[R&D] 외부화염시 LPG 소형저장탱크 폭발 방지 연구결과

화재 등 외부요인에 대한 LPG탱크 안전관리기술 개선방안 연구

외부 화염 시 가스유출차단 및 자체가열 방지조치 필요

 

에너지안전실증연구센터‧미래기준연 공동연구

LPG소형저장탱크 인근에 화재가 발생한 경우 폭발을 방지하기 위해서는 방화벽 설치를 통해 외부 화염에 의한 탱크 가열을 방지하고 가스유출차단 시스템 설치를 통해 자체 가열을 방지하는 등의 조치가 필요한 것으로 나타났다.

이는 미래기준연구소(소장 채충근)와 가스안전공사 에너지안전실증연구센터(센터장 류영조)가 한국에너지기술평가원의 의뢰를 받아 지난 2년간 수행한 ‘화재 등 외부요인에 대한 LPG탱크 안전관리기술 개선방안 연구’에서 도출됐다.

연구결과에 따르면 소형LPG저장탱크의 경우 기준에 적합한 안전밸브를 설치하더라도 주변 화재에 의해 탱크가 지속적으로 가열되면 소위 BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion)라고 하는 탱크 폭발 현상이 발생할 수 있다.

이번 연구는 미래기준연에서 개발한 ‘소형LPG저장탱크 BLEVE 발생 시점 예측 툴’을 통해 분석한 결과로 안전밸브가 정상적으로 작동해 액상 가스의 온도가 일정하게 유지되는 경우에도 탱크 강판 온도는 계속 상승하여 탱크 폭발이 발생하는 것으로 드러났다.

이러한 현상은 안전밸브가 작동되기 시작한 후 탱크 내의 가스가 밖으로 분출되어 줄어들면 액상부 액위가 하강하게 되고 그만큼 액상부 액면 위쪽의 기상부 탱크 강판 넓이가 증가돼 탱크 강판으로부터 액상 가스로 들어가는 복사열이 증가하기 때문인 것으로 밝혀졌다.

특히 탱크 용량이 작을수록 온도는 더 높은 수준까지 상승하는데, 안전밸브 설치기준에 상응하는 입열량(50 kW/m2)에서도 500kg 탱크의 경우에는 그 최종 온도가 BLEVE 발생 우려가 있는 600℃까지 상승할 수 있는 것으로 예측됐다.

실증실험을 수행한 에안센터의 이재훈 부장은 “표준화염에 의하여 방화벽 앞면의 온도가 1,190 ℃까지 상승하는 상황에서도 방화벽 뒤쪽에 설치된 탱크 표면의 온도는 228 ℃까지 밖에 상승하지 않는 것으로 나타났다”고 설명하고 “방화벽을 설치하면 주변 화재 시 탱크의 BLEVE를 막을 수 있다”고 주장했다.

이번 연구는 에안센터가 독자적으로 개발한 주변화재 모사 표준화염에 의해 수행됐으며 안전을 위해 에안센터의 연소시험동 실내에서 수행됐다.

따라서 연구진은 탱크 주변 가스설비가 손상되어 여기에서 유출되는 가스에 의해 탱크가 자체 가열되고 이로 인해 탱크가 폭발할 수도 있는데 이를 예방하기 위해서는 가스유출방지 시스템 설치 등의 추가 조치도 필요하다고 덧붙였다.

이와 더불어 BLEVE 예측 툴을 통해 분석한 결과, 탱크 용량이 작을수록 그리고 탱크의 잔량이 작을수록 BLEVE 발생 시점이 빨라지는 현상 등을 고려해 탱크 가열 방지조치가 되지 않은 탱크의 폭발을 예방하기 위해서는 방재활동의 순서와 타이밍이 중요하다는 사실도 확인됐다고 밝혔다.

LPG탱크 BLEVE 예측 툴을 직접 개발한 미래기준연 채충근 소장은 “LPG탱크에 물을 뿌리느라 인명구조의 골든타임을 허비하는 일이 발생하지 않도록 하기 위해서는 LPG탱크 BLEVE발생 시점의 정확한 예측이 중요하다”며 “현재 LPG판매 업계에서 사용 중인 가스 잔량 관리 시스템과 LPG탱크 BLEVE 예측 툴의 연계를 통해 그 실현이 가능하지만 이를 실재 적용하기 위해서는 LPG탱크 BLEVE 예측 툴의 성능 고도화를 위한 실증연구가 추가로 필요하다”고 주장했다.

이번 연구를 통해 개발된 방화벽과 가스유출차단 시스템의 설치기준은 KGS코드에 반영되는 동시에 BLEVE 예측 툴 개발 결과는 한국안전학회지에 게재될 예정이다.