 가넘어가면결과의신뢰성을보장할수없는것으로알려져있다. 4) 바람단면방향및수직방향의농도분포 (Crosswind and vertical concentration distributions) : 일정거리에서의평균시간동안바람의단면방향이나수직방향에대해서농도프로파일은정규분포 ( 또는 Gaussian distribution) 를보인다고가정한다

14 2. 확산방정식 가우시안플름모델은다음과같은논리에의해계산된다. 먼저 σ 에 대해, WIND DIRECTION u H m rh PLUME CENTERLINE H E H S Q RECEPTOR POINT + z SIDE VIEW WIND DIRECTION u y PLUME CENTERLINE RECEPTOR POINT + OVERHEAD VIEW 그림 1. 연속누출의형태 ( 단면도및평면도 ), H E : 유효높이 (m) Q: 질량속도 (kg/sec) σ z : 바람수직방향의확산계수 (m) u: 실제누출높이 (H s ) 에서의바람의속도 (m/sec) H m : 혼합높이 (m)

15 수식 1 πσ σ σ σ σ σ σ σ σ 가되며, σ 에대해, 수식 2 π σ σ 를적용할수있다., C: (x,y,z) 에서누출물질의농도 (kg/m 3 ) H E : 유효높이 (m) Q: 질량속도 (kg/sec) σ y : 바람단면방향의확산계수 (m) σ z : 바람수직방향의확산계수 (m) u: 실제누출높이 (H s ) 에서의바람의속도 (m/sec) H m : 혼합높이 (m) N: reflection term의수 ( 일반적으로 3 또는 4의값을가짐, 무차원 ) 만약유효높이 HE과 z에대해, σ 이면, 은무시된다. 따라서, [ 수식 1] 은다음과같이간단해진다

16 수식 3 πσ σ σ σ σ 지표면에서의농도를계산하고자할때에는수박방향의높이 (z) 를 0 으로하고, σ 이므로, [ 수식 1] 은다음과같이표현할수있다. 수식 4 πσ σ σ σ 또한지표면에서의중심선농도는 y=z=0 으로놓고, σ 이므로, 다음식 과같이표현할수있다. 수식 5 πσ σ σ 유효높이가지표면근처가되고, 지표면에서의중심선농도를계산하고자하면 다음식과같이표현될수있다. 수식 6 πσ σ 또한유효높이가혼합높이보다크다면 ( ), 다음식과같이된다

17 수식 7 3. 연속누출에대한 Gaussian 모델의확산계수 Gaussian 플룸모델에서사용되는확산계수 σ 와 σ 은바람단면방향과바람수직방향에서의농도분포의표준편차를나타낸다. 이러한 σ 와 σ 에대한관계는일반적으로실험을통한방법으로증기운의농도와평균값을기초로개발된파라미터이다. 여기에는 3가지정도의확산계수가일반적으로사용되는데, 다음과같다. 1) Pasquill-Gifford 확산계수 2) Briggs Rural 확산계수 3) McElroy-Pooler( 또는 Briggs Urban) 확산계수그러나이중에서 Gaussian 모델에는대기안정도에따라구분되는 Pasquill-Gifford 확산계수가가장많이활용된다. Stability Category σ y (m) = x tanθ * θ = (c-d log e x) c d A B C D E F * σ y 는 m 단위를가지며 x 는킬로미터의단위를가진다. 표 1 Pasquill-Gifford 확산계수 σy 에대한관계

18 Stability Catagory x (km) σ z (m) = a x b * A ** < a >3.11 *** *** B ** < > C ** All D ** < > E ** < > F ** < b

19 * ** Stability Catagory x (km) σ z is in meters and x is in kilometers. σ z (m) = a x b * 표 2 Pasquill-Gifford 확산계수 σz 에대한관계 a > If the calculated value of σ z exceeds 5000m, set σ z equal to 5000m. *** σ z is equal to 5000m. b stability class σ y (m) * σ x (m) * A 0.22x( x) -1/2 0.20x B 0.16x( x) -1/2 0.12x C 0.11x( x) -1/2 0.08x( x) -1/2 D 0.08x( x) -1/2 0.06x( x) -1/2 E 0.06x( x) -1/2 0.03x( x) -1 F 0.04x( x) -1/ x( ) -1 * σ y, σ z, and x are in meters. 표 3 Briggs rural 확산계수에대한관계 stability class σ y (m) * σ z (m) * A 0.32x( x) -1/2 0.24x(1+0.01x) 1/2 B 0.32x( x) -1/2 0.24x( x) 1/2 C 0.22x( x) -1/2 0.20x D 0.16x( x) -1/2 0.14x( x) -1/2 E 0.11x( x) -1/2 0.08x( x) -1/2 F 0.11x( x) -1/2 0.08x( x) -1/2 * σ y, σ z,and x are in meters. 표 4 McElroy-Pooler 확산계수에대한관계

