근린생활시설 내 인화성액체 옥내탱크저장소 화재폭발 시 안전거리 분석
Analysis of Safety Distances in Fire Explosions at Indoor Tank Storage Facilities Containing Flammable Liquids in Neighborhood Living Facilities
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Abstract
본 연구는 근린생활시설 내 옥내탱크저장소의 인화성액체 화재폭발 시 구조활동에 필요한 최소 안전거리를 분석하였다. 사고사례를 대상으로 지침, 사고자료, 시뮬레이션 결과를 활용하여 안전거리를 도출하고 결과를 비교하였다. 시뮬레이션에 적용된 화학물질은 정제유로 Acetone, 경유로 N-dodecane을 대상으로 하였으며, 사고사례는 2023년 부산 목욕탕 화재폭발을 대상으로 선정하였다. 분석 결과, 지침의 안전거리는 50 m이며, 복사열만을 고려한 사고사례의 안전거리는 30 m로 도출되었다. 시뮬레이션 결과 정제유의 복사열과 과압은 17~52 m, 26~129 m 범위였으며, 경유는 복사열만 19~47 m로 분석되었다. 인화성액체 누출 사고 초기에 도착한 소방대가 긴급하게 설정할 안전거리는 최소 50 m를 적용하는 것이 타당하며, 사고 중기에 도착한 화학대의 대응 활동을 위해서는 물질의 특성과 환경에 따라 적합한 안전거리를 설정할 수 있는 자료를 생성하고 제공하는 것이 필요하다.
Trans Abstract
This study analyzed the minimum safe distance required for rescue activities in a flammable liquid fire explosion in an indoor tank storage facility within a neighborhood living facility. The safe distance was derived using guidelines, accident data, and simulations of accident cases. The considered chemicals were acetone, which was used as the refined oil, and N-dodecane, which was used as the diesel. The Busan bathhouse fire explosion in 2023 was selected as the accident case. The results indicated that the safe distance in the guidelines was 50 m, and the safe distance for accident cases considering only thermal radiation was 30 m. The simulation results showed that the radiation heat and overpressure of refined oil were in the ranges of 17~52 m and 26~129 m, respectively, whereas the radiation heat of diesel oil was in the range of 19~47 m. Hence, it is reasonable to apply a minimum safety distance of 50 m, as set by the fire brigade, upon the initial arrival of a flammable liquid leak accident. To provide relief activities for a chemical rescue team arriving in the middle of an accident, it is necessary to create and provide data that can be used to set appropriate safety distances based on the characteristics of the material and environment.
1. 서 론
인화성액체는 누출 후 유증기가 대기 중에 쉽게 희석되지 않아 화재폭발 가능성이 크다(Jung and Lee, 2018). 또한, 인화성액체의 위험성은 다른 위험물에 비해 상대적으로 높으므로 ｢위험물안전관리법｣에 제4류 위험물로 분류하고 있고, ｢화학물질관리법의｣ 경우 유해화학물질에 포함하여 관리하도록 하고 있다. 위험물 통계(National Fire Agency, 2023b)에 근거한 전국 위험물 시설의 현황을 보면, 총 111,265개소(제1류~제6류 위험물 시설)의 위험물 시설 중 제4류 위험물 시설은 107,978개소로 전체 위험물 시설의 약 97%를 나타내는 것을 알 수 있다. 최근 5년간(2018년~2022년) 사고 건수를 보면, 전체 343건의 사고 중 중 255건(74.3%)이 제4류 위험물 시설에서 발생하였다(Table 1).
Hazardous Materials Facilities⋅Accident Status
제4류 위험물 시설에서 발생한 사고로 발생한 사상자는 345명이므로 제 4류 위험물 시설에서 많은 사고가 발생했음을 알 수 있다. 최근 발생한 제4류 위험물에서 발생한 대표적인 고위험 사고로는 2023년 부산 목욕탕 옥내탱크저장소 화재폭발 사고가 있다. 사고로 발생한 화재 복사열과 폭발 과압의 영향 범위 내에서 24명의 인명 피해가 발생하였다. 부산 목욕탕 사고는 인화성액체 화재폭발 시 적절한 안전거리(끝점 거리)의 설정이 인명 피해 방지에 있어 매우 중요한 요소임을 시사한다(Yun et al., 2023).
