Pool Fire의 Heat Radiation 계산에 영향을 주는 요소
가연성 액체가 저장탱크, 배관, 펌프 또는 공정설비에서 누출된 후 바닥이나 방유제(Dike) 내부에 고이면 액체 표면에서 화재가 발생할 수 있습니다.
이러한 형태를 풀 화재(Pool Fire)라고 합니다.
Pool Fire의 위험성을 평가할 때 가장 많이 사용하는 지표 중 하나가 주변 설비나 작업자가 받는 복사열유속(Heat Radiation Flux)입니다.
일반적으로 단위는 다음과 같이 표현합니다.
kW/m²
Pool Fire의 복사열은 단순히 화재가 크다고 해서 일정하게 결정되는 값이 아닙니다.
Pool 크기, 연소속도, 연소열, 복사분율, 화염의 크기와 기울기, 대상물까지의 거리, 대기조건 등이 동시에 영향을 줍니다.
따라서 Pool Fire 계산에서는 다음 관계를 이해하는 것이 중요합니다.
누출량 → Pool 크기 → 연소율 → 화염 크기 → 복사에너지 → 대기 감쇠 → 대상물이 받는 복사열
1. Pool Fire Heat Radiation의 기본 개념
Pool Fire에서 발생한 연소에너지 전체가 주변으로 복사되는 것은 아닙니다.
일부는 대류(Convection) 형태로 이동하고 일부만 복사(Radiation) 형태로 주변에 전달됩니다.
개념적으로 다음과 같이 볼 수 있습니다.
| 단계 | 주요 요소 |
|---|---|
| ① | 가연성 액체 누출 |
| ② | Pool 형성 |
| ③ | 액체 증발 및 연소 |
| ④ | 열방출 발생 |
| ⑤ | 일부 에너지가 복사열로 전환 |
| ⑥ | 대기를 통과하면서 일부 감쇠 |
| ⑦ | 주변 사람·설비에 복사열 도달 |
따라서 복사열 계산은 연소량만 계산하는 것이 아니라 화염에서 대상물까지 에너지가 전달되는 전체 과정을 계산하는 문제입니다.
2. Pool Fire 복사열 계산의 기본 구조
Solid Flame Model을 단순화하면 대상물이 받는 복사열유속은 다음 관계로 표현할 수 있습니다.
복사열유속 = 화염의 복사방출능 × 형상계수 × 대기투과율
즉,
q″ = E × F × τ
여기서 각각의 의미는 다음과 같습니다.
| 기호 | 의미 |
|---|---|
| q″ | 대상물이 받는 복사열유속 |
| E | 화염의 복사방출능 또는 Surface Emissive Power |
| F | 화염과 대상물 사이의 형상계수(View Factor) |
| τ | 대기투과율(Atmospheric Transmissivity) |
결국 Pool Fire 계산결과에 영향을 주는 변수도 대부분 이 세 요소를 변화시키는 방향으로 작용합니다.
3. Pool 직경(Diameter)
Pool Fire 복사열 계산에서 가장 중요한 입력값 가운데 하나가 Pool의 직경 또는 면적입니다.
Pool이 커지면 동시에 연소하는 액체의 면적이 증가합니다.
| Pool 크기 증가 영향 | 결과 |
|---|---|
| 연소면적 증가 | 전체 연소량 증가 |
| 총 열방출량 증가 | 화재 규모 증가 |
| 화염 높이 증가 | 복사면적 증가 |
| 대상물에서 보이는 화염면적 증가 | View Factor 증가 가능 |
| 영향거리 증가 | 복사열 영향범위 확대 |
따라서 같은 물질이라도 Pool 직경이 5 m인 경우와 30 m인 경우의 복사열 영향범위는 크게 달라질 수 있습니다.
4. Pool 면적을 결정하는 누출조건
Pool 크기는 단순히 누출량만으로 결정되지 않습니다.