20 < 부록 4> SLAB 모델 - 무거운가스 1. SLAB 모델개요 SLAB 은물질, 에너지및모멘텀에대한보존식을풀게됨으로써증기운의확산을예측할수가있다. 이모델은다음형태들의무거운가스 (dense gas) 누출시나리오에대한모사를할수가있다. 1) 낮은모멘텀을가진지표면수준, 정상상태에서의풀에서의기화 2) 지면보다높은곳에서수평으로분출되는제트 3) 지면보다높은곳에서수직으로분출되는제트 4) 낮은모멘텀을가진순간누출 풀에서기화된경우 SLAB 모델은이를누출부의크기와초기모멘텀이다른 플룸으로가정하기때문에결국실제구동되는모델은정상상태의연속누출모 델이라고할수있다. SLAB 의적용범위와한계점은다음과같다. 1) 평균시간 (averaging time) 이 1시간이하인짧은시간의노출에적용가능 2) 장애물이없는평평한지형에만적용가능 3) 하나의물질이누출될시에만적용가능 4) 누출물질이비반응성이고침전되지않는다고가정 5) 물질이순수하게누출된다고가정 2 SLAB 모델계산누출시간이충분히길어바람방향으로정상상태가되었을때 SLAB 모델은연속누출에대한계산을행한다. 이것은풀어진보존식들이플룸의횡축단면으로평균됨을의미한다. 누출속도가 0으로되었을때, 플룸은증기운으로변하게된다. SLAB 모델은바람단면방향으로평균된지배방정식을풀게되고다음으로바람의

21 굴곡에대한보정을하게된다. 농도분포 는바람단면방향으로평균된파라미터들과실제의횡, 수직프로파일과이어맞추는변형을통하여얻어진다. 마지막으로독성영향을측정하고센서의반응을모사하기위해평균시간 에대한영향이포함될수있다. EVAPORATING POOL RELEASE HORIZONTAL AND VERTICAL JET RELEASE INSTANTANEOUS OR SHORT DURATION EVAPORATING POOL RELEASE STEADY STATE PLUME DISPERSION MODE SOURCE REGION CALCULATION STEADY STATE PLUME DISPERSION MODE NEAR FIELD REGION CALCULATION TRANSIENT PUFF DISPERSION MODE TIME AVERAGRD VOLUME CONCENTRATION 그림 1 SLAB 의개략도

22 2-1. 누출원누출원은풀의기화, 수평방향의제트, 수직방향의제트등을포함하고있다. 풀의기화로부터의누출은일정시간동안의지표면수준으로부터정상상태플룸을형성한다. 누출되는증기는화합물의끓는점과같은온도로나오게된다. 누출원의면적 를모를경우다음식을이용하여기화속도 로부터계산된다. 수식 1 ρ A : 누출원의면적 (m 2 ) q : 누출질량속도 (kg/sec) 0 : 끓는점에서증기밀도 (kg/m 3 ) u 0 : 기화속도 (kg/sec) 수평방향제트에서누출원은바람의방향과직교하는면적에서나오게되게흐르는방향은바람방향을향한다. 누출되는물질은하나의화합물이며부분적으로액체이거나증기이다. 수직방향제트의누출원은수직방향으로향하게되고누출물질은수평방향제트와유사하게하나의화합물이며부분적으로액체이거나증기이다. SLAB 확산모델은바람단면방향누출을다룰수없기때문에, 제트가초기에상승되어바람방향으로굽어지는것은 1차원적분모델인 HMP 모델을이용하여모사된다. 상승되어구부러진플룸이하강하는단계, 지표면에부딪히는단계, 플룸의슬럼프단계그리고원거리거동은 shallow layer 확산알고리듬을사용하여설명을하게된다. SLAB 모델과 HMP모델을연결시키는단계는다음과같다. 최대로플룸이상승했을때의농도 은 HMP 모델로계산을하고바람단면방 향으로평균된농도 은다음식으로계산된다. 수식

23 c(x r ) : 평균농도 (g/m 3 ) c r : 농도 (g/m 3 ) 이식을유도하기위해서는농도프로파일이 Gaussian 으로가정되고그결과바람단면방향으로평균된농도는 에 가곱해진다. 이식의나머지항들은 이큰경우 을만들기위해필요하다. SLAB에서는밀도가큰물질이누출되어바람방향플룸속도가풍속 ( ) 보다아주작은경우보정을하게된다. 수식 3 u(x r ) : 평균풍속 u a : 풍속 (m/sec) m : 질량농도 (kg/m 3 ) Cf : 마찰력계수 는마찰력계수로 0.02 의값을가지며 은다음과같이정의되는 질량농도이다. 수식 4 μ μ μ μ m : 질량농도 (kg/m 3 ) c(x r ) : 평균농도 (g/m 3 ) μ a : 대기의분자량 (kg/kmol) μ s : 누출물질의분자량 (kg/kmol)

24 μ 와 μ 는각각화합물과주변공기의분자량을나타낸다. SLAB 은내부계산에 미터단위를이용하기때문에부피농도 는질량농도로전환되어야한다. 최대로플룸이상승했을때를완전히설명하기위해서는플룸의폭의반인 와 높이와중심높이 가결정될필요가있다. 첫째로최대상승높이에서플룸의 단면적은다음과같다. 수식 5 ρ Ar : 최대상승높이에서플룸의단면적 (m 2 ) q : 누출질량속도 (kg/sec) ρ : 누출물질의밀도 (kg/m 3 ) u : 누출속도 (kg/sec) m : 질량농도 (kg/m 3 ) 는누출되는물질의질량속도이다. 높이는폭의 60% 로가정된다. 수식 6 b y : y방향플룸의폭 (m) b : 플룸폭의 1/2 (m) Ar : 최대상승높이에서플룸의단면적 (m 2 ) b 0 : 초기플룸의폭 (m)