소방청의 ｢재난현장 표준작전 절차(SOP)｣에 포함되어 있는 현장 안전관리 표준지침(SSG, Standard Safety Guidelines)에서는(National Fire Agency, 2023c) 재난 현장 출입통제를 위해 안전거리를 설정하도록 제시하고 있다. 그러나 SSG는 안전거리 설정에 대해 다음과 같은 한계점을 지닌다. 첫째, ‘폭발위험 존재 시 안전거리 확보’라고 명시하고 있으나 정량적 안전거리의 부재로 인해 재난 현장에서 적시 적절한 안전관리가 어렵다. 둘째, ‘유해화학물질 사고 시 유해물질비상대응가이드북(ERG, Emergency Response Guide) 활용’이라고 되어 있으나, ERG는 인화성 액체에 대해 동일한 안전거리를 적용하여 현장의 다양한 변수 반영이 어려워 유연한 재난관리에 한계가 있다.
인화성액체 화재폭발 시 안전거리에 관한 연구는 대부분 복사열에 대한 인근 시설 보호와 같은 예방적 관리 측면에 집중되어 있으며, 화재폭발 사고 발생 시 대응에 필요한 정량적 안전거리 산정에 활용하기 어려운 한계가 있다. Kwon et al. (2022)이 위험물제조소를 대상으로 화재현장 조사서를 분석하여 안전거리 차등화를 제안하였으며, Lee et al. (2020)은 옥외탱크저장소를 대상으로 환경 조건에 따른 시뮬레이션을 통해 필요한 보유공지를 제시하고, 정량적 보유공지에 대한 추가 연구의 필요성을 강조하였다. Lee (2016)는 옥외탱크 화재폭발 시 실험을 통한 대응 방안을 제시하였다. 주요 선행연구들은 대체로 산업단지 내 대규모 옥외탱크저장소나 일부 제조소를 대상으로 하며, 대응에 필요한 정량적 안전거리 산정은 포함되지 않은 경우가 많다.
그러나 부산 목욕탕 화재폭발 사고사례에서 알 수 있듯이, 산업단지에 설치된 옥외탱크저장소의 사고가 주로 재산피해에 집중된 것(National Fire Agency, 2019)과 달리, 근린생활시설에 설치된 옥내탱크의 화재폭발 사고는 주거지역에서 발생하여 인명 피해가 큰 것을 알 수 있다.
따라서 본 연구는 근린생활시설 내 옥내탱크저장소에서의 인화성액체 화재폭발 사고 대응에 활용될 수 있는 적절한 소방 안전거리 설정 방안을 분석하고자 한다. 2023년 부산 목욕탕 화재폭발 피해사례를 대상으로 지침, 사고자료, 시뮬레이션 결과를 활용하여 정량적 안전거리를 비교⋅분석하였다.
2. 이론적 배경
정량적인 안전거리(반경 포함)는 다양한 지침과 시뮬레이션 도구를 통해 산정할 수 있다. 화재폭발 시 안전거리 산정의 근거를 확인하기 위해 국내의 경우 소방청의 SSG, 환경부의 사고 영향 범위 산정에 관한 기술지침(ITG), 국외의 경우 미국 및 캐나다 교통부에서 발간한 ERG와 미국 환경보호청(EPA)의 ALOHA 사용자 가이드를 분석하였다.
