비등 액체 팽창 증기 폭발(BLEVE), Fire Ball

 - 비등 액체 팽창 증기 폭발이란 고압 상태인 액화가스 용기가 가열되어 물리적 폭발이 순간적으로 화학적 폭발로 이어지는 현상으로 탱크 증기 폭발과 이것에 계속하여 발생하는 가스 폭발을 총칭, 인화점이나 비점이 낮은 인화성 액체(유류)가 가득 차 있지 않은 저장 탱크 주위에 화재가 발생하여 저장 탱크 벽면이 장시간 화염에 노출되면 윗부분 온도가 상승하여 재질의 인장력이 저하되고 내부의 비등 현상으로 인한 압력 상승으로 저장탱크 벽면이 파열되는 현상

 

(1) 비등 액체 팽창 증기 폭발 발생의 메커니즘

 1) 액화가스 저장 탱크 주변에서 화재가 발생
 2) 화염에 의해 탱크가 가열됨
 3) 탱크 내부의 액체가 가열되고, 안전밸브가 작동
 4) 안전밸브의 용량이 적으므로, 높은 증기 압력이 형성
 5) 액체가 충분히 가열되고, 압력 상승으로 인해 기상 부분이 돌출
 6) 국소 돌출부가 파열되면서 내부의 압력이 급격히 저하
 7) 이에 따라 과열된 액화 가스가 급속히 증발(Flashing)하면서, 그 팽창 멀리까지 흩날림
 8) 흩날림과 동시에 저장된 가스가 가연성인 경우, 증기가 주변 화염에 의해 Fire Ball 형성

 

(2) 비등 액체 팽창 증기의 위험성

 1) 탱크 내 체적이 200배 이상 증대되어 탱크에 설치된 안전밸브는 완전한 증기 방출이 불가능

 2) 가연성 액화 가스의 저장 탱크인 경우에는 Fire Ball을 형성하여 복사열로 많은 피해를 일으킴

 3) 비등 액체 팽창 증기의 위험요소는 비산 파편을 포함한 폭풍과 복사열의 영향  

 

(3) 비등 액체 팽창의 방지대책

 1) 탱크 내부의 압력을 감압
 2) 방 유제를 경사지게 설치하여 화염이 직접 탱크에 닿지 않도록 함
 3) 탱크 외벽에 대하여 단열 조치
 - 지상에 설치된 탱크 주위에 흙을 쌓아 덮는 방법
 - 탱크를 지면 아래로 매설시키는 방법
 4) 탱크 기술부의 온도 급상승 방지를 위해 물 분무 설비를 설치
 5) 액화가스를 비상시에 안전한 장소로 이송시키는 이송관을 설치, 운용
 6) 용기의 내압 강도를 높게 하고 경연 부식을 고려하여 충분한 두께의 재료로 제작
 7) 탱크에 대한 기계적 충돌을 방지, 차량 등에 의한 충격으로 용기의 손상이나 강도 저하를 방지
 8) 폭발 방지를 설치
 - 탱크 내벽에 열전도도가 좋은 알루미늄 합금 박판 등을 설치, 기상 부로 흡수되는 열을 액체 부분으로 신속히 전달하는 장치
 - 탱크의 기상부 온도를 낮게 유지하여 비등 액체 팽창의 발생 시간을 늦춤 

 

(4) Fire Ball의 개념

 - Fire Ball은 비등 액체 팽창이나 증기 운 폭발과 같이 Flash 증발로 인해 확산한 인화성 증기가 불붙으면서 폭발할 때, 화염이 급속히 확대되며 공기를 끌어 올려 마치 공이 지면에서 솟아올라 버섯 형 화염으로 되어가는 것처럼 보임, 이러한 화염 형태를 Fire Ball이라 함

 

(5) Fire Ball의 진행 과정

 - 비등 액체 팽창이나 누출로 Flash 증발하여 형성된 증기 운에 불붙으면, 온도 상승으로 부력이 발생하여 화염이 상승하며 반구형의 형태가 됨
 - 이러한 상승 화염은 주변의 공기를 끌어들여 구 모양이 되고, 더욱 상승하면서 버섯 형의 화염을 형성
 - 프랑스의 정유소에서의 프로판 누출 사고에서는 높이 600m의 Fire Ball이 형성되었다는 보고가 있음

 

(6) Fire Ball의 발생 메커니즘

 - 비등 액체 팽창에 의한 Fire Ball의 생성
  1) 액화가스 저장 탱크가 인접 화재의 화염에 의해 가열
  2) 안전밸브가 작동되지만, 그 용량이 작아 탱크 내부의 액체 온도가 상승하여 높은 증기압을 형성
  3) 압력 상승으로 탱크의 기상 부 중 고 열부에게 돌출이 발생하여 연성 파괴되면서 급격히 압력이 저하되어 액화가스가 급격히 증발
  4) 기화에 의한 체적팽창으로 탱크가 손상되며 파편이 흩날림, 증발한 가스는 화염에 의해 점화
  5) 이 불붙은 가스 증기 운이 Fire Ball을 형성

 - 증기 운에 의한 Fire Ball
 1) 위험물 저장탱크의 파손이나 밸브 조작실수 등으로 가스가 누설
 2) 누설된 액화 가스는 기화되고, 계속된 누설로 인해 증기 운이 형성
 3) 증기 운에 점화원이 가해져 발화하며 폭발적으로 연소
 4) 이에 따라 Fire Ball 형성

 

(7) Fire Ball의 영향인자

1) 폭발 범위 : 폭발 범위가 넓을수록 광범위하게 연소
 2) 증기 밀도 : 증기 밀도가 낮을수록 증기의 용적이 증대
 3) 연료의 연소열  : 온도가 상승하여 광범위한 화염 형성
 4) 유출 형태에 따른 혼합기의 조성 : 폭발범위 이내로, 양론 농도에 가까울수록 연소가 촉진
 5) 저장 형태 : Flashing이 발생할 수 있는 형태( 상온 가압 액화가스)일수록 Fire Ball 촉진