● 유류화재
- 유류 저장탱크에서 발생되는 이상현상
- 종류: 블레비, 보일오버, 슬롭오버, 프로스오버, 오일오버, 제트파이어, 화구, 증기운폭발
- 원유를 분별증류하면 끓는점이 낮은 휘발유 성분이 먼저 분리되고 하부 쪽으로 갈수록 끓는점이 높은 등유, 경유, 중유 순으로 분리된다.
| 재해 종류 | 재해 현상 |
| 블레비 (BLEVE) |
인화성 or 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재 발생 시 화재열에 의한 탱크벽 가열로 액의 온도상승, 탱크내의 압력 증가로 탱크의 압력강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크가 파열되어 Fire Ball로 발전하는 폭발 현상이다. |
| 증기운 폭발 (UVCE) |
인화성 or 가연성 액체 저장탱크 지역에서 가스가 누설되어 급격히 증발되어 증기운을 형성하며 떠다니다가 점화원과 접촉 시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발 현상이다. |
| 보일오버 (Boil over) |
탱크의 저부에 물 또는 물-기름 에멀젼이 존재하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은 기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상이다. |
| 슬롭오버 (Slop over) |
소화활동 중 소방대에 의해 고온층의 표면에 물, 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 (↑↑) 교란되어 열류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다. |
| 프로스오버 (Froth over) |
탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는 현상으로, 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로 물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다. |
| 오일오버 (Oil-over) |
탱크 내 유류가 1/2 이하로 채워진 상태에서 내부 압력상승으로 인한 폭발화재 현상 |
| 화구 (Fire ball) |
BLEVE 현상에 이어 점화되면서 폭음과 강력한 복사열을 동반하는 화구가 버섯모양으로 부상 |
| 액면화재 (Pool fire) |
용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재 |
| 분출화재 (Jet fire) |
탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때 점화되어 발생하는 난류 확산형 화재 |
| 링파이어 (Ring fire) |
유류화재 시 방사된 포소화약제를 통해 유류 중앙부분은 소화가 되지만 가장자리는 가열된 탱크에 의해 포가 깨져 링 모양으로 화염이 올라오는 현상 |
1. 비등 액체 팽창증기폭발 = 과열액체 증기폭발 = 블레비 (BLEVE, Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)
- 고압 액화가스를 담고 있는 가스용기가 파괴된 경우 용기 내 액체가 급격히 기화하면서 발생하는 물리적 폭발
- 비등액체 팽창 증기 폭발이나 평형파괴형 증기 폭발과 같은 물리적 폭발로 인하여 액화가스 저장탱크가 파열되면 내부 가열된 액화가스가 급속히 유출되면서 화구(fireball)를 형성하게 되고 화학적 폭발로 전이될 수 있다.
- 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장 탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발
- 과열상태의 탱크에서 내부의 액화가스가 분출되어 착화되었을 때 폭발하는 현상
- 옥외의 가스 저장탱크지역의 화재발생시 저장탱크의외부가 가열되어 탱크 내 액체부분은 급격히 증발하고 가스부분은 온도상승과 비례하여 탱크 내 압력의 급격한 상승을 초래하게 된다.
- 액화가스탱크에서 액체가 비등하며 내부압력이 높아지면 용기가 파열되는 현상
- 인화성 액체탱크가 가열되어 폭발하기 전에 또한 10분 경과하기 전에 냉각조치를 하지 않으면 폭발이 발생할 수 있다.