2.1 안전거리
안전거리는 ERG (National Fire Agency, 2022)에서 제시한 대피거리, ｢사고 영향 범위 산정에 관한 기술지침(National Institute of Chemical Safety, 2021)｣에서 제시된 끝점, 그리고 ｢ALOHA 사용자 가이드(National Institute of Chemical Safety, 2015)｣에서 수행된 시뮬레이션을 통한 피해영향 수치 등을 종합하여 산출할 수 있다. 소방청에서 발간한 SSG (National Fire Agency, 2023c)에 따르면, 화학사고 시에는 ERG를 활용하여 안전거리를 설정하도록 하고 있다. ERG는 화재를 동반한 운송 사고 발생 시 대피 거리를 구체적으로 제시하고 있으며, ｢사고 영향 범위 산정에 관한 기술지침｣의 끝점은 인체와 환경에 영향을 미칠 수 있는 피해 값에 따른 거리를 나타낸다. 또한, ｢ALOHA 사용자 가이드｣는 시뮬레이션을 통해 예상 피해 범위를 정량화하는 방법을 제공하며, 이를 기반으로 안전거리를 설정할 수 있도록 가이드라인을 제시하고 있다.
2.2 피해영향범위
｢ALOHA 사용자 가이드｣에 따른 피해 영향 범위는 다음과 같이 분류할 수 있다(Table 2). 표에서 복사열은 60초 내에 인체에 피해를 줄 수 있는 열량을 나타내며, 10 kW/m2는 치명적 상해를, 5 kW/m2는 2도 화상을, 2 kW/m2는 고통을 유발할 수 있는 수준을 의미한다. 과압은 폭발 시 발생하는 압력으로, 8 psi는 건물 파괴, 3.5 psi는 중상, 1 psi는 유리 파손 및 건물 일부 손상을 초래할 수 있는 압력 수치를 뜻한다. ALOHA에서 제시한 피해 영향 범위는 해당 구역 내 피해 강도를 Red, Orange, Yellow의 세 가지 존(Zone)으로 구분하여 시각적으로 표시할 수 있다. 피해 영향 범위(Threat Zone) 내로 진입할 경우, 복사열과 과압을 종합적으로 고려하여 대응해야 한다.
ALOHA Damage Impact Range
3. 연구 대상과 방법
3.1 대상 사고
연구 대상 사고는 2023년 부산에서 발생한 목욕탕(Fig. 1(a)) 화재폭발 사고이다. 사고는 9월 1일 13:40경, 건물 지하 1층에 위치한 정제유 저장탱크에서 발생한 유증기로 화재폭발 사고가 발생하였다. 24명의 인명 피해가 있었으며, 2명은 중상, 22명은 경상을 입었으며, 부상자 중에는 소방관 10명, 경찰관 3명, 구청 공무원 4명, 주민 7명이 포함되었다.
Incident Area and Endpoint Distance of Damage
사고 발생 직후, 13:40에 1차 폭발 신고가 접수되었고, 초기 진화 작업은 14:00에 완료되었다. 그러나, 초기 진화 후 인명 검색 및 위험성 평가가 진행되는 과정에서 14:12에 2차 폭발이 발생하여 추가적인 피해가 발생하였다. 초기 진화 이후 유류탱크에 대한 안전 조치가 이루어졌으나, 폭발 가능성을 정확하게 예측하지 못하여 적절한 안전거리 판단에 어려움이 있었고 그로 인한 피해가 컸다.
3.2 분석 방법
3.2.1 지침자료를 통한 안전거리 비교분석
지침자료를 활용하여 해당 사고의 안전거리를 분석하기 위해 미국 및 캐나다 교통부의 ERG에서 제시한 대피거리, 소방청의 SSG에서 제시한 안전거리 설정에 관한 사항을 활용하였다. 또한, 환경부의 ｢사고 영향범위 산정에 관한 기술지침(ITG)｣에서 ‘범용프로그램 평가가 불가능한 물질의 영향범위 결정’에서 규정한 영향범위와 끝점에 대한 내용을 활용하였다.
