Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 31, No. 5, pp. 54-60, October 2016 Copyright@2016 by The Korean Society of Safety (pissn 1738-3803, eissn 2383-9953) All right reserved. http://dx.doi.org/10.14346/jkosos.2016.31.5.54 이정윤 김홍 호서대학교일반대학원환경안전기술융학학과 (2016. 9. 27. 접수 / 2016. 10. 15. 수정 / 2016. 10. 19. 채택 ) Fire Characteristics for Spill Rate of Light oil and Methanol Jung Yun Lee Hong Kim Department of Convergence Technology for Safety and Environment, Graduate School of Hoseo University (Received September 27, 2016 / Revised October 15, 2016 / Accepted October 19, 2016) Abstract : In this study, tank truck incidents of road transport of hazardous materials to experimental investigated the potential fire hazard. Real scale fire was to perform experiments for on this qualitative and quantitative data collection and analysis. Particularly affected by radiant heat from the flames caused and damage estimates range investigated accordingly. Flame temperature, internal temperature of tank and emitted radiation from the flames was investigated. The flame of light oil spill caused a fire at a temperature of about 300 high in comparison with the methanol by combustion of diesel and methanol, according to the difference, the flame duration changes varies depending on the Burning rate. Depending on spill rate(30, 60, 90 and 120 min) and the longer the duration of the flame important factors for the internal temperature of tank lorry rise was found. Road accident in a fire caused by leakage of hazardous was could the higher the damaged. Therefor, Fire suppression activities should be required in particular to be around. Key Words : tank lorry fire, spill rate, spill fire, fire characteristic, fire period 1. 서론 세계적으로환경보호정책에따라전기자동차와하이브리드자동차의보급이확대되고있으나, 국내차량운행대수의증가와경유차량의인기에의해경유소비가증대되고있으며, 한국석유공사자료에따르면지난 2016 년 5 월에경유소비량이사상최고치를경신하였다 1). 또한전자제품 / 반도체칩의제조, 폐수처리, 연료전지에사용등을포함한화학, 식품공업에사용되는메탄올은화학중간물질로활용됨에따라그사용처 / 활용처발굴에따라사용량또한증가되고있다. 이렇게사용량이증가될수록운송량이증가될수밖에없는데, 경유는정유소에서저유소까지송유관으로이송하지만두물질모두주유소 / 사용처까지의운송은탱크로리를사용하고있다 2). 따라서본연구에서는경유와메탄올운송을위한이동탱크로리의도로운행중사고발생시적재가연 물의유출로인한화재위험성을고찰하고이에관한정성적, 정량적인 Data 를수집및분석하기위하여 real scale 화재실험을하고자한다. 2. 실험장치및방법 본연구에서는이동탱크로리적재가연물의유출화재시도로에확산되는화염에의한도로상부온도와탱크로리주위온도를측정하기위하여화재온도측정장치 (Multiscan/1200TM) 를사용하였다. Fig. 1 과같은위치에 26 개의 K-type thermocouple 을지면으로부터 0.8, 1.6 m 높이로설치하였고전용컴퓨터프로그램을통하여 data 를 15 sec 간격으로기록하였다. 화염으로부터방출되는복사열유속을측정하기위하여 Medtherm 사의 Model 5H203-DR1-DIGITAL HEAT FLUX METER 및 Radiant transducer(sensor) 를사용하였고, 설치위치는 Fig. 2 와같이실험도로중심으로부터 3 m~4.5 m (0.5 m 간격 ) 이다. Corresponding Author : JungYun Lee, Tel : +82-41-533-9567, E-mail : jungyun@hoseo.edu Department of Convergence Technology for Safety and Environment, Hoseo University, 20, Hoseo-ro79beon-gil, Baebang-eup, Asan-si, Choongcheongnam-do 34199, Korea 54