25 최대로플룸이상승했을때의플룸의중심높이는 Δ 이된다. 플룸이상승하는영역에서플룸중심의궤적 는타원형의식으로설명된다. 수식 7 Δ Δ h(x r ) : 플룸의중심높이 (m) h s : 플룸의초기높이 (m) Δ h r : 플룸상승높이 (m) x : x방향위치 (m) xr : 풀름의중심거리 (m) 가벼운기체가누출되어확산되는경우는 SLAB 모델대신 Gaussian 플룸모델을 사용하는것이더좋다 누출에대한식들바람단면방향으로평균된플룸의특성들은지배방정식을수치적분한 SLAB 모델내에서계산된다. 그식들은다음과같다. 1) 전체질량, 누출된화합물의질량, 모멘텀벡터그리고에너지의바람단면방향으로평균된식들 2) 플룸의폭과높이에대한식들 3) 상태식과여러가지의열역학적식들 이식들은바람방향으로적분되어져풀어지게된다. 플룸내의온도, 밀도, 기 / 액분율은서로연결된정도가심하기때문에에너지보존식들과열역학적인식들은동시에풀어져야한다. 다른보존식들과플룸에대한식들은편미분방정식들이다. 이것들은 Runge-Kutta 방법으로수치적분으로풀게된다. 플룸의평균속도와

26 같은평균된양들은 Simpson 룰을사용하여구해진다 바람단면방향으로평균된보존식들 플룸에대한화합물, 전체질량, 에너지보존식들은다음과같다. 수식 8 ρ ρ ρ ρ ρ m : 질량농도 (kg/m 3 ) ρ : 누출물질의밀도 (kg/m 3 ) u : 풍속 (m/sec) A : 누출원의면적 (m 2 ) a : 대기의밀도 (kg/m 3 ) b y : y방향플룸의폭 (m) w e,t : y축방향 entrainment (m/s) b z : z축방향플룸의폭 (m) w e,e : z축방향 entrainment (m/s) C p,a : 대기의열용량 (J/K -1 ) T : 누출물질의온도 (K) Ta : 대기온도 (K) E pc : 상변화에너지 (J) E gh : 열플럭스항도 (J) 바람방향속도플룸의 에대한모멘텀보존식은다음과같다. 수식 9 ρ ρ ρ

27 m : 질량농도 (kg/m 3 ) ρ : 누출물질의밀도 (kg/m 3 ) u : 풍속 (m/sec) A : 누출원의면적 (m 2 ) a : 대기의밀도 (kg/m 3 ) g : 중력가속도 (m/s 2 ) b z : z방향플룸의폭 (m) u a : 풍속 (m/sec) by : 플럼유효폭 1/2 (m) W e,t : 대기난류에의한 entrainment (m/s) b z : z방향플룸의폭 (m) W e,e : 횡측방향 entrainment (m/s) fx : x축방향속도플럭스 그리고측방향으로중력에의한퍼짐 에대한식은 수식 10 ρ ρ ρ : 누출물질의밀도 (kg/m 3 ) u : 풍속 (m/sec) uy : 측면퍼짐상수 A : 누출원의면적 (m 2 ) g : 중력가속도 (m/s 2 ) a : 대기의밀도 (kg/m 3 ) b z : z방향플룸의폭 (m) fy : y축방향속도플럭스 상승된플룸에대하여플룸의높이 가작아지는것은모멘텀식으로설명된다. 수식 11 ρ ρ

28 ρ : 누출물질의밀도 (kg/m 3 ) u : 풍속 (m/sec) uy : 측면퍼짐상수 A : 누출원의면적 (m 2 ) g : 중력가속도 (m/s 2 ) a : 대기의밀도 (kg/m 3 ) fz : z축방향속도플럭스 중력에의한퍼짐현상에대한식은상승된플룸에대해서는필요하지않다 풍속프로파일 entrainment 속도와플럭스항들 ( 마찰력, 지표면의열플럭스 ) 은주변바람의함 수이다. SLAB 에서는구배 (gradient) 로부터풍속프로파일이구해진다. 수식 12 ua : 풍속 : (m/sec) uy : 측면퍼짐상수 u * : 마찰속도 (m/sec) k : 0.41 z : 높이 (m) L : Monin-Obukhov 길이 hi : 혼합층의높이 (m) f m : Monin-Obukhov 함수 f i (z/h i ) : 혼합층함수 SLAB 에서혼합층함수 f i (z/h i ) 는