누출된 액체가 어디까지 퍼질 수 있는지에 따라 Pool 면적이 달라집니다.
| 영향요소 | Pool 형성에 미치는 영향 |
|---|---|
| 총 누출량 | Pool 형성 가능한 최대 액체량 |
| 누출속도 | Pool 확산과 연소의 상대적 속도 |
| Dike 면적 | 최대 확산면적 제한 |
| 바닥 경사 | 액체 이동방향 변화 |
| Drain | 액체 이동 및 Pool 면적 변화 |
| Curb | 확산범위 제한 |
| 지면상태 | 확산 두께 및 방향 변화 |
| Equipment Foundation | Pool 형상 왜곡 |
따라서 Pool Fire 계산에서 단순히 “탱크 전체 용량 = Pool 크기”로 적용하기보다 실제 누출과 확산조건을 확인해야 합니다.
5. 방유제(Dike) 크기가 중요한 이유
저장탱크 주변에는 누출액의 확산을 제한하기 위해 방유제가 설치되는 경우가 많습니다.
대규모 누출이 발생하면 액체가 Dike 내부로 확산되면서 Pool을 형성합니다.
| Dike 조건 | Pool Fire 영향 |
|---|---|
| Dike 면적 작음 | Pool 면적 제한 |
| Dike 면적 큼 | Pool 직경 증가 가능 |
| Dike 내부 구획 | Pool 확산 제한 가능 |
| Drain Open | 액체 이동 가능 |
| Drain Closed | Dike 내부 체류 |
| 여러 Tank 공동 Dike | Pool 형상 복잡화 가능 |
따라서 저장탱크 Pool Fire 평가에서는 Tank 직경보다 Dike 내부에서 실제 형성될 수 있는 Pool 면적이 더 중요한 경우도 있습니다.
6. 액체의 질량연소속도(Mass Burning Rate)
Pool Fire에서 액체가 단위면적당 얼마나 빠르게 연소하는지를 나타내는 값이 질량연소속도(Mass Burning Rate)입니다.
일반적으로 다음과 같은 형태로 표현합니다.
kg/m²·s
전체 연소량은 개념적으로 다음 관계를 갖습니다.
전체 질량연소율 = 단위면적당 연소율 × Pool 면적
| 조건 | 영향 |
|---|---|
| Mass Burning Rate 증가 | 단위시간당 연소량 증가 |
| 연소량 증가 | Heat Release Rate 증가 |
| Heat Release Rate 증가 | 복사에너지 증가 가능 |
| 화염 규모 증가 | 영향거리 증가 가능 |
따라서 Pool 직경이 같더라도 연소특성이 다른 액체라면 복사열 계산결과가 달라집니다.
7. 물질의 연소열(Heat of Combustion)
연소열(Heat of Combustion)은 단위질량의 물질이 연소할 때 발생하는 에너지입니다.
전체 열방출률(Heat Release Rate)은 개념적으로 다음과 연결됩니다.
Heat Release Rate ≈ 질량연소율 × 연소열
| 영향요소 | 결과 |
|---|---|
| 연소열 증가 | 동일 연소량에서 방출에너지 증가 |
| 연소속도 증가 | 단위시간당 방출에너지 증가 |
| Pool 면적 증가 | 전체 연소량 증가 |
따라서 Pool Fire의 규모를 판단할 때는 Pool 크기뿐 아니라 어떤 물질이 연소하는지가 중요합니다.
8. 복사분율(Radiant Fraction)
연소에서 발생한 에너지 전체가 복사열로 변환되지는 않습니다.
총 연소에너지 중 주변으로 복사되는 비율을 복사분율(Radiant Fraction)이라고 합니다.