a) The location of thermocouples on concrete road b) The location of thermocouples for measure around temperature of tank lorry Fig. 1. The location of thermocouples for measuring temperatures of flame and around of the tank. Fig. 2. The location of sensors for measuring radiant heat flux from the fires. 탱크로리로부터가연성물질의유출에따른화염의확산양상을실험하기위하여설치된 Fig. 1 의실험도로는 ch13 에서 ch17 방향으로 -1, ch1 방향으로 -1 의기울기를가진길이 10 m, 폭 5 m 의콘크리트포장도로이다. 실험에서사용된가연물은경유와메탄올로써유출속도를 30 min, 60 min, 90 min 과 120 min 으로설정하여 1 분간유출과동시에점화한후, 각센서들로부터의측정값을기록하였다. 실험당시의환경은기온 2, 풍속 0. 4~0.8 sec 였다. 3. 실험결과및분석 경유와메탄올의유출속도변화에따른화재실험에의하여측정된도로상부온도, 탱크로리주위온도변화와복사열유속을측정하였다. 3.1 유출속도 30 min에서의화재특성 Fig. 3은경유와메탄올의유출속도에따른화염온도를나타낸것이다. 경유 30 min(see Fig. 3.a-1) 의유출화재실험에서 ch12에서 3분15초에약 250 의최고치를보였고, 주변센서위치 (ch10, ch11, ch14-16) 에서기록된화염의온도는약 4분15초까지서서히증가하고그이후에는다시서서히감소하는양상을나타내었다. Fig. 3.a-2의메탄올 30 min의도로상부온도는점화 45초만에 27.7 로증가하였으며, 그래프에나타나있듯이실험도로표면을타고흘러내려감에따라최대온도측정지점이변동됨을알수있다. 도로상부온도는평균15.4 로나타났다. 탱크로리주위온도변화 (see Fig. 3.b-1 and Fig. 3.b-2) 는두가연물모두화재와가장근접한위치인 ch22에서가장높은측정치를보였다. 경유실험에서는 4분45초 (18.5 ) 까지서서히증가하는반면, 메탄올실험에서는 1분45초만에기록최고치 (8. 1 ) 에근접한 7.4 까지증가하였다. 이는같은조건의경유화재의온도보다현저히낮은수치이며, 기록된복사열량명확한차이를보였다. 경유실험에서의복사열량은 3 m위치에서최고 60.3, 평균 45.3 인데반하여, 메탄올실험에서최고 16.02, 평균 14.49 으로나타났다. Fig. 3의경유실험에서의온도상승위치가메탄올실험에서기록된그것보다범위가좁고장시간높은온도로기록된것은경유의점도가높아 pool형성면적이적고, 발열량이상대적높기때문인것이며, 화재가장시간지속된다면 3 m거리의목재를착화시킬수있는충분한복사열을방출한다는것을의미한다 3-6). 한국안전학회지, 제 31 권제 5 호, 2016 년 55
이정윤 김홍 c-2) peak and average radiant heat flux of methanol Fig. 3. The Variation of measured temperature and radiation heat flux during fire of spill rate 30 min. 3.2 유출속도 60 min 에서의화재특성 경유실험에서점화후유출구와근접한위치의온도가서서히상승하기시작해 ch15 위치에서가장먼저 200 에도달하였고 1 분 45 초에 ch16 위치 ( 실험도로의중심 ) 에서 680.5 의최고온도를기록하였다. 동시에 ch9, 10 의승온 속도가증가하여 4분에 223.8 의최고온도를기록하고서서히감소하는양상을나타내었다. 2분 30초부터 ch13, 14에서기록된온도가급격히상승하는것이나타났는데, 이때복사열유속의최고치가 120.77 로기록되었다. 경유실험에서의복사열유속평균은 70.45 으로 56 J. Korean Soc. Saf., Vol. 31, No. 5, 2016
c-1) peak and average radiant heat flux of methanol Fig. 4. The Variation of measured temperature and radiation heat flux during fire of spill rate 60 min. 1 인치두께의 foam plastic 또는 Polyurethane foam 을거의즉시착화시킬수있는양이다 7). 메탄올실험에서는 ch12, 16 에서 160~185 의최고치를기록하였으나, 다른센서위치에서는평균약 50 의온도가기록되었다. 이는경유실험에서의온도와비교하여매우낮은변화이며, Fig. 4.b-2에나타난바와같이탱크로리부위온도는약 7 상승에그칠뿐이었다. 그러나실험도중기록된복사열은 3 m거리에서최고 22.4, 평균 18.4 으로인체의피부가 6초이상노출될경우수포를일으킬수있는양으로써, 노면상부또는탱크로리주위의온도가 한국안전학회지, 제 31 권제 5 호, 2016 년 57
이정윤 김홍 c-2) peak and average radiant heat flux of methanol Fig. 5. The Variation of measured temperature and radiation heat flux during fire of spill rate 90 min. 낮아도인체에유해할정도의위험성이있다는뜻이다 8). 3.3 유출속도 90 min 에서의화재특성 유출속도 90 min 의실험에서는경유와메탄올모두 1 분이내에 ch10 의위치에서급격한온도상승을 보였고, 이때기록된온도는경유가 410.8 메탄올이 253.9 였다. 30 과 60 min 의실험에서의온도기록결과와비교하여온도상승소요시간이 15~30 초빠르게나타났고경유실험에서 1 분 30 초부터 ch 13-16 위치의온도가상승하여약 4 분까지약 200 의온도가기록 58 J. Korean Soc. Saf., Vol. 31, No. 5, 2016