29 수식 13 f i (z/h i ) : 혼합층함수 z : 높이 (m) hi : 혼합층의높이 (m) 모멘텀 Monin- Obukhov 함수 은 에의해결정된다. 함수 은다 음과같이근사된다. 수식 14 : 모멘텀 Monin- Obukhov 함수 z : 높이 (m) L : Monin-Obukhov 길이 과 에대한식을대입하여적분하게되면다음의속도식이나온다. 수식 15 ua : 풍속 : (m/sec) u * : 마찰속도 (m/sec) k :

30 z : 높이 (m) L : Monin-Obukhov 길이 z 0 : 누출지점의높이 (m) 는그파라미터들의함수이다. SLAB 에서는 100m 높이에서 는거의차이가 없다는가정을하게된다. 지표면근처에서는식 14 는의미없는결과를주게되 고작은높이 ( ) 에서 는다항식으로주어진다. 수식 16 ua : 풍속 : (m/sec) C 1, C 2, : 풍속산정상수 z : 높이 (m) 상수 과 는 와 가 일때연속적일때구해진다. dense gas 가받는평균풍속은다음과같다. u a : 풍속 : (m/sec) b z : z방향플룸의폭 (m) z : 높이 (m)

31 2-5. entrainment 속도 수직 entrainment 속도는다음과같이정의된다. 수식 17 κ W e,t : 대기난류에의한 entrainment (m/s) k : 0.41 b z : z방향플룸의폭 (m) f i : 혼합층함수 fh : Monin-Obukhov 프로파일함수 : 증기운내부의마찰속도값 L : 누출물질의 Monin-Obukhov 길이 (m) 수식 18 fh : Monin-Obukhov 프로파일함수 b z : z방향플룸의폭 (m) L : 누출물질의 Monin-Obukhov 길이 (m) 마찰속도 는다음그림 2 와같은복잡한과정을거쳐계산된다. 횡축방향과바람방향 entrainment 속도는 수식

32 W e,e : 횡측방향 entrainment (m/s) W e,e,s : 대기층류에의한 entrainment (m/s) W e,e,t : 대기난류에의한 entrainment (m/s) 는전단 (shear) 항이다. 횡축방향 entrainment 는증기운과주위공기와의전 단력에의한것으로서다음과같이주어진다. 수식 21 κδ Δ 는플룸과주위공기와의속도차이이다. 바람방향 entrainment 에대하여전단력은높이에따른풍속의증가에의한것으 로다음과같이복잡한식으로주어진다. 수식 22 κ σ σ W e,e,s : 대기층류에의한 entrainment (m/s) u* : 마찰속도 (m/sec) k : 0.41 f m : Monin-Obukhov 함수 h : 측정높이 (m) f i : 혼합층함수 σ z : 가우시안 z축대기안정도상수 La : 대기의 Monin-Obukhov 길이 (m) hi : 혼합층의높이 (m)

33 Δ ρ ρ Δ ρ ρ 그림 2 마찰속도 구하는과정 는대기난류에의한 entrainment 이고바람단면방향과바람방향에대해 동일하다. 수식 23 W e,e,t : 대기난류에의한 entrainment (m/s) u : 풍속 (m/sec) t av : 평균시간 (sec) fs : Monin-Obukhov 길이보정함수 fp : 평균시간보정함수 L : Monin-Obukhov 길이 b : 플룸폭의 1/2 (m)

34 는 ( 시간의존적인증기운에대한바람방향 ) 이나 ( 바람단면방향 ) 와같다. 수식 24 fs : Monin-Obukhov 길이보정함수 u * : 마찰속도 (m/sec) ua : 풍속 : (m/sec) m L : Monin-Obukhov 길이 수식 25 fp : 평균시간보정함수 t av : 평균시간 (sec) t min : 최소평균시간 (sec) t i : 누출물질의대기와의혼합도달시간 (sec) 최소평균시간 은 10 초이다. 모든 dense gas 효과가사라지는 passive gas 가누출되는경우 SLAB 은표준확 산계산으로부터얻어진값에대응하는증기운의농도와크기를보여준다 모멘텀항

35 SLAB 모델의모멘텀식에있는속도플럭스항은 Zeman 의연구업적으로부터적용된것이다 [1982]. 이것들은속도와 gravity currents u, u x, u y, u z 를결정하기위해필요하다. 수평속도플러스 f x 와 f y 는누출물질의윗면에서의 drag 항과지표면과의마찰에의한항으로구성되어있다. 수식 26 ρ Δ Δ ρ ρ ρ ρ : 누출물질의밀도 (kg/m 3 ) b y : y방향플룸의폭 (m) u * : 마찰속도 (m/sec) ua : 풍속 : (m/sec) ρ a : 대기의밀도 (kg/m 3 ) 위의식은플룸과증기운의경우와는조금다르다. 플룸의경우, 속도항 f x 는 dense gas 의바람방향움직임에적용되고, f y 는바람단면방향으로중력에의한퍼짐현상을결정한다. cloud 의경우에는, f x 항은평균바람방향속도 u를결정하고, f y 항은바람방향과바람단면방향모두에서, 증기운의중심에관한중력에의한퍼짐현상을결정한다. 수직이동에의한항 f z 는지표면누출과는무관하다. 이것은수직속도가수직모멘텀식없이다른식들로부터직접적으로계산될수있기때문이다. 수식 27 ρ Δ ρ : 누출물질의밀도 (kg/m 3 ) b y : y방향플룸의폭 (m) u * : 마찰속도 (m/sec)