3.2.2 사고자료를 통한 안전거리 측정
대상 사례에 대한 합동감식, 현장조사, 분석보고서, 언론 보도, CCTV 등의 자료를 활용하여 안전거리를 측정하였다. Fig. 1(b)와 같이 복사열 2k W/m2 (1분내 고통 느낌)과 과압 1 psi (유리 및 건축물 일부가 파손) 반경 범위의 끝점 거리를 안전거리로 측정하였다.
3.2.3 화재폭발 확산 모형
대상 화재폭발 사고를 모형화하기 위해 ALOHA 피해 예측 프로그램을 활용하였으며, 사고 시나리오는 대안 및 최악의 시나리오로 구분하였다. ALOHA 프로그램은 화재폭발 시나리오별 사고 영향 범위를 지도상에 표출하여 비상대응계획 수립에 활용할 수 있으며, 탱크 하단 누출, Puddle 및 유증기 형성 메커니즘 요소를 입력하여 복사열과 과압의 피해 범위 도출에 적합하므로 시뮬레이션 프로그램으로 선정하였다(Hwang, 2022).
모형에 사용된 화학물질인 정제유는 사고 당시 인화점과 동일하며 폐유기 용제에서 생산되는 Acetone (Korea Occupational Safety and Health Agency, 2016)이며, 경유는 여러 화학종 중에서 주된 성분인 N-dodecane (Kim et al., 2013)을 선정하였다. 대상 화학물질의 주요 물성치는 Table 3과 같다.
Material Prpperties of Acetone and N-dodecane
사고 시나리오는 대안 및 최악의 사고 시나리오를 고려하였으며, 입력 자료는 Table 4와 같다. 대안의 사고 시나리오(이하 대안의 경우)는 현실 가능성이 큰 시나리오 중 끝점 거리가 최대인 경우로 사례 데이터를 최대한 활용하였다. 최악의 사고 시나리오(이하 최악의 경우)는 ｢최악 및 대안의 사고 시나리오 선정에 관한 기술지침(한국산업안전보건공단)｣에서 제시된 입력값을 적용하였다. 대안의 경우 입력값 중 누출 유증기량은 1,500 L를 적용하였다. 사고가 발생한 탱크(용량 5,800 L)에 저장된 정제유는 2,000 L이며, 사고 후 잔량은 586 L로 화재폭발에 소비된 연료 및 현장 환경의 보수적 수치를 적용한 것이다. 누출공의 크기는 ｢위험물안전관리에 관한 세부기준(National Fire Agency, 2023a)｣과 ｢누출원 모델링에 관한 기술지침(Korea Occupational Safety and Health Agency, 2023)｣을 참고하여 4 mm를 적용하였다. 반면 최악의 경우 누출량 및 누출공 크기는 최냇값을 적용하고, 그 외의 데이터는 관련 지침의 수치를 입력하였다.
Input Values for Alternative and Worst Case
화재폭발 확산모형에서 제한 및 가정사항은 다음과 같다. 먼저, 화재폭발의 연료는 유증기로 한정하고 보수적 수치를 적용하였으며, 화재폭발 시 피해 영향 범위에 장애물 및 건물구조 영향은 제외하였다. 수직 원통형 탱크 하단에서 누출하여 VCE에 의한 과압, Pool fire로 인한 복사열이 발생한 것으로 가정하였으며, 온도는 당시 탱크실 온도와 해당 탱크 내부 인화성액체의 성상을 유지하는 온도를 고려하여 55 °C로 설정하였다. 또한, 건물 내부에서 발생한 사고로 Cloud cover는 구름양을 최대로 입력하여 태양으로 인한 증발속도의 영향을 최소화고 풍향의 영향은 없는 것으로 가정하였다.
3.2.4 분석 방법 비교
지침, 실제 사고사례 분석, 시뮬레이션 분석의 장단점을 비교하면 다음과 같다. 지침 분석의 장점은 사고 초기 신속한 안전거리 설정이 가능하다는 점이다. 지침을 활용한 안전거리 설정 방법은 단순하고 신속한 절차를 제공하여 즉각적인 대응에 유리하다. 그러나 지침 활용은 화학물질의 종류, 괴로운 압박과 복사열 피해요인의 구분, 대기 조건, 누출량 및 장소 등 다양한 변수에 대한 고려가 제한적이라는 단점을 갖고 있다.
