화재 시 LPG소형저장탱크 폭발방지 방법 찾았다

미래기준연구소·에너지안전실증연구센터 연구·실증
LPG소형저장탱크 BLEVE 발생시점 예측 툴도 개발

[이투뉴스] LPG소형저장탱크 주변에서 화재가 발생했을 때 폭발을 방지하기 위해서는 방화벽 설치를 통해 외부 화염에 의한 탱크 가열을 방지하고 가스유출차단 시스템 설치를 통해 자체 가열을 방지하는 등의 조치가 필요한 것으로 나타났다. 화재 속에서도 LPG소형저장탱크 폭발을 막을 수 있는 방법을 찾아낸 것이다.

이 같은 결과는 미래기준연구소(소장 채충근)와 한국가스안전공사 에너지안전실증연구센터(센터장 류영조)가 한국에너지기술평가원의 의뢰를 받아 지난 2년간 수행한 ‘화재 등 외부요인에 대한 LPG탱크 안전관리기술 개선방안 연구’에서 확인됐다. 이번 연구는 2017년 제천 스포츠센터 화재 사고 이후 주변 화재 시 LPG소형저장탱크의 폭발 가능성이 사회적 이슈로 떠오르면서 진행됐다.

▲이 그래프에서는 방화벽 앞면의 온도가 1,190 ℃까지 상승하여도 방화벽 뒤쪽에 설치된 탱크 표면의 온도는 228 ℃이하가 유지되는 것을 보여준다. — ▲이 그래프에서는 방화벽 앞면의 온도가 1190 ℃까지 상승해도 방화벽 뒤쪽에 설치된 탱크 표면의 온도는 228 ℃이하가 유지되는 것을 보여준다.

연구 결과에 따르면 LPG소형저장탱크의 경우 기준에 적합한 안전밸브를 설치하더라도 주변 화재에 의해 탱크가 지속적으로 가열되면 소위 BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion)라고 하는 탱크 폭발 현상이 발생할 수 있는 것으로 나타났다.

미래기준연구소가 개발한 ‘LPG소형저장탱크 BLEVE 발생 시점 예측 툴’을 통해 분석한 결과 안전밸브가 정상적으로 작동해 액상 가스의 온도가 일정하게 유지되는 경우에도 탱크 강판 온도는 계속 상승해 탱크가 폭발하는 것으로 드러났다.

이런 현상은 안전밸브가 작동되기 시작한 후 탱크 내의 가스가 밖으로 분출되어 줄어들면 액상부 액위가 하강하게 되고 그만큼 액상부 액면 위쪽의 기상부 탱크 강판 넓이가 증가돼 탱크 강판으로부터 액상 가스로 들어가는 복사열이 증가하기 때문인 것으로 밝혀졌다.

특히 탱크 용량이 작을수록 온도는 더 높은 수준까지 상승하는데, 안전밸브 설치기준에 상응하는 입열량(50kW/㎡)에서도 500kg 탱크의 경우에는 그 최종 온도가 BLEVE 발생 우려가 있는 600℃까지 상승할 수 있는 것으로 예측됐다.

주변 화재로 인한 탱크 폭발을 예방하기 위해서는 우선 외부 화재로부터 탱크로 들어가는 열을 차단해야 한다. 이를 위해서는 탱크 주변에 방화벽을 설치하는 등의 조치가 필요하다. 에안센터가 독자적으로 개발한 주변화재 모사 표준화염에 의해 수행된 이번 연구는 안전 확보 측면에서 에안센터 연소시험동 실내에서 수행됐다.

실증실험을 수행한 이재훈 에안센터 부장은 “표준화염에 의해 방화벽 앞면의 온도가 1,190 ℃까지 상승하는 상황에서도 방화벽 뒤쪽에 설치된 탱크 표면의 온도는 228 ℃까지 밖에 상승하지 않는 것으로 나타났다”며 “방화벽을 설치하면 주변 화재 시 탱크의 BLEVE를 막을 수 있다”고 주장했다.

▲▲이 그래프에서는 500kg 탱크 상부 강판의 온도가 600℃까지 상승하는데 걸리는 시간이 충전율이 85%인 경우에는 32분, 20%인 경우에는 12분이라는 것을 보여준다.<br> — ▲이 그래프에서는 500kg 탱크 상부 강판의 온도가 600℃까지 상승하는데 걸리는 시간이 충전율이 85%인 경우에는 32분, 20%인 경우에는 12분이라는 것을 보여준다.

이와 함께 주변 화재로 탱크 주변 가스설비가 손상되어 여기에서 유출되는 가스에 의해 탱크가 자체 가열되고 이로 인해 탱크가 폭발할 수도 있는데, 이를 예방하기 위해서는 가스유출방지 시스템 설치 등의 추가 조치도 필요한 것으로 나타났다.

주변에서 화재가 발생했을 때 LPG소형저장탱크에서의 BLEVE 발생 가능성 자체가 높지 않고, 방화벽 등의 설치를 통한 열차단으로 그 가능성을 크게 줄일 수 있지만 탱크 주변 가스설비의 고무 패킹 등이 고온으로 손상되어 가스가 유출될 수 있기 때문이다.

또한 BLEVE 예측 툴을 통해 분석한 결과 탱크 용량이 작을수록 그리고 탱크의 잔량이 작을수록 BLEVE 발생 시점이 빨라지는 현상 등을 고려해 탱크 가열 방지조치가 되지 않은 탱크의 폭발을 예방하기 위해서는 방재활동의 순서와 타이밍이 중요하다는 사실도 확인됐다.

LPG소형저장탱크 BLEVE 예측 툴을 직접 개발한 채충근 미래기준연구소 소장은 “LPG탱크에 물을 뿌리느라 인명구조의 골든타임을 허비하는 일이 발생하지 않도록 하기 위해서는 LPG탱크 BLEVE발생 시점의 정확한 예측이 중요하다”고 강조했다. 아울러 “현재 LPG판매업계에서 사용하는 가스 잔량 관리시스템과 LPG탱크 BLEVE 예측 툴의 연계를 통해 그 실현이 가능하지만, 이를 현장에서 실제로 적용하기 위해서는 LPG탱크 BLEVE 예측 툴의 성능 고도화를 위한 실증연구가 추가로 필요하다”고 밝혔다.