36 ua : 풍속 : (m/sec) 상승된플룸이나증기운의수직움직임 u z 는다음식으로주어지는 drag 항으로 모멘텀식을계산해서얻을수있다. 수식 28 ρ ρ : 누출물질의밀도 (kg/m 3 ) b z : Z 방향플룸의폭 (m) 전에설명했던것과같이, f y 는상승된플룸에는필요하지않다 열플럭스항 열플럭스항도 Zeman 의연구로부터구한다. dense gas 와지표면사이의열교환 은에너지식에서다음처럼표시된다. 수식 29 ρ E gh : 열플럭스항도 ρ : 누출물질의밀도 (kg/m 3 ) b y : y방향플룸의폭 (m) Ta : 대기온도 (K) T : 누출물질의온도 (K) 효율적인열교환속도 는실험적인속도이며, 증기운내의마찰속도 처럼다른양으로도나타난다. 그것은다음과같이주어진다

37 수식 30 lofted cloud 의경우 는 0 이다 열역학적모델 SLAB 모델은대기의액체와기체의혼합물이확산하는동안일어나는열역학적인과정에대한부모델 (sub 모델 ) 을포함하고있다. 부모델은누출되는화합물과수증기의상변화에만국한되어있다. SLAB 모델에영향을주는습기가포함될경우에는질량보존식이건조한공기나물에경우에더해져야한다. 완전한시스템에대한상태방정식은다음과같다. 수식 31 ρ ρ α γ Ta : 대기온도 (K) T : 누출물질의온도 (K) 계수 α l 과 γ l 은다음식들에의해결정된다. 수식 32 α μ μ μ μ μ μ μ γ ρ ρ ρ ρ m은질량농도이고 μ 는분자량이다. 이것들은아래첨자 2로표시된다. 첫번째아래첨자는 'a', 'w' 또는 s' 이며, 물질이건조한공기, 물, 화학물질인지를각각나타낸다. 첫번째아래첨자와콤마로구분되는두번째아래첨자는 v' 또는 l' 이며, 물질이기체인지액체인지를나타낸다. 위첨자는물질을나타낸다

38 예를들어, 는주위공기에있는수증기의질량농도를의미한다. 기체의농도는화학물질과물의경우를각각나누어서계산해야한다. 이것은각물질의부분증기압이포화증기압, 전체질량부분이기체상태일때의부분압력중더작은것의증기압과같다는것을의미한다. 단일물질의경우, 완전기화 (m l =0) 후의부분압력은다음과같다. 수식 33 μ ρ ρ ρ γ R 은기체상수이다. 포화압력은다음과같이표현된다. 수식 34 P S : 초크압력 (Pa) P a : 대기압력 (Pa) C A, C B, C C : 포화압력상수 T : 누출물질의온도 (K) 전체질량농도를 m 으로나타내면, the local equilibrium condition 은 vapor 의 농도를다음처럼나타낸다. 수식 35 m v : 기체의농도 (g/m 3 ) m : 전체질량농도 (g/m 3 )

39 P S : 초크압력 (Pa) P : 누출압력 (Pa) 에너지식과열역학적상태방정식사이에는강한결합이존재한다. 상변화에너지 E pc 가연결항이며, 이것은바람방향거리당 ( 연속누출 ) 또는시간적분당 ( 순간누출 ) 플룸내의액체물질의변화에의존한다. 연속누출에대하여 E pc 는다음과같이표시된다. 수식 36 ρ Δ Δ E pc : 상변화에너지 A : 누출원의면적 (m 2 ) ρ : 누출물질의밀도 (kg/m 3 ) u : 풍속 (m/sec) Δ H w : 증기의증발잠열 (kj/kg) Δ H S : 누출물질의증발잠열 (kj/kg) m w,1 : 증기의초기질량농도 (g/m 3 ) m s,1 : 누출물질의초기질량농도 (g/m 3 ) 2-9. 플룸 meandering 평균적인바람의방향주위에서의불규칙적인중심부분의변동은보존법칙, 플룸의구조에대한식및열역학적식들에대한수치적해에서무시된다. 플룸 meandering 이라불리는이러한효과는 t av 가증가하면서플룸의유효폭의반인 b y,m 가증가하게된다. 수식 37 σ

40 by,m : 플럼유효폭 1/2 (m) b y : y방향플룸의폭 (m) r : 플룸의반지름 (m) C av : 평균파라미터 σ y : 플룸 meandering 이없을때, passive 기체플룸에대한표준편차 t av : 평균관측시간 (sec) 평균파라미터 C av 는다음과같이정의된다. 수식 38 t av : 평균시간 (sec) t min : 최소평균시간 (sec) The exponential function exp 는 t av 가 0 이될때, 평균파라미터는 1 이되게 하기위해필요하다. 왜냐하면이러한경우에, b y,m 과 b y 가서로같아야하기 때문이다. 유효최소평균시간 t min 은 10 초이다 차원에서공간적인농도분포 SLAB 플룸모델은단지바람단면방향으로평균된특성들을계산하고높이 b z 와바람단면방향폭의반인 b y 를결정한다. 파라미터 b y 와 b z 는특정한농도레벨에해당하는것이아니고, dense gas를포함하는표면에대해설명하는것이다. 이것은사용자가자신의목적에맞는농도분포를구현할수있게해준다는것을의미한다. 초기의정상상태누충의연구에서 Ermak et al.[1982] 는이차분포를사용했으나 SLAB은분포가수평, 수직단면에서 Gaussian 임을가정한다. 수식

