지하 매설 공동구 내부 가스 폭발에 대한 위험성 평가
Risk Assessment for Gas-explosion at Buried Common Utility Tunnel
초록/요약
가스 배관을 공동구 내에 수용하는 것은 단순 매설하는 것보다 부식의 위험이 적고, 외부인의 출입이나 굴착공사 등으로부터 오는 물리적 손상을 예방할 수 있다는 점에서 용이하다. 또한 각종 시설을 경제적이며 효율적으로 수용할 수 있다는 이점 때문에 가스 배관을 포함한 여러 시설물을 공동수용을 고려하는 기업이 늘어나고 있고, 이에 따라 위험성을 가진 가스들의 수송이 많아질 것으로 예상된다. 공동구 내부의 폭발은 밀폐된 공간이라는 특성상 개방 된 공간에서의 폭발보다 폭발 과압에 의한 피해가 큼에도 불구하고 공동구에 대한 연구는 화재 사고에 국한되어 진행되었고, 폭발로 인한 위험성에 관한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 지하 공동구 내부의 가스 배관으로부터 누출 된 메탄가스가 원인모를 점화원에 의해 폭발을 일으켰을 경우를 가정하여, 피해 결과 측면에서 공동구 내부의 폭발이 상부 시설물에 미치는 영향을 산정하고, 추가 안전 설계 등의 필요성을 검토하게 되었다. 영향성의 검토는 위험의 분석과 평가를 체계적으로 가능하게 하는 위험성 평가 기법을 약식으로 따랐다. CFD(Computational Fluid Dynamics) tool을 사용한 정량적 평가를 중심으로 중대성 추정 단계를 진행하였고, Historical data의 발생빈도를 고려하여 가능성을 추정하였다. 그 후 이 둘의 곱으로부터 위험도를 평가하고, 도출 된 위험도의 크기에 따른 안전 대책을 세우는 것을 목적으로 했다. 사고 시나리오에 따른 중대성 결과는 시나리오 1(안전 설비 정상 작동)의 경우 1.53 barg, 시나리오 2(안전 설비 작동 지연)의 경우 3.01 barg, 시나리오 3(안전 설비 작동 실패)에서 6.45 barg가 나왔다. 누출된 메탄의 양이 증가함에 따라 더 큰 폭발 과압이 산출 되지만, 이 값들은 건축물을 대부분의 전파 시킬 수 있는 70kPa(KOSHA GUIDE P-102-2012 사고피해예측 기법에 관한 기술지침)을 초과하는 값으로 상부의 시설물 뿐 아니라 거주하는 사람들을 사망에 이르게 할 수 있는 중대 재해를 발생 시킬 수 있다. 가능성 결과는 EGIG(European Gas Pipeline Incident Data Group)의 Historical data로부터 배관의 실패 확률 3.31*10-5/yr를 얻었다. 앞에서 추정한 중대성과 가능성의 결과들 곱셈법에 대입하여 위험성을 판단한 결과 허용 불가능한 위험도로 가급적 빠른 개선 조치가 요구 되었다. 이에 따른 개선조치로 가스 단독구의 설계, 이중배관 설계, Seamless배관 또는 Extra Strong schedule 배관의 이용, 이중배관 사이의 압력 검지기, 방화·방폭 설비 사용 등을 권고하였다. 이와 같은 권고 사항을 기존의 설계에 반영한다면 공동구 내부의 메탄가스의 폭발로 인한 피해 가능성을 최대한 절감 및 제어가 가능하기 때문에, 이를 통해 공동구 상부 5m의 도로와 주택가의 안전성이 확보 될 수 있다. 그러나 실제의 경우에는 본 연구에서 고려하지 못한 다양한 위험이 추가적으로 존재하기 때문에 발생할 수 있는 다양한 위험에 대해 항상 인지해야 할 것이다.
more목차
제 1장 서 론 1
제 1절 연구 배경 및 필요성 1
제 2절 연구 목적 2
제 3절 연구내용 및 방법 2
1. 위험성 평가(Risk Assessment) 3
2. 사고 영향 분석(정량적 평가) : 3D Simulation 5
제 2장 본 론 8
제 1절 사전준비 8
1. 대상공정 : 공동구(common utility tunnel) 8
2. 공동구 관련 법률, 지침, 설계기준 현황 9
3. 재해 사례 10
4. 주변 여건 12
5. 공동구 Layout 13
6. 대상물질의 선정 20
7. 대상물질의 MSDS 22
제 2절 유해·위험요인 파악 25
1. 가스사고 25
2. 누출 원인(pipeline failure cause) 27
3. 점화원의 원인 29
제 3절 위험성 추정 30
1. 사고 영향분석 30
2. 발생빈도 분석 52
3. 위험도 평가 57
제 4절 위험성 결정 58
1. 위험성 판단 58
2. 개선 조치 59
제 3장 결 론 63
참고문헌 67
Abstract 70
부 록 A 73