실제 사고사례 분석은 유사한 사고사례를 참고할 수 있어, 실질적인 상황에 기반한 판단이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 사고사례 분석 방법 역시 다양한 변수의 적용에 한계가 있으며, 과거 사례에 의존하기 때문에 새로운 상황에 대한 대응이 어려울 수 있다.
확산 모형을 활용한 시뮬레이션 분석은 다양한 변수들을 고려하여 유연하고 정밀한 안전거리 설정이 가능하다는 점에서 강점이 있다. 특정 상황에 맞춘 분석을 통해 보다 정확한 결과를 도출할 수 있으나 사고 초기에는 시뮬레이션 수행이 어렵고, 전문 지식과 경험이 요구된다는 단점이 존재한다. 시뮬레이션 분석은 시간이 허락되고 전문가의 참여가 가능한 상황에서 유효하다.
4. 결과 분석
대상 사고인 부산 목욕탕 화재폭발 사고에 대해 지침에 따른 안전거리, 사고 조사 보고서의 피해 상황으로부터 추정한 안전거리, 그리고 확산 모형에 따른 안전거리를 도출하고 결과를 분석하였다.
4.1 지침 안전거리 분석
지침을 활용한 대상 사고의 안전거리 분석 결과는 Table 5와 같다. ERG의 경우, 인화성액체 누출 시 반경 50 m, 운송 수단(철도, 탱크차량 등) 화재 시 반경 800 m 안전거리를 제시하므로 대상 사고의 안전거리는 50 m로 볼 수 있다. 사고 초기에는 시뮬레이션이 어려우므로 전문 대응기관 도착 전 지침의 안전거리가 활용될 수 있으나, 다양한 변수(화학물질, 대기조건, 누출량, 장소 등) 적용이 어려워 유연한 안전거리 설정은 어려운 한계가 존재한다.
Safety Distance Comparison according to Guidelines
소방청의 SSG는 사고 시 ERG 안전거리를 참고하여 활용하고 있다. 다만, 현장 변수를 반영한 정량적 안전거리를 제시하지 못해 적절한 대응이 어렵다. 환경부에서 제시한 사고 영향범위 산정에 관한 기술지침(ITG)은 화학사고예방관리 계획서 작성지원 프로그램을 통해 피해영향범위를 평가한다. 프로그램으로 평가되지 않는 물질의 영향 범위 결정은 실내 취급시설 기체(유증기)인 경우 건축물 벽체로부터 50 m를 적용하도록 하고 있으므로 대상 사고의 경우 50 m를 안전거리로 도출할 수 있다.
분석한 지침에서 대상 사고에 대한 정량적 안전거리를 반경 50 m 이상으로 제시한 것으로 분석된다. 다만, 제시된 값은 다양한 재난환경 변수를 반영하지 못하고 화학물질 및 복사열과 과압 피해요인을 구분하여 고려하지 못한 한계점을 갖고 있다.
4.2 사고 보고서 분석
대상 사고에 대한 조사 보고서 결과를 근거로 현장의 안전거리, 사고물질, 화재폭발 메커니즘을 분석하였다. 해당 합동감식 결과에 따르면, 사고 허가 물질은 경유였으나 실제로는 가격이 저렴하고 저품질인 정제유를 보일러용으로 저장한 것이 확인되었다. 경유의 인화점이 50 °C 이상인 반면 정제유는 –20 °C로 매우 낮아 사고 피해가 확대된 것을 알 수 있다. 사고 원인은 유증기이며, 화재폭발 메커니즘은 지하 1층 옥내저장탱크 하단 구멍 발생 및 누출, 누출된 유류 Puddle에서 증발, 가연성 유증기 혼합기 형성, 점화원에 의한 VCE (Vapor Cloud Explosion) 폭발 과압 또는 Pool fire의 복사열 발생으로 분석된다(Fig. 2).