41 σ b y : y방향플룸의폭 (m) b z : z방향플룸의폭 (m) C(x) : 평균부피농도 σ z : 가우시안 z축대기안정도상수 평균부피농도 c(x) 는다음식에의해서질량농도와연결된다. 수식 40 μ μ μ μ μ s : 누출물질의분자량 (kg/kmol) μ a : 주위공기의분자량 (kg/kmol) 함수 F y (y,y b,c y ) 는다음과같이정의된다. 수식 41 erf : 에러함수 y b, C y : 모양파라미터 함수 F z (z,,h,σ z ) 는다음과같이정의된다. 수식 42 σ σ σ πσ

42 h 는높이파라미터이고 σ z 는수직폭의반에대한파라미터이다. 수직 프로파일함수는다음과같이정의된폭과함께, 지표면에서의누출 (h <= 0.5 b z ) 과지표면보다높은곳에서의누출 (h > 0.5b z ) 모두를고려한것이다. 수식 43 σ σ 온도분포에대한완전한해석을얻기위해서는많은수의추가적인증기운의 구조방정식들이필요하다. 확산플룸의경우다음과같이정의된다. 수식 44 ρ ρ W e,e : 횡측방향 entrainment (m/s) a : 대기의밀도 (kg/m 3 ) uy : 측면퍼짐상수 b y 와 h 의초기조건들은누출원의차원인 b o 와 h s 또는플룸의상승에대한식 들에서얻어진다. y b 의초기조건은 b y 의초기조건의 0.9 배이다 시간평균의영향마지막단계는 t av 시간동안위치 (x,y,z) 에서시간평균을취하는것이다. 평균시간 t av 는입력파라미터이며, 이것은평균농도레벨의계산의회수를노출의경우와다르게하기위함이다. 시간평균된부피농도 C av 는부피농도 c(x,y,z,t) 를시간

43 에대해평균을구해서얻을수있다. t av : 평균시간 (sec) 반복계산시경계조건은 t pk ± 0.5 t av 이며, t pk 는최대농도의시간이다. 정상상태의경우에는시간평균은필요없다. z Sou rce Cloud W Δx W i n d u w h x y V V Volume element (height h, width B, 그림 3 SLAB 에서의연속누출의경우확산형태

44 < 부록 5> 액면화재모델 (Pool Fire Model) 1. 액면화재모델개요인화성액체가저장탱크또는파이프라인으로부터유출되었을때액체액면이형성된다. 액체액면이형성되면액체의일정부분이기화되고발화상한과발화하한사이의농도에있는기화된인화성물질이발화원을만나게되면액면화재가발생할수있다. 액면화재로부터의열복사는액면화재영역근처의지역에서인명과물체에대한잠재적인피해를예측하기위해서사용된다. 본문서에서는이상의액면화재로인한열복사열을산정하기위해 CCPS (Center for Chemical Process Safety) 에서제안한모델을기술한다. 2. 모델전개 CCPS 액면화재모델은최소직경이 1m이상되는 Pool 을가정하며일정한속도로액면이기화되면서연소된다고가정한다. 이때화염에의해액면이타들어가는속도 (Burning Rate) 는다음과같이유도된다 풀의연소및발생열량 수식 1 max m ax : 액체표면높이의감소율 (m/s) : 전체연소열 (kj/kg) : 수정된증발열 (kj/kg) 이때연소에의해증발되는증발열은다음과같이유도된다

45 수식 2 : 액체의증발잠열 (kj/kg) : 액체의끓는점 (K) : 대기온도 (K) : 액체의열용량 (kj/kg K) 2-2. 풀의크기대부분의인화성액체를저장하고있는용기는방류벽 (Dike) 등을가지고있어 Pool 의크기가제한되나누출된양이적거나방류벽이없는경우풀의직경은다음과같이계산된다. 수식 3 max max : 평형 Pool size (m) : 액체의누출부피속도 (m 3 /s) : burning rate (m/s) 풀의자연적인직경이방류벽보다크면방류벽의직경을사용하고그렇지않으 면위수식 3 으로계산된직경을풀의직경으로사용한다 화염의높이 풀이원형이라고가정할때액면화재에대한화염의높이는다음과같이유도된다

46 수식 4 : 화염의높이 (m) : 평형 Pool size (m) : mass burn rate (kg/m 2 s) : 공기의밀도 (, 1atm 에서 1.2 ) : 중력가속도 ( ) 이때질량연소율 (mass burn rate kg/sec) 는다음과같이계산된다. 수식 방출열량및복사열 CCPS 액면화재모델은화염의중심으로부터열량이관심거리에도달하는것을 가정하며관심거리에서의복사열은다음과같은수식으로표현된다. 수식 6 : 대상이받는 Thermal Flux (kw/m 2 ) : 대기전달률 : 수증기분압 (Pa) : 화염표면에서부터의거리 (m) : 연소로인한총에너지발생률 (kw)

