석유화학공장에서의 화재/폭발사고 유형
석유화학공장에서 원부원료나 제품으로 속하는 인화성액체, 가연성가스 및 인화성액체가스의 화재는 ①높은 연소열, ②빠른 열방출속도, ③유동성의 3가지 특성으로 인해 다른 일반화재에 비해 그 위험성이 더욱 높으며, 다음과 같은 화재 또는 폭발 중에 한가지 또는 두가지 이상이 복합되어 일어날 수 있다.
1. Pool fire(개방용기의 액체화재)
- 대기상에 액면이 노출된 개방탱크 또는 방유제 내의 액체에 착화되었을 때의 화재
- 열방출 속도는 노출된 액체 표면적에 좌우
- 액 표면적 1㎡당 27,000 ㎉/min 정도의 열이(완전연소 가정시) 방출
- 매분 액체 표면적 1㎡당 3.78 ℓ의 액체가 소진되고, 또한 매 7분마다 약 1"정도 높이로 감소 되며(시간당 22 cm) 소진됨.
2. Unconfined spill fire(자유공간 유출 화재)
- 개방공간 지표면상에 방출된 액체는 지표면에 두루 퍼져서 엷은 막을 형성
- 화재는 방출된 액체량과 방출된 지표면 형태에 좌우
- 방출이 수반된 화재도 액체 표면적 1㎡당 27,000 ㎉/min 의 열을 방출할 수 있으며, 화재지속시간은 유출 양에 달려 있다.
3. Jet fire와 Spray fire(가압의 가스 또는 액체 분출 화재)
- 가압상태의 가스 또는 액체가 분출될 때 착화된 화재 유형을 Jet fire라 함.
- 특히 유압유배관 또는 액체 이송배관과 같이 인화성액체가 가압된 상태에서 연무상태로 누출될 때 착화된 화재를 Spray fire라 하며, 스프레이 상태(작은 방울의 액체 연무)에서는 인화점 미만의 온도에서도 쉽게 점화된다.
- 스프레이된 액체는 그것이 방출되어 Pool fire 또는 Spill fire가 일어났을 때 보다 훨씬 큰 열방출속도로 신속하게 연소한다.
- 스프레이 화재는 액체 1 ℓ당 약 8,000 ㎉의 열을 발생
- 화재의 지속시간은 공급되는 연료량과 얼마나 빨리 연료를 차단하는가에 달려 있다.
4. Confined explosion(밀폐공간 폭발)
- 제한된 밀폐공간에서 급격한 화학적 반응등으로 인한 폭발을 말한다.
- 이것의 주된 원인은 연소반응, 열분해, 또는 폭주반응이다.
- 만약 Vent 되지 않는다면, 이로 인한 위험성은 폭발로 인한 충격파와 파편이다.
- 증폭된 압력은 초기 절대 압력의 6∼9배가 된다.
※ BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion : 비등액 팽창증기 폭발)도 Confined explosion(밀폐공간 폭발)의 한 유형이다.
- 밀폐공간 내에서 대기압하에서의 비점보다 과열된 상태에 있는 액체가 그 수용용기의 파열로 갑자기 가압상태에서 풀어질 때 일어나는 급속한 기화로 인한 물리적 폭발로 볼 수 있다.
- 에너지는 팽창증기와 비등액에 의해 생성되며, 증기가 인화성이 있고 점화되는 경우 Fire ball(화구)가 생겨난다.
- 증기는 공기와 미리 혼합되어 있지 않기 때문에 점화가 즉각 이루어지는 경우 연소의 주된 효과는 폭발력(과압 효과)이라기 보다는 화재와 복사열의 조합이다.
- BLEVE는 불연성 액체에서도 발생할 수 있다.
5. Unconfined vapor cloud explosion(자유공간 증기운 폭발)
- 증발이 용이한 가연성 물질이 다량으로 급격하게 대기중에 유출되면 증기운을 형성하여 확산되며, 물질의 연소하한계 이상의 상태에서 착화원과 접촉시 발생하는 폭발사고를 자유공간 증기운 폭발(UVCE : Unconfined Vapor Cloud Explosion) 또는 증기운 폭발(VCE : Vapor Cloud Explosion) 이라 한다.
- 증기운 폭발(VCE)에 의한 피해는 충격파에 의한 것이며 최대과압(Peak overpressure)은 15 PSI이다.
- 석유화학공장에서 일어날 수 있는 최악의 사고로 74년 영국 Flixborough Nypro사에서 발생한 폭발사고는 이러한 유형의 대표적인 사고이다.
- 30년간 세계 100대 석유화학공장의 사고통계(M&M Protection 컨설턴트사)에 의하면 사고발생 빈도가 36%로 화재(31%)나 다른 폭발(29%)사고 보다 높고 한 사고당 피해액도 11,090만 달러로 화재나 다른 폭발사고에 비하여 약 2배정도 많다.
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