개념적으로 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
복사에너지 = 총 열방출량 × 복사분율
예를 들어 동일한 Heat Release Rate를 가진 두 화재라도 복사분율이 다르면 주변 설비가 받는 복사열도 달라집니다.
| Radiant Fraction | 영향 |
|---|---|
| 증가 | 주변으로 전달되는 복사에너지 증가 |
| 감소 | 대류 형태의 열전달 비중 증가 |
| 물질 종류 변화 | 복사특성 변화 가능 |
| 화염 크기 변화 | 실제 복사특성 변화 가능 |
따라서 복사분율은 Pool Fire 영향거리 계산에서 민감도가 높은 변수 가운데 하나입니다.
9. Surface Emissive Power
Solid Flame Model에서는 화염을 하나의 복사표면으로 간주합니다.
이때 단위 화염면적에서 외부로 방출되는 복사에너지를 표면복사능(Surface Emissive Power, SEP)으로 표현합니다.
일반적으로 단위는 다음과 같습니다.
kW/m²
| SEP 변화 | 복사열 영향 |
|---|---|
| SEP 증가 | 동일 거리의 복사열 증가 |
| SEP 감소 | 복사열 감소 |
| 화염의 Soot 증가 | 외부로 보이는 복사특성 변화 |
| 물질 종류 변화 | SEP 변화 가능 |
Pool Fire 계산모델에 따라 일정한 SEP를 사용하는 방식과 화염크기·연소특성을 고려하여 계산하는 방식이 있을 수 있습니다.
따라서 서로 다른 모델의 결과를 비교할 때는 어떤 SEP 가정을 사용했는지 확인해야 합니다.
10. 화염 높이(Flame Height)
Pool 직경과 연소율이 증가하면 일반적으로 화염 높이도 증가합니다.
화염 높이는 복사열 계산에서 중요한 기하학적 변수입니다.
| Flame Height 증가 영향 | 결과 |
|---|---|
| 복사면적 증가 | 대상물에 보이는 화염면 증가 |
| View Factor 변화 | 복사열 계산값 변화 |
| 높은 설비 영향 | 상부 구조물 노출 증가 |
| 주변 Tank 영향 | Tank Shell 복사열 노출 증가 |
따라서 Pool을 단순한 지면의 원으로만 보는 것이 아니라 높이를 가진 화염체로 모델링하는 이유가 여기에 있습니다.
11. 화염 직경과 형상
실제 Pool Fire의 화염은 완전한 원통형이 아닙니다.
화염은 난류와 바람에 의해 계속 움직이며 형상도 변합니다.
계산에서는 이를 단순화하여 원통형 또는 기울어진 원통형 화염 등으로 표현하는 경우가 많습니다.
| 화염 형상 요소 | 복사열에 미치는 영향 |
|---|---|
| Flame Diameter | 복사면적 결정 |
| Flame Height | 수직 복사면적 결정 |
| Flame Tilt | 특정 방향의 복사열 증가 |
| Flame Drag | 풍하측 화염 위치 변화 |
| Pool Shape | 화염 기본 형상 변화 |
따라서 Pool 면적이 같더라도 원형 Pool과 길게 늘어진 Pool의 실제 복사열 분포는 달라질 수 있습니다.
12. 대상물까지의 거리
복사열 계산에서 가장 직관적인 변수는 화염과 대상물 사이의 거리입니다.
일반적으로 거리가 증가할수록 대상물이 받는 복사열은 감소합니다.
| 거리 | 일반적인 복사열 경향 |
|---|---|
| 화염에 매우 가까움 | 매우 높음 |
| 거리 증가 | 빠르게 감소 |
| 원거리 | 낮은 복사열 |
| 장애물 존재 | 추가 감소 가능 |
따라서 Pool Fire Consequence Analysis에서는 특정 복사열 기준값이 도달하는 Radiation Contour 또는 영향거리를 계산하는 경우가 많습니다.
