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2022년도 춘계학술대회 논문집.jpg
학술대회자료

액체증발모델을 이용한 대형 풀 화재의 발열량 예측

대형 유류저장탱크는 연료의 누출, 폭발 등의 위험뿐만 아니라 화재 시 거대한 화염과 높은 복사열로 인해 화재진압이 어려우며 인접 구조물로의 화재 확대 우려가 크다. 특히 복사열로 인한 화재전파를 방지하기 위해 국내 위험물안전관리법은 건축물 용도별 안전거리와 저장위험물의 최대 수량별 보유공지를 규정하고 있다. 또한 옥외탱크저장소의 경우 보유공지 단축 시 인접 탱크 표면으로의 복사열을 평가하여 물분무설비를 추가하는 등 유류저장탱크의 효과적인 화재방호를 위해서는 화재 시 인접 구조물로의 열적특성 평가가 매우 중요하다. 화재시뮬레이션에 주로 적용되는 FDS모델은 화염으로부터의 복사열전달 방정식을 직접 해석하여 인접구조물에 미치는 복사열의 영향을 평가할 수 있는데 이를 위해서는 화원에 대한 타당한 조건의 설정이 중요한 요소가 된다. 유류저장탱크 화재시나리오는 누출된 액체연료나 탱크내 유면에서 형성되는 풀 화재(pool fire)로 간주 할 수 있으며 화원의 크기는 연료의 끓는점이나 증발열, 연소열 등의 연료물성 뿐만 아니라 화염 형태 및 열적특성, 외기영향 등 다양한 요소에 의존하기 때문에 연료의 종류 및 풀의 크기에 따른 발열량 예측의 타당성 검토가 필요하다. 본 연구는 유류저장탱크 화재로부터 주변 구조물의 복사열 영향을 평가하기 위한 선행연구로서 FDS의 액체증발모델을 이용하여 풀 화재를 모사하고 발열량과 연소율 등의 예측 결과를 화재역학적으로 널리 적용되는 경험식(FDT, Fire Dynamics Tool)과 비교하여 해석모델의 타당성을 파악하고자 한다. 해석에 적용된 FDS버전은 6.7.6이며 헵탄, 벤젠, 아세톤, 에탄올 등 4종의 연료와 6개의 풀 직경(1m, 2m, 4m, 5m, 8m, 10m)에 대해 계산을 수행하였다. 해석영역의 크기와 격자크기는 풀의 직경을 기준으로 동일 비율로 구성하였으며 전체격자수는 약 1,000,000개를 적용하였다. 해석결과 헵탄과 벤젠의 경우 FDS모델의 예측 발열량이 경험식에 비해 상대적으로 낮게 예측하였으나 아세톤과 에탄올의 경우 경험식에 비해 상대적으로 높게 예측하는 것으로 나타났다. FDS모델과 경험식의 상대오차는 헵탄과 벤젠화재에 대해 15 % 이내의 상대적으로 낮았으나 아세톤과 에탄올 화재의 경우 15~60% 범위에서 풀의 크기에 따라 큰 차이를 보였다.

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