지상식 LPG 저장탱크의 외부화재에 의한 BLEVE 가능성 해석

A Study on the Probability of BLEVE of Above-ground LP Gas Storage Tanks Exposed to External Fire

최근 국내에서도 정량적 위험성 평가 기법을 위험시설물에 도입하여 위험도를 관리하면서 LPG 저장탱크에 대한 사고후 피해영향평가에 대한 연구는 다각적으로 이루어지고 있으나 BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion, BLEVE)의 조건 및 메커니즘 규명에 대한 연구는 별로 이루어지고 있지 않다. 따라서, 본 고에서는 상대적으로 위험성이 큰 지상식 LPG 저장탱크의 BLEVE 가능성에 대해 외국의 Pilot 탱크 시험 결과 및 BLEVE 발생을 위한 소요입열량 계산값을 이용한 연역적 계산방법을 통해 BLEVE 조건 및 가능성을 정량화하여 규명코자 하였다. 또한, 산출된 탱크의 파열압력(burst pressure)과 충전량에 의해 보정된 액 온도를 사용해서 그려진 BLEVE map을 이용하여 BLEVE 조건에서 액위($\%$)가 BLEVE에 어떤 영향을 미칠 것인가를 규명하였다. 계산결과, 탱크 plate 온도가 $600^{\circ}C$이고, 탱크내부 액온도가 $53^{\circ}C$ 일 때 액충전량은 $43.68\%$ 이상일 경우에 BLEVE의 발생이 가능하다는 결과를 얻었다. 또한, 부천 대성에너지 LPG 충전소와 동일한 사양인 15톤 프로판 탱크를 모델로 하여 BLEVE가 발생하기 위한 외부 누출 및 외부화재 조건을 PHAST(Version 6.00) 및 EFFECTS(Version 2.1) 프로그램을 이용해 계산한 결과 액상 누출시 누출상당직경은 7.2mm, 이상 누출시 누출상당직경은 17.6mm 이상일 경우에 BLEVE가 발생 가능한 최소한의 풀화재 생성조건이 되었고, 풀화재의 크기는 최소 직경 3.3m, 높이 10.4m 이상의 풀화재가 전제되어야 한다는 결과를 얻을 수 있었다.

The purpose of this thesis is to investigate the BLEVE probability of LP gas storage tanks which are relatively more dangerous, by the deductive calculating method using the results of Birk's pilot tank test and the required heat capacity of BLEVE. The result that BLEVEs can occur in only above 43.68 percent of liquid filling level under $600^{\circ}C$ of tank pate temperature and $53^{\circ}C$ of inner liquid temperature, was obtained and will be useful for preventing the BLEVE of LP gas storage tanks in fire sites. In addition, this research showed conditions of external leak and fire causing BLEVE, based on 15ton capacity of LP gas tank which has the same specifications as those in Puchon LP gas filling station accident. The result of the calculation is that the minimum pool fire conditions of BLEVE are above 7.2mm equivalent diameter under a liquid release condition and above 17.6mm equivalent diameter under a two-phase release condition. In the end, the result of calculating the pool size corresponding the above conditions using EFFECTS version 2.1, concludes that a minimum of 3.3 meters of diameter and 10.4 meters of height should be needed for BLEVE outbreak.