47 : Point source view factor (m -2 ) : 연소에너지의복사율 (0.15~0.35) : mass burning rate (kg/sec) : 연소열 (kj/kg) : Pool 의넓이 (m 2 ) 수식 7 : 화염으로부터의거리 (m) : 화염의중심높이 (m)

48 < 부록 6> 고압분출화재모델 (Jetfire Model) 1. 고압분출화재모델개요고압분출화재모델은인화성물질이고압으로분출과동시에점화되면서발생하는화염의열량을산정하기위한모델이다. 고압분출화재모델은고압에의해화염이분출되므로바람의영향을거의받지않으며화염이길이가열량산정의중요한요소이다. 본문서에서는미국석유화학협회 (API) 에서제시한고압분출화재모델을기술하며이는 API521 코드에수록되어있다. 2. 모델전개 API521 고압분출화재모델은설비설계시이격거리를산정하기위해고안되었으며이격거리를관심거리로해석하여적용할수있다. 이격거리에대한수식은다음과같다 이격거리 수식 1 : 화염으로부터의최소이격거리 (m) : 대기투과율 ( 무단위 ) : 에너지의복사율 ( 무단위 ) : 전체열방출량 ( 저위반응열 ) (kw) : 복사열강도 (kw/m 2 )

49 2-2. 화염의길이 API521 고압분출화재모델에서화염의길이는실험에의해화염의길이는누출된 물질의총열량과의비례식으로표현된다. 그림 1 API521 모델의화염길이산정표

50 이상의산정표대신다음의수식을사용할수있다. 수식 2 L : 화염의길이 (m) F dis : 누출률 (kg/sec) : 연소열 (J/kg) 2-3. 복사열 API521 고압분출모델화염의중심으로부터열량이관심거리에도달하는것을 가정하며관심거리에서의복사열은다음과같은수식으로표현된다. 수식 3 : 대상이받는 Thermal Flux (kw/m 2 ) : 대기전달률 : 수증기분압 (Pa) : 화염중심에서부터의거리 (m) : 연소로인한총에너지발생률 (kw) : Point source view factor(m -2 ) : 연소에너지의복사율상수 (0.15~0.35) : 누출률 (kg/sec) : 연소열 (kj/kg)

51 < 부록 7> 비등액체폭발 (BLEVE) / 화구 (Firebal) 모델 1. 비등액체폭발모델개요비등액체폭발은인화성의과열된액체 / 기체혼합물이대기중에누출되어점화원에의해점화된경우에일어나게된다. 대부분의비등액체폭발은화구에의한복사열을발생시키기때문에화구모델 (Fire Ball) 이라고도한다. 본문서에서는 CCPS 에서제시한화구모델을기술하며, 이는 Guidelines for Vapor Cloud Explosion, Press Vessel Burst, BLEVE and Flash Fire Hazard, 2 nd 에수록되어있다. 2. 모델전개 CCPS 에서는화구로인해서일정지점에서받게되는복사열을계산하기위해다음 식을제시하였다. 수식 1 τ I th : 흑체 (black body) 가받는복사량 (kw/m 2 ) : 대기투과율 transmissivity ( 무단위 ) : 뷰인자 - Geometric view factor (m -2 ) E : 화구표면 Flux (kw) 이를그림으로나타내면다음과같다

52 D max H fireball x x s target x g 그림 1 비등액체폭발, E(surface-emitted flux), τ (transmissivity), F(Geometric view factor) 는 각각다음의의미를가진다. E(surface-emitted flux) 는다음식으로표현된다. 수식 2 β π E : 화구표면플럭스 (kw/m 2 ) M : 폭발물질의총량 (kg) D : 화구의직경 (m) H c : 폭발물질의연소열 (kj/kg) t fireball : 화구지속시간 (sec) β : 복사열분율 (0.24 ~ 0.4) τ (transmissivity) 는화염과노출된사람이나물체간의대기로인해서얼마만큼 의복사열이흡수 / 반사되는지를고려하기위한변수이다. 투과율은불과노출된

53 사람 / 물체간대기의수증기량에의존하는함수이다. 포화수증기압력에상대습도와화염에서노출물까지의거리를곱한값을독립변 수로하여투과율은 TNO(1979) 에주어진다음그래프로구할수있다. 그림 2 투과도그래프 또는, 앞에서제시된다음의식을이용하여투과도를구할수도있다. 수식 3 τ : 대기투과율 ( 무단위 ) P pw : 부분수증기압 (Pa) X s : 화염표면에서타겟까지거리 (m) 또한액면화재모델링의경우와마찬가지로제트화재에서도투과율을나타내 는식에서계수와인자의값을보정해주었다. 구형화구의경우, 뷰인자는다음식으로주어진다