c-2) peak and average radiant heat flux of methanol Fig. 6. The Variation of measured temperature and radiation heat flux during fire of spill rate 120 min. 되었고, 메탄올실험에서는 ch 7, 8 위치에서온도가상승하는것으로기록되었는데점도가더높은경유에의해형성된 pool 이메탄올실험에서보다더가까운거리에있다는것을의미한다 9,10). 이렇게형성된경유 pool 화염이탱크로리주위온도를최고 25, 평균약 7.5 상승시키는것으로나타났다. 최성기인 2분30초에 3 m의거리에서기록된복사열유속의최고치는 120.7, 평균치는 72.4 로, 60 min의유출속도실험과비교하여 0.07 의차이를보였다. 메탄올실험의경우, 3 m거리에서 25.2 의최고 한국안전학회지, 제 31 권제 5 호, 2016 년 59
이정윤 김홍 치가기록되었고평균치는 20.5 로기록되었다. 3.4 유출속도 120 min 에서의화재특성 유출속도 120 min의경유실험에서 ch9 위치의온도가 2분45초에최고치인 464.4 로기록된이후 ch9, 10, 13-16위치에 pool을형성하여이부근의실험도로노면상부의위치가상승하는것으로나타났다. 반면에메탄올실험에서 ch10에 590 의최고치가기록되었는데온도변화양상또한다른유출속도를가진메탄올실험에서와비교하여온도상승폭이크다는것을알수있다. 두실험모두탱크로리주위온도변화는다른유출속도를가진실험과비교하여양상이다르지않았고, 3m거리에서측정된복사열유속의경우, 경유실험에서는 Table 1과같이 60, 90 120 min조건모두 ±0.85 의근소한차이를보였다. 또한평균치는 79.56 으로기록되었다. 메탄올의경우, 120 실험에서 3 m거리의복사열유속이최고 33.9, 평균 18.86 으로기록되었다. Table 1. Peak and average radiant heat flux at 3m far of light oil and methanol for spill rate spill rate ( min) Light oil( ) Methanol( ) peak avg. peak avg. 30 60.3 45.3 16.02 14.49 60 120.77 70.45 22.4 18.4 90 120.7 72.4 25.2 20.57 120 122.4 79.56 33.9 18.86 4. 결론 본연구에서는탱크로리의운행중사고발생시적재위험물의유출속도에따른화재특성의변화를실험적으로고찰하였으며실험도로상부온도, 탱크로리주위온도및화염으로부터방출되는복사열유속을측정, 분석한결과다음과결론을도출할수있었다. 1. 각유출속도별실험도로노면상부의온도기록양상에서경유화염의 pool 이메탄올의화염 pool 보다크게나타났는데, 이는경유의점도가메탄올보다크기때문으로상대적으로좁은공간에서더많은복사열유속을방출하기때문으로판단된다. 2. 경유실험에서복사열유속은 60 min이상인경우최고치의평균이약 120 이었으나, 유출속도가증가됨에따른평균치는지속적으로증가하여주위가연물에대한착화위험성이증대될수있다. 3. 메탄올유출화재의경우, 상대적으로넓은 pool을형성하게되는데화염으로부터방출되는복사열유속에의한인접가연물착화위험성과함께화염의직접전파에의한화재확대가능성도무시할수없다. 따라서이동탱크로리의적재가연물종류에따른화재진압접근방법과화재 / 화염전파방지방법이달리하는등화재진압활동에있어주의가필요하다. References 1) Petronet, Amount of Diesel Consumption in Korea, 2016. 2) http://www.petroleum.or.kr/ko/sub02/02_8.php, 2016. 3) J. G. Quintire, Principles of Gire Behavior, Delmar, U.S.A., 1998. 4) Y. -J. Chung and Eui jin, Combustion Properties of the Quercus variabilis and Zelkova Serrata Dried at Room Temperature(II), Appl. Chem. Eng., Vol. 21, No. 4, Aug., pp. 467-474, 2010. 5) J. Lee, K. Jung and H. Kim, An Experimental Investigation on Fire Characteristics of Light Oil & Methanol for Spilled Surface, Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 25, No. 6, pp. 103-108, 2010. 6) H. Kim and H. Park, Experimental Study of Radiation Heat Flux for the Pool and Spill Fire in Petroleum Storage Tanks, Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 19, No. 1, pp. 88-93, 2004. 7) J. G. Quintire and M.Harkleroad, New concepts for Measuring Flame Spread Properties, NBSIR 84-2943, 1984. 8) A. M. Stoll and L. C. Greene, Relationship between Pain and Tissue Damage Due to Thermal Radiation, Journal of Applied Physiology, Vol. 14, No. 3, pp. 373-382, 1959. 9) http://www.viscopedia.com/viscosity-tables/substances/ diesel-fuel/ 10) http://www.viscopedia.com/viscosity-tables/substances/ methanol/ 60 J. Korean Soc. Saf., Vol. 31, No. 5, 2016