(1) BLEVE의 발생조건
㉠ 가연물이 비점 이상 가열될 것
㉡ 가연성 가스가 밀폐계 내에 존재할 것
㉢ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것
㉣ 내용물이 대기 중으로 방출될 것
㉤ 온도상승으로 인한 탱크 파열
(2) 발생 메커니즘
: 화재 - 액온상승 - 압력상승 - 연성파괴 - 액격현상 - 취성파괴 - 화구형성
① 액온상승
- 화재로 인해 외부로부터 열이 공급되면 탱크 내부 기체 팽창, 압력 상승
② 연성파괴
- 부피팽창에 따른 압력을 탱크 인장강도가 견디지 못하고 균열 발생
③ 액격현상
- 용기 내 급 비등
- 균열에 의해 탱크 내부 압력 저하되어 탱크 내 기액평형 파괴되어 급격한 부피 팽창
④ 취성파괴 (증기 폭발)
- 부피팽창에 의한 탱크 파괴되어 폭발한다
⑤ Fire ball로 전이
- 폭발이 점화원이 되어 탱크 내부 가연물에 점화되어 Fire ball 형성
Fire-ball-BLEVE에 의해 발생된 화염은 최초엔 지표면 부근에서 발생하여 거대하게 성장하는데, 반구형의 형태를 형성한 후 부력에 의해 상승하면서 버섯모양으로 변하는데 이 화염을 Fire-ball이라 한다.
(3) BLEVE 대책
㉠ 온도를 낮추는 대책
- 방액제를 경사지게 (1.5° 이상) 하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함
- 화염으로부터 탱크로의 입열억제 - 탱크외벽 단열조치, 탱크 지하설치 등
- 고정식 살수설비 설치 - 현재 가장 많이 사용
㉡ 용기의 강도를 강화시키는 대책
- 탱크내의 압력감압 - 폭발억제장치 설치
- 열전도도가 좋은 물질 설치 - 폭발방지장치 설치
- 용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 - 경년부식에 의한 내압강도 고려
- 용기의 외력에 의한 파괴방지 - 타물체에 의한 기계적 충돌 방지
2. 증기운 폭발(vapor cloud explosion or unconfined vapor cloud explosion)
- 가스 폭발의 일종
- 지표면에 유출된 가연성 가스나 기화하기 쉬운 가연성 액체가 분산과 확산을 통해 증기운을 형성하고, 그 증기운이 점화하여 발생하는 폭발
- 개방된 대기 중에 다량의 가연성 액체 또는 가스가 유출되어 발생된 증기가 공기와 혼합하여 발화원에 의해 폭발하는 현상
- 증기운 크기에 따라 피해 정도가 달라지며, 화학공 정에서 가장 위험하고 파괴적인 폭발이다.
- 주변에 장애물이 존재하는 경우, 장애물 주변에 난류가 발생한다. 이로 인해 연소 비율, 그리고 난류와 유속이 증가한다. 이러한 증폭피드백이 진행되면서 폭발에 의한 피해 역시 증가한다. 난류 외에도 증기운 농도에 따라 화염속도가 달라진다.
(1) 증기운 폭발 발생과정 및 위험성
① 인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서 가스가 누설되어 급격히 증발
증발된 가스와 공기와 혼합하여 증기운 형성(실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성)
③ 형성된 증기운이 주위 점화원으로부터 점화
④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 UVCE를 일으킴
⑤ Fire Ball로 발전
(2) 증기운폭발 형성조건
① 방출되는 물질이 가연성일 것
② 발화전에 충분한 증기운을 형성할 것
③ 충분한 증기운이 연소범위 이내일 것
④ 난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것
⑤ UVCE를 일으키기 위해서는 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추거나 압력을 가압해 주어야 한다.
(3) 증기운 폭발의 방지대책
일반적인 폭발방지대책에는 예방과 방화대책이 있으나 UVCE는 제어나 진압을 통한 특별한 방화대책이 없으므로 예방만이 최선의 대책이다.
① 가연성 물질의 유출을 막음
② 가연성 물질의 재고량 최소화
③ 누설대비 가스누설 검지기 설치
④ 누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지 (자동차단밸브 설치)
⑤ 사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보
3. 보일오버 (Boil-over)
- 물-수증기 팽창
- 유류탱크화재 시 탱크 유면에서부터 고온층이 확대되어 고온층이 탱크 하부에 있는 물을 가열, 비등시켜 발생된 수증기가 체적팽창에 의해 상층의 유류를 탱크 밖으로 분출시키는 현상
- 비점이 큰 중질유의 저장탱크 속 수분 또는 에멀젼이 열류층에 의해 유류를 밀어올리고 기름과 함께 비산하는 현상
- 다성분(다비점) 액체인 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열, 축적되어 200 ~ 300°C 의 열류층을 형성한다.