54 수식 4 F : 뷰인자 (m -2 ) D max : 화구의최대직경 (m) x : 화구의중심에서관심지점까지의거리 (m) 화구로인한복사열을계산하기위해서는우선화구의최대반경, 화구의지속시 간, 지면에서화구까지의높이를구해야하는데, 각각은다음식으로표현된다. 수식 5 M : 폭발총량 D max : 화구의최대직경 (m) t fireball : 화구지속시간 (sec) H fireball : 화구중심의높이 (m) 비등액체폭발모델은다음의가정을기반으로한다. - 모델식은실험적으로얻어진실험식이다. - 화구의크기결정에영향을미칠수있는대기중산소의양은무시한다. - 대기중에존재하는이산화탄소와먼지, 탄소등으로인한투과도의감소는고려하지않는다. 화구로인한복사열을구하기위해사용된모델의순서도는다음과같다

55 Fireball Input m(total mass), Ta(amb.temp.), RH(relative humidity), x(recep. dist) Fireball Parameter Dmax, tfireball, Hfireball 계산 E(Surface emitted flux) 계산 F(Geometric view factor) 계산 Transmissivity 계산 Ith (Thermal flux) 계산 그림 3 비등액체폭발의열플럭스를계산하는순서도

56 < 부록 8> 증기운폭발모델 (Vapor Cloud Explosion Model) 1. 증기운폭발모델개요증기운폭발은대기중에누출된인화성기체가점화하여폭발되는현상으로높은과압 (Overpressure) 를동반하여사람이나구조물에피해를입히는현상이다. 본문서에는 TNO Multi-Energy 모델을기술하며, 이는 Methods for the calculation of physical effects due to releases of hazardous material(liquids and gases)(cpr 14E) 에수록되어있다. TNO Multi-Energy 모델의특징은다음과같다. - 폭발에너지가가연지역의가스밀집정도에의존 - 밀폐되어공간이제한되거나장애물이존재하는경우, 실제증기운 (Vapor cloud) 이차지하는영역만이폭풍 (Blast) 에기여할것이라고가정 2. 모델전개 2-1. 증기운크기결정사고가발생했을시, 인화성기체의구름과그구름속의물질량 (Mass quantity) 을결정한다. Pool Fire의경우에는증발속도와시간의곱으로물질량이결정된다. 증기운의최종부피 V c 는밀도, 양론적농도 ( 반응을위한최소농도 ) c s, 가연물의질량Q ex 의식으로표현될수있다. 수식 1 V c : 증기운의최종부피 (m 3 ) Q ex : 가연물의질량 (kg)

57 : 가연물의밀도 (kg/m 3 ) : 양론농도 (Vol.%) 2-2. 장애물이차지하고있는부피결정 장애물이차지하고있는구역의부피 V gr 를계산하여, 장애물이없는부피 V o 를 구한다. 수식 2 V c : 증기운의최종부피 (m 3 ) V gr : 증기운내부의장애물부피 (m 3 ) V o : 장애물이차지하고있지않은증기운부피 (m 3 ) 2-3. 폭발반경결정 반구형으로폭발한다고가정하고, 다음식을계산하여반지름 를계산한다. (E v 는대부분의탄화수소에서 MJm 값을가진다.) 수식 3 r : 증기운의반지름 (m) E : 가연물의연소에의해방출되는에너지총량 (J) E v : 단위부피당연소에너지 ( 탄화수소의경우평균 3.5MJm ) 2-4. 환산거리계산 TNO-Multi Energy 모델은실험에의한그래프를통해환산거리 r 을계산한다. 각각의그래프의 Class 는각각의공간을나누어빈공간에대하여 1, 연료가차

58 있는공간에대하여 3, 장애물에대하여 10 을적용하여조합하여야하지만일반 적으로 7 로가정하여사용할수있다. Class 산정방법은표 1 에자세히표현하 였다. 환산거리 r 및 Peak side-on overpressure P s 는다음과같다. 수식 4 E : 가연물의연소에의해방출되는에너지총량 (J) p a : 대기압력 (Pa) r : 폭발중심으로부터의환산거리 ( 무단위 ) r : 폭발중심으로부터의거리 (m) P s : 최대과압 (Pa) P s : 환산최대과압 ( 무단위 ) Blast ignition energy 장애물밀폐여부 strength Class category Low High High Low No Confined Unconfined 표 1 TNO Multi Energy Class 산정지표

59 환산거리를환산최대과압과의상관관계는아래그림과같다. 그림 1 환산거리와폭발등급에따른과압곡선

60 참고문헌 1. An Atmospheric Dispersion Model For Denser Than Aur Release (1990) 2. Guidelines for Chemical Process quantitative Risk analysis, 2nd (1999) 3. Methods for the calculation of physical effects due to releases of hazardous material(liquids and gases) (2005) 4. Pressure-relieving and Depressuring Systems, API STANDARD 521 (2007) 5. Air Pollution Dispersion Glossary (2009) 6. Guidelines for Vapor Cloud Explosion, Press Vessel Burst, BLEVE and Flash Fire Hazard, 2nd (2010) 7. Chemical Process Safety Fundamentals with application, 3rd (2012) 8. KOSHA GUIDE(P ) 사고피해예측기법에관한기술지침, 한국산업 안전보건공단