사고피해예측

화재․폭발․누출과 같은 사고시의 피해정도 및피해범위 등을 정량적으로 산정하고 피해최소화 대책을 수립하는사고피해예측 절차, 모델 등에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

사고피해예측 

사고피해예측 절차

가상사고를 중심으로 사고피해 예측을 수행하되 그중 사고 발생 빈도 또는 가능성이 높은 가상사고를 중점적으로 분석한다. 가상사고 시나리오 선정은 “최악의 누출 시나리오 선정에 관한 기술지침(KOSHA GUIDE P-107)”과 “화학공장의 피해최소화 대책수립에 관한 기술지침(KOSHA GUIDE P-110)”을 활용한다.

 

1. 근본적인 위험 요소 확인 (1단계)

정성적인 위험성 평가 단계로서 주로 위험과 운전 분석 기법 또는 체크리스트 기법 등에 의하여 공정내에 잠재하고 있는 위험요소를 확인한다.

2. 누출 모델 작성 (2단계)

누출 모델은 물질이 어떻게 누출되는지를 분석하는 것으로서 배관의 파손, 플랜지 누출, 안전밸브 작동, 운전원 실수 등에 의한 잠재적인 누출원 등을 확인하여 방출되는 위험물질의 양, 온도, 밀도, 시간, 누출상태(가스, 증기, 액체, 혼합물) 등을 계산한다.

3. 확산 모델 (3단계)

2단계의 누출 모델을 근거로 하여 대기 중으로 확산되는 위험물질의 거리에 따른 농도, 확산되는 증기운 구름의 크기, 농도, 형태를 예측한다.

4. 피해예측 (4단계)

누출되는 위험물질이 인화성가스 또는 인화성액체인 경우에는 화재․폭발로 인하여 사업장내의 근로자 및 주변 시설에 미치는 화재․폭발의 영향을 계산하며 독성물질인 경우에는 작업자, 인근 주민 또는 주변 환경에 미치는 영향을 계산한다.

 

 

피해예측 모델

위험물질을 취급하는 화학설비 및 그 부속설비는 근로자, 주변 시설물 및 환경에 심각한 영향을 미칠 수 있는 화재, 폭발 또는 독성물질의 누출 등과 같은 중대산업 사고의 발생 가능성이 있다.

 

1. 확산
누출된 인화성액체 또는 인화성가스가 누출 즉시 점화되지 않는다면 증기운을 형성하여 먼 거리까지 확산된다.

이 증기운은 확산 되면서 공기와 희석되고 결과적으로 폭발 하한계에 도달하여 더 이상 화재의 위험이 없게 된다.

그러나 독성물질인 경우에는 독성물질이 바람에 의해 상당히 먼 거리까지 확산되어 농도가 낮다 할지라도 근로자 및 주민에게 심각한 영향을 미칠 수 있다.

2. 액면 화재/증기운 화재/고압분출 화재
누출된 증기운이 점화되면 누출원 쪽으로 화재가 전파된다. 

만약 배관 또는 플랜지 부위에서 누출되는 물질이 즉시 점화된다면 고압분출 화재 또는 액면 화재를 형성하게 된다.

3. 비등액체 팽창증기폭발․화구
화재시 저장 탱크의 순간적인 파열에 의해 비등액체 팽창증기폭발․화구 등이 발생할 수 있는데 화구의 크기 또는 화구로 부터 거리에 따른 복사열 등은 비등액체 팽창증기폭발 및 화구 모델을 사용하여 쉽게 예측할 수 있다. 

4. 물리적 폭발
압력용기의 물리적폭발은 저장하고 있는 에너지를 방출시키는 것으로서 방출 에너지는 폭풍파 및 용기 조각의 비산등으로 나타나며 용기에서 인화성가스나 액화성물질을 취급하는 경우에는 그 물질이 2차적으로 폭발을 일으키게 된다.

5. 증기운 폭발
대량의 인화성가스 또는 인화성액체의 누출에 따른 증기운 폭발의 발생 확률은 비교적 낮지만 그 결과는 매우 엄청나다. 증기운 폭발의 위력은 과압, 폭풍파 등으로 표시된다. 증기운 폭발시에는 거리에 따른 폭발압력이 인체 및 주변 시설물에 미치는 영향을 예측하여야 한다. 

6. 밀폐계 증기운폭발
밀폐된 공간에서의 증기운 폭발은 매우 높은 과압, 폭풍파 또는 용기 조각의 비산 등으로 나타난다. 밀폐계 증기운 폭발에 의한 손상의 크기는 화학물질의 양 및 폭발 압력에 따라 다르게 나타난다.

 

 

사고형태에 따른 피해예측 모델 선정

가연성 물질과 독성 물질을 취급하는 시설에서 누출 등의 사고가 발생하면 액면 화재, 증기운 폭발, 플래시 화재, 독성가스 확산 등의 각종 사고현상에 의해 주위에 피해 영향을 미칠 수 있다.

플래시 화재는 가연성 증기운의 연소로서 화염전파속도가 가스폭발과 비교하여 매우 작기 때문에 폭발 과압을 무시할 수 있다. 사고가 확대되는 과정에서 발생하는 피해 영향은 사고 현상의 규모나 지속시간에 의해 차이가 나타난다.

이러한 사고 현상을 분석하기 위해서 지금까지 수많은 해석모델이 제안되고 있고, 이러한 해석모델 중에서 국내외 코드 및 지침 등에서는 주로 사용하기 쉽고 활용성이 높은 평가모델을 정하여 사용하고 있다.

화재폭발 해석모델은 현상을 단순화시킨 정도에 따라 간이 모델과 수치해석이 필요한 상세한 모델까지 다양하게 제시되고 있다. 

저장탱크의 가연성물질이 누출되어 발생할 수 있는 사고의 형태와 예상 사고의 피해 영향을 해석하는 모델 예를 표 1에 나타냈다.

 

<표 1> 저장탱크 누출 시의 사고형태 및 피해예측 모델

저장탱크가 폭발과압에 의해 파열되면 시설 파편이 폭원 주변 밖으로 날아가게 되는데 이러한 폭발 비산물에 의한 피해 영향도 예상된다. 또한 공정의 이상반응에 동반하는 용기 파열의 경우에는 폭발형태가 매우 다양하기 때문에 현재 제시된 예측 모델은 거의 없어서 과거 사고사례에서 피해조사 결과를 통한 추정만이 가능하다. 

 

 

영향모델 선정 사례

다음 그림과 같은 저장탱크 누출의 화재폭발 시나리오를 통해 BLEVE, Jet 화재, 증기운 폭발 등과 같은 영향모델이 선정되고 이에 따른 피해예측 평가를 할 수 있다.

<그림 1> 저장탱크 누출의 화재폭발 시나리오

 

또한 사용 및 저장 물질(적용 시설)에 따라 발생될 수 있는 영향모델과 그에 따른 피해 효과는 다음 표와 같다.

<표 2> 적용시설에 따른 영향모델과 피해 효과

 

Reference : 1. KOSHA GUIDE P - 102 - 2021 사고 피해예측 기법에 관한 기술지침

2. KOSHA 보고서 화재폭발 영향도 및 사고 해석모델 연구(Ⅱ)