- 열류층의 온도는 200°C~ 300°C로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반대 방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다.
- 열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은 기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상이다.
- 소방대에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다.
- 탱크화재가 상당시간 진행되고 소화수의 탱크 내부 유입과 탱크 하부벽면에 물을 뿌려 물의 증발여부 확인
- 탱크의 드레인(drain) 밸브를 개방하여 탱크 고인 물을 제거
- 보일오버의 조건
㉠ 뚜껑이 열린 구조여야 한다.
㉡ 다비점(다성분)이어야 한다.
㉢ 탱크 하부에 물 또는 에멀젼이 있어야 한다.
= 바닥에는 물 또는 습기가 찌꺼기와 함께 있어야 한다.
㉣ 화재가 장시간 지속되어야 한다(열류층 형성되어야 한다).
4. 슬롭오버(Slop-over)
- 중질유 탱크의 액 표면온도가 물의 비점 이상으로 올라간 상태에서 포나 소화용수를 방사했을 때 증발된 수증기와 함께 유류가 급격한 부피팽창으로 탱크 외부로 분출하는 현상
- 열류층을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반대 방향(↓↑) 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방대에 의해 고온층의 표면에 물, 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다.
- 이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물, 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬 기름이 급히 열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다.
5. 프로스오버(Froth-over)
- 물에 의해 탱크 내 유류가 넘치는 현상으로 고온에서도 끈끈한 점성을 유지하고 있는 고점도 중질유 유류가 저장탱크 속에 물과 섞여 들어가 있을때 또는 유류표면 아래로 물이 유입되면서 물이 고점도 유류 아래에서 비등할때, 기름과 섞여있는 물이 갑자기 수증기화 되면서 탱크 내부에서 탱크 내의 이부 내용물을 넘치게 하는 현상으로서 직접적으로 화재발생을 하지 않는다.
- 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로 물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상
- 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 - 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점 이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다
6. 오일오버(Oil-over)
- 탱크 내 유류가 1/2 이하로 채워진 상태에서 내부 압력상승으로 인한 폭발화재 현상
7. 화구(Fire ball)
- 인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성 Flash 증기가 대량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의 한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다
- 비등액체팽창증기폭발(BLEVE)현상에 이어 점화되면서 폭음과 강력한 복사열을 동반하는 화구가 버섯모양으로 부상
- 비등액체팽창증기폭발(BLEVE)에 이어서 바로 나타남
- 탱크폭발 위험반경 : 약 150m
- 파이어볼 지속시간(sec) = 0.825 × 저장 가스량(kg)
- 위험반경 내 방열복 착용 및 엄폐물 활용
- 밸브나 배관에서 누출되는 가스가 연소하는 화염은 소화하지 말고 그 화염에 의해서 가열되는 면을 냉각
- 소방력에 따라 탱크 냉각 및 복사열 차단을 우선하고 BLEVE현상 징후 상시 관찰, 임박이 예상되면 소방력 즉시 대피
8. 액면화재 (Pool fire)
- 용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재
- 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재
- 화재초기에 진화하지 않으면 진화가 어려워 Boil-over 나 Slop-over등의 탱크화재 재해현상으로 확대될 수 있다.
9. 분출화재 (Jet fire)
- 탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때 점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막대한 피해를 발생시키는 화재의 대표적인 유형이다
10. 링파이어 (Ring fire)
- 유류화재 시 방사된 포소화약제를 통해 유류 중앙부분은 소화가 되지만 가장자리는 가열된 탱크에 의해 포가 깨져 링 모양으로 화염이 올라오는 현상
- 탱크의 벽면이 가열된 상태에서 포를 방출하는 경우 가열된 벽면 부분에서 포가 열화되어 안정성이 저하된 상태에서 증발된 유류가스가 발포되어 있는 유화층을 뚫고 상승되어 유류가스에서 불이 붙는 현상
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