VCE or Pool Fire Mechanism for Considered Accident
Fig. 3(a)는 CCTV를 통해 정제유 화재 폭발 범위 내에 있는 주민 등 17명을 숫자로 표시한 것이며, Fig. 3(b)는 화재 폭발 시 화염 분출 방향과 피해 범위 및 강도를 추정한 것이다. 피해 인원 중 2명은 전신 2도 화상 등 중상, 그 외는 경상을 입었다. Fig. 3(c)는 폭발 과압으로 유리 파편, 자재 등이 파손된 사진이며, 사진에서 건축물 방화문과 벽체 일부도 손상된 것을 확인할 수 있다. 피해사례에 근거하여 Google Earth를 통해 화재 폭발의 안전거리를 추정한 결과(Fig. 3(d)), 피해가 발생하지 않는 범위는 약 반경 30 m 이상으로 판단되었다. 다만, 안전거리 30 m는 복사열에 의한 피해만 측정한 것이며, 과압에 의한 피해는 현실적으로 조사하기가 어려워서 과압에 의한 안전거리는 제외하였다. 피해사례로부터 안전거리를 추정할 때, 다음과 같은 한계점이 존재하였다. 첫째, CCTV 및 현장 사진을 근거로 분석한 결과로 정량적 안전거리 판단에는 추가적인 검증이 필요하다. 둘째, 총 24명의 부상자 중 CCTV로 확인되지 않은 7명에 대한 정보는 포함되지 않았다. 셋째, 복사열과 폭발 과압을 구분하여 안전거리를 판단하기 어렵다.
Case Analysis of Thermal Radiation and Overpressure Influence Range
4.3 시뮬레이션을 통한 안전거리 분석
정제유는 Acetone, 경유는 N-dodecane을 고려하여 복사열과 과압의 정량적 안전거리를 분석하였다.
4.3.1 Acetone 안전거리 결과 분석
정제유인 Acetone의 안전거리 분석을 위해 Table 4를 기반으로 입력된 복사열과 과압 피해 범위 해석 결과는 Table 6과 같다. 복사열 피해 측면에서, 대안의 경우 60초 이내에 Yellow zone (17~10 m) 범위 내에서는 사람이 경미한 고통을 느끼며 부상을 당할 수 있고, Red 및 Orange zone (10 m 미만) 범위 내에서는 2도 화상 또는 치명적인 상해를 입을 수 있다. 최악의 경우, Yellow zone은 52~34 m, Orange zone은 33~23 m, Red zone은 22 m 미만으로 대안의 경우보다 2배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 과압 피해 측면에서, 대안의 경우 Yellow zone (26~12 m) 범위 내에서는 유리 및 건물에 일부 손상이 있을 수 있으며, Orange zone (11 m 이하)에서는 사람이 중상을 입을 수 있다. 반면 최악의 경우, Yellow zone은 129~76 m, Orange zone은 75 m 이하로 대안의 경우보다 약 5배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 대안 및 최악의 경우 모두 Red zone 우려 수준(LOC)은 초과하지 않았다.
Safety Distances for Acetone
4.3.2 N-dodecane 안전거리 결과 분석
경유인 N-dodecane를 가정하여 해석한 대상 사고에서 발생한 복사열과 과압 피해 범위를 분석한 결과는 Table 7과 같다. 복사열 피해 측면에서, 대안의 경우 60초 이내에 Yellow zone (19~12 m) 범위 내에서는 사람이 경미한 고통을 느끼며 부상을 입을 수 있고, Orange zone (11~10 m) 범위 내에서는 2도 화상을 입을 수 있으며, Red zone (10 m 미만) 범위 내에서는 치명적인 상해를 입을 수 있다. 최악의 경우, Yellow zone은 47~30 m, Orange zone은 29~20 m, Red zone은 29 m 이하로 대안의 경우보다 약 2배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 과압 피해 측면에서는, 가연성 증기운의 어떤 부분도 폭발하한계(LEL)를 넘지 않아 폭발은 발생하지 않는 것으로 나타났다.