13. 거리 기준점을 어떻게 잡느냐도 중요
Pool Fire 계산에서 단순히 ‘거리 20 m’라고 입력하더라도 어느 위치부터 측정하는지에 따라 결과가 달라질 수 있습니다.
| 거리 기준 | 의미 |
|---|---|
| Pool Center | Pool 중심에서 대상물까지 |
| Pool Edge | Pool 가장자리에서 대상물까지 |
| Flame Surface | 화염 표면에서 대상물까지 |
| Equipment Center | 설비 중심점 기준 |
| Target Surface | 실제 노출면 기준 |
특히 대형 Pool Fire에서는 Pool 중심과 가장자리 사이의 차이가 크기 때문에 거리 정의를 명확하게 해야 합니다.
14. 형상계수(View Factor)
형상계수(View Factor)는 화염에서 방출된 복사에너지 중 대상물이 기하학적으로 얼마나 많이 받는지를 나타내는 요소입니다.
쉽게 말하면
“대상물 위치에서 화염이 얼마나 크게 보이는가”
와 관련된 값입니다.
| 조건 | View Factor 변화 |
|---|---|
| 화염과 가까움 | 증가 |
| 화염과 멀어짐 | 감소 |
| 화염 크기 증가 | 증가 가능 |
| 대상물이 화염 정면에 위치 | 증가 가능 |
| 화염이 반대 방향으로 기울어짐 | 감소 가능 |
| 화염이 대상물 방향으로 기울어짐 | 증가 가능 |
따라서 Pool Fire에서는 단순한 거리뿐 아니라 화염과 대상물의 상대적인 위치와 방향이 중요합니다.
15. 대상물의 높이와 위치
Pool Fire 주변의 대상물은 모두 지상에 있지 않습니다.
Tank Shell, Pipe Rack, Cable Tray, Control Valve, 작업자 등은 서로 다른 높이에 위치합니다.
| 대상물 | 복사열 평가 위치 |
|---|---|
| 작업자 | 사람의 노출높이 |
| Storage Tank | Tank Shell |
| Pipe Rack | 실제 배관 Elevation |
| Cable Tray | Tray 설치높이 |
| Control Valve | Valve 위치 |
| Vessel | Shell 및 Support |
| Building | 외벽 또는 창문 위치 |
따라서 같은 수평거리라도 대상물의 Elevation이 다르면 View Factor와 실제 복사열이 달라질 수 있습니다.
16. 풍속(Wind Speed)
풍속은 Pool Fire 화염의 형태를 변화시키는 중요한 환경조건입니다.
바람이 불면 화염이 풍하측 방향으로 기울어집니다.
| Wind 증가 영향 | 결과 |
|---|---|
| Flame Tilt 증가 | 풍하측 복사열 증가 가능 |
| 화염 위치 이동 | 위험영역 비대칭 |
| Flame Drag 증가 | 화염이 지면 방향으로 늘어질 수 있음 |
| 혼합상태 변화 | 연소특성 변화 가능 |
| 풍상측 | 상대적으로 복사열 감소 가능 |
따라서 바람이 존재하는 Pool Fire의 Radiation Contour는 항상 완전한 원형으로 나타나는 것은 아닙니다.
풍하측(Downwind) 방향의 위험거리가 더 길어질 수 있습니다.
17. 대기투과율(Atmospheric Transmissivity)
화염에서 발생한 복사에너지가 대상물까지 이동하는 과정에서 일부는 대기 중에 흡수됩니다.
이를 반영하는 값이 대기투과율(Atmospheric Transmissivity)입니다.
개념적으로
화염 복사 → 대기 흡수 → 대상물 도달
과정을 반영합니다.
| 영향요소 | 대기투과에 미치는 영향 |
|---|---|
| 화염과 대상물 거리 | 거리 증가 시 감쇠 증가 |
| 수증기 | 적외선 흡수 영향 |
| 상대습도 | 대기흡수 영향 |
| 대기 중 CO₂ | 적외선 흡수 |
| 기상조건 | Transmissivity 변화 |
따라서 같은 화재라도 거리와 대기조건에 따라 대상물까지 도달하는 복사에너지는 달라질 수 있습니다.
