수직 케이블 트레이의 화재전파에 대한 수치해석

Numerical Analysis on Fire Propagation of Vertical Cable Trays

경제개발협력기구(OECD) 산하 원자력기구(Nuclear Energy Agency, NEA)는 국제 공동 연구로 원전 화재 안전성 향상을 위한 PRISME(Propagation d’un incendie pour des scénarios multi-locaux élémentaires) 프로젝트를 착수(2006년)하여, 현재 3단계를 수행하고 있다. PRISME 3단계(2017년~2022년)는 1) 격실 내 연기의 성층화 및 확산 캠페인, 2) 전기 캐비닛 화재 전파 캠페인, 3) 케이블 화재 전파 캠페인으로 구성된다. 본 연구에서는 PRISME-3 케이블 화재 전파 캠페인의 실험조건에 대해서 화재 역학 시뮬레이터(FDS)를 이용하여 화재 모델링 분석을 수행하였다. 연구의 목적은 다양한 케이블 화재시나리오에 대한 실험 결과를 기반으로 화재 모델링의 불확실도를 평가하고, 화재 모델링 입력변수로써 다양한 케이블 화재모델 적용이 시뮬레이션 분석 결과에 미치는 영향을 평가하는 것이다. PRISME-3 케이블 화재 실험은 열방출률을 측정하기 위한 개방 조건과 다중 격실 내 환기 조건에 따른 케이블 화재 전파 현상을 분석하기 위한 밀폐된 격실 공간 조건에서 수행되었다. 본 연구에서 적용한 화재 모델링 시나리오는 1) 개방 조건에서 수직 방향 5단 케이블 트레이 화재, 2) 밀폐 격실 조건에서 격실 안쪽 벽에 설치된 수직 5단 케이블 트레이 화재, 3) 밀폐 격실 조건에서 복도 안쪽 벽에 설치된 수직 3단 케이블 트레이 화재이다. 시뮬레이션 입력변수로써 케이블 화재의 열방출률 성장곡선은 단순 모델(Simple model) 또는 NUREG/CR-7010에서 제시한 FLASH-CAT 모델로 가정하였다. 주요 결과로서, 개방 조건의 경우 케이블 연소에 필요한 산소가 충분하게 공급되므로 화재가 빠르게 성장하였고, 수정(Modified) FLASH-CAT 모델이 실험 결과를 가장 잘 예측하였다. 밀폐 격실 내 환기가 원활한 경우에는 단순 모델과 FLASH-CAT 모델이 실험 결과를 잘 예측하였다. 그러나, 밀폐 격실 내 환기 부족 조건에서는 케이블 연소에 필요한 산소의 농도가 낮아지므로, 시뮬레이션에서 화재는 실험에서와 같이 성장하지 못하였다. 이런 경우, FDS 시뮬레이션에서 소멸모델(Extinction model)을 적용하면 낮은 산소농도에도 화재가 더 크게 성장하여, 시뮬레이션 결과가 실험 결과와 잘 일치하였다.