Safety Distances for N-dodecane
4.3.3 Acetone과 N-dodecane의 안전거리 비교분석
Acetone (정제유)와 N-dodecane (경유)의 안전거리를 비교 분석한 결과, 경유가 상대적으로 요구되는 안전거리가 작은 것을 알 수 있다. 정제유는 폭발로 인해 최대 129 m 까지 피해 범위를 형성하는 반면, 경유는 유의미한 폭발이 발생하지 않으므로 과압에 의한 인명 및 재산 피해가 발생하지 않을 것으로 판단된다. Table 3에서 두 물질의 끓는점을 비교해 보면, 정제유는 56.3 °C인 반면 경유는 216.3 °C로서 정제유가 경유에 비해 현장에서 쉽게 유증기로 기화되어 폭발 가능성이 높아지기 때문이다. 복사열 안전거리 측면에서는 두 물질이 유사한 수치를 보였으나, 최악의 시나리오에서는 경유가 3~5 m 더 짧아 상대적으로 경유가 안전한 것으로 분석되었다.
4.4 결과 비교
4.4.1 정량적 안전거리 비교
정제유와 경유의 화재폭발 시, 지침, 실제 피해사례, 시뮬레이션을 통한 정량적 안전거리를 비교한 결과는 Table 8과 Fig. 4와 같다. 그림에서 흰색원은 지침 안전거리(50 m), 파란색원은 실제사례에서 복사열의 영향만을 분석한 안전거리(30 m)를 나타낸다. 또한, 화살표는 시뮬레이션 결과의 안전거리로 오렌지색은 과압, 적색은 복사열 안전거리를 나타낸다.
Comparison of Safety Distances among Guidelines, Real Cases, and Simulations
Comparison of Safety Distances among Guidelines, Real Case, and Simulations
정제유에 대해 각각의 안전거리 수치를 Fig. 4(a)에 나타내었다. 최악의 경우를 대상으로 한 시뮬레이션 결과와 지침기준(50 m)을 비교하면, 시뮬레이션 결과의 과압 안전거리(129 m)는 지침기준보다 79 m 길며, 복사열 안전거리(52 m)는 지침기준보다 2 m 증가한 것으로 분석되었다. 실제 사고사례로 측정한 안전거리(30 m)는 과압의 영향을 고려하지 않고, 복사열만을 고려하였기 때문에 지침기준보다 20 m 작게 나타내었다. 지침기준은 복사열과 과압의 영향을 구분하지 않았기 때문에 실제사례 안전거리 보다 보수적인 안전거리를 나타낸 것을 알 수 있다. 대안의 경우를 대상으로 한 시뮬레이션에서 도출된 과압 안전거리(26 m)와 복사열 안전거리(17 m) 모두 지침과 실제사례의 안전거리보다 작은 것으로 나타나므로 지침기준과 실제사례 안전거리를 준수할 경우 위험은 없는 것으로 나타났다. 그러나, 최악의 경우를 고려할 경우는 복사열 안전거리(52 m)와 과압의 안전거리(129 m)를 모두 지침의 안전거리보다 크게 측정되므로 위험 상황이 될 수 있다. 즉, 상황에 따라 안전거리를 2.5배(≒ 129 m/50 m) 확대하는 것이 필요하다.
경유를 대상으로 한 시뮬레이션 결과를 지침에 대한 안전거리와 비교하여 Fig. 4(b)에 나타내었다. 대상 사고사례는 정제유가 폭발한 것이므로 사례로부터의 안전거리는 추정할 수 없다. 시뮬레이션 결과는 최악의 경우 복사열 안전거리(47 m)와 대안의 경우 복사열 안전거리(19 m) 모두 지침 기준보다 작으므로 지침상 안전거리를 준수하면 추가 위험은 없는 것으로 분석되었다.