18. 습도(Relative Humidity)
공기 중 수증기는 특정 파장의 적외선 복사에너지를 흡수할 수 있습니다.
따라서 Pool Fire와 대상물 사이의 거리가 증가하면 습도 조건이 계산결과에 영향을 줄 수 있습니다.
| 조건 | 일반적인 영향 |
|---|---|
| 거리 짧음 | 대기감쇠 영향 상대적으로 작음 |
| 거리 길음 | 대기감쇠 영향 증가 |
| 수증기 증가 | 복사에너지 흡수 증가 가능 |
| 건조한 대기 | 상대적으로 투과율 증가 가능 |
다만 실제 영향 정도는 사용하는 Radiation Model과 Transmissivity 계산방법에 따라 달라집니다.
19. Soot와 Smoke의 영향
대형 탄화수소 Pool Fire에서는 그을음(Soot)과 연기(Smoke)가 많이 발생할 수 있습니다.
검은 연기가 화염 일부를 가리면 외부로 직접 전달되는 복사에너지가 감소할 수 있습니다.
| 화염 상태 | 복사특성 |
|---|---|
| 깨끗한 화염 | 복사에너지 직접 방출 |
| Soot 생성 | 복사특성 변화 |
| Thick Smoke | 화염 일부 차폐 가능 |
| 대형 Pool Fire | Smoke Shielding 영향 증가 가능 |
특히 매우 큰 Pool Fire에서는 단순히 Pool 크기가 커졌다고 해서 Surface Emissive Power가 같은 비율로 계속 증가한다고 보기 어렵습니다.
대형 화염의 경우 연기 차폐효과가 계산모델에 반영되는지 확인할 필요가 있습니다.
20. 장애물과 차폐효과(Shielding)
Pool Fire와 대상물 사이에 콘크리트 방화벽이나 구조물이 존재하면 직접적인 복사열을 일부 차단할 수 있습니다.
| 차폐물 | 가능한 영향 |
|---|---|
| Concrete Wall | 직접 복사 차단 |
| Fire Wall | Radiation 감소 |
| Tank | 후방 설비 일부 차폐 |
| Building | 직접 노출 감소 |
| Equipment Structure | 부분적인 차폐 |
하지만 단순히 구조물이 있다는 이유만으로 완전한 차폐효과를 인정해서는 안 됩니다.
차폐물의 높이, 폭, 재질, 내화성능과 화염의 높이를 함께 검토해야 합니다.
21. 누출 지속시간과 Pool Fire 지속시간
Pool Fire의 특정 순간 복사열유속을 계산할 때는 화재크기와 거리가 중요한 변수입니다.
반면 사람이나 설비의 실제 피해를 평가할 때는 노출시간(Duration)도 중요합니다.
| 화재 지속조건 | 영향 |
|---|---|
| Inventory 많음 | 화재 장기화 가능 |
| Isolation 빠름 | 추가 누출 감소 |
| Drainage 가능 | Pool 크기 감소 가능 |
| Fire Water 사용 | 조건 변화 |
| Emergency Shutdown | 공급차단 |
| Pump 계속 운전 | 지속적인 Fuel 공급 가능 |
따라서 같은 10 kW/m²의 복사열이라도 몇 초 노출되는 경우와 수십 분 노출되는 경우의 피해는 다를 수 있습니다.
22. 지속누출과 순간누출의 차이
Pool Fire 시나리오는 크게 두 가지 형태로 생각할 수 있습니다.
| 누출형태 | 특징 |
|---|---|
| 순간누출 | 일정량이 한 번에 유출된 후 연소 |
| 지속누출 | 배관이나 설비에서 계속 액체 공급 |
| 제한된 Pool | Dike 등으로 면적 제한 |
| Spreading Pool | 지형