SINDA/FLUINT를 활용한 화재에 노출된 LPG 저장 탱크 파열판 성능평가에 관한 연구

A Study on Performance Evaluation of Rupture Disc for LPG Storage Tank under fire using SINDA/FLUINT

액화석유가스(LPG, Liquefied Petroleum Gas)는 주로 도시가스가 공급되지 않는 낙후된 지역의 가정이나 식당 등에서 에너지원으로 사용하며 그 중 다세대 주택, 다중이용시설에서는 LPG 저장 탱크를 이용하여 공급되고 있다. 저장 탱크가 화재에 노출되는 경우 열에 의한 탱크의 강도 저하, 내부압력 상승으로 균열 및 틈이 생성되어 급격한 압력강하가 발생한다. 그로 인해 과열된 액화가스가 급격히 증발하면서 탱크의 조각이 비산하게 되는 블레비(BLEVE)가 발생하여 매우 위험하다. LPG 저장 탱크의 블레비와 같은 위험을 줄이기 위해 화염 노출 조건에 따른 위험성 연구, 자동 물 소화설비, 탱크 열 코팅 등 다양한 노력을 기울이고 있다. 하지만 탱크 내부 압력상승으로 인한 위험을 감소시키기 위해 설치된 압력방출장치의 화염전달 위치에 따른 작동성능에 관한 부분은 미비한 상태이다. 화재 등으로 인한 탱크의 위험한계 도달 이전에 내부의 물질을 외부로 배출하여 균열 및 틈 발생에 대한 위험을 감소시켜주므로 압력방출장치는 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 화재에 노출된 LPG 저장 탱크의 기계적 특성과 내부 물질의 상태 물리량, 열 유속, 압력방출장치의 단면적 등의 내외부 요인에 대해서 수치해석 프로그램인 SINDA/FLUINT를 활용하여 화염전달 위치와 파열판의 지름에 따른 성능에 관한 연구를 수행하였다. 해석에 사용된 모델은 사고가 발생한 LPG 탱크를 적용하여 두께와 용량 등을 고정하였고, 탱크 내부의 LP 가스를 프로판 100%로 50% 충전하였으며 파열판 지름과 열전달 위치만을 변수로 고려하였다. 파열판 지름은 기존에 적용된 25mm 이외 30mm, 35mm, 40mm를 설정하고 열전달 위치와 외부경계조건을 탱크 하부에서 중간부까지 전달되는 경우와 탱크 측면에서 전달되는 경우로 시뮬레이션을 진행하였다. 그 결과, 탱크 하부 열전달 조건의 경우 압력상승으로 파열판이 작동 이후 기존 탱크에 적용된 25mm의 경우 탱크 내 압력과 온도가 감소하지 않았으며 다른 파열판 경우 감소하는 경향을 보였다.