5. 결 론
본 연구는 근린생활시설 내 옥내탱크저장소의 인화성액체 화재폭발 시 구조활동에 필요한 최소 안전거리를 분석하였다. 국내⋅외 지침, 2023년 부산 목욕탕 화재폭발 사고사례, 확산 모형의 시뮬레이션을 실시하여 정량적 안전거리의 변화를 분석하였다. 본 연구의 주요 결론과 현장 적용방안은 다음과 같다.
1) 대상 사례로부터 화재폭발에 대한 안전거리를 분석한 결과, 지침으로부터 50 m의 안전거리가 도출되었으며, 사고 피해사례로부터 복사열에 의한 30 m의 안전거리가 도출되었다. 확산 모형의 시뮬레이션 결과로부터 대상 화재폭발 물질인 정제유의 복사열은 17~52 m, 과압은 26~129 m의 안전거리가 필요하며, 경유인 경우는 복사열에 대해 19~47 m의 안전거리가 필요하고 과압은 발생하지 않은 것으로 분석되었다. 따라서 인화성액체 누출 사고 초기에 도착한 소방대(일선 소방서 및 119안전센터)는 긴급하게 안전거리를 설정하여야 하므로 지침에 따라 최소 50 m의 안전거리(운송수단 화재 시에는 800 m 이상)를 활용하는 것이 타당한 것으로 판단된다. 또한, 상황에 따라 과압의 영향이 클 수 있으므로 안전거리를 2.5배 확대하는 것이 필요하다.
2) 사고 중기에 현장에 도착한 화학대(화학재난합동방재센터 및 시⋅도 특수구조단)가 현장에 적합한 안전거리를 적용하기 위해서는 누출된 화학물질의 특성 및 현장 변수에 맞는 시뮬레이션 결과에 근거한 자료를 사전에 축적하여야 한다. 대상 사례에 대한 확산 모형 시뮬레이션 결과로부터, 물질의 특성과 환경에 따라 피해를 방지하기 위한 안전거리 차이가 벌어짐을 알 수 있으므로 도착한 화학 대가 유연하게 현장에 적합한 안전거리를 설정할 수 있는 축적된 자료를 생성하고 제공하는 것이 필요하다. 특히, 허가된 물질과 실제 저장된 물질이 상이할 수 있으므로 소방 지휘부는 적극적인 사고 물질 정보를 파악하여 안전거리를 결정하여야 한다.
3) 대상 사고사례로부터 화재 초기 진압 후에도 추가 유증기로 인한 2차 화재폭발로 피해가 큼을 알 수 있다. 유증기 폭발에 대응하기 위하여 현장 안전거리 내 위험구역 진입 시, 화학탐지장비 및 열화상카메라를 활용하여 LEL 및 온도를 측정하는 것이 필요하며, 3D 주수기법 및 Door entry와 같은 소방 전술을 적용하여 유증기의 불연화 조치로 추가 화재폭발을 대비하는 것이 필요하다.
본 논문은 근린생활시설 내 옥내탱크에 저장된 인화성액체의 화재폭발 시 정량적 안전거리에 대한 연구이나, 운송수단 화재에 대한 안전거리 분석을 수행하지 못한 한계가 있다. 대상 사고의 경우, 사고보고서로부터 복사열에 의한 피해만 측정하고, 과압에 의한 피해는 조사하지 못한 한계가 존재한다. 또한, 확산모형 시뮬레이션을 수행하기 위해 현장 변수를 설정할 때 ｢최악 및 대안의 사고 시나리오 선정에 관한 기술지침｣의 가정을 활용한 결과, 실제 사고와 차이가 존재할 수 있다. 특히 사고현장 혼합물, 미세입자, 파편 등 특정 변수의 모사에 한계가 있으므로 실제 적용할 시 현장의 특수한 상황을 반영하여야 한다.
감사의 글
본 사업은 행정안전부의 재난관리 인력양성 사업의 지원을 받아 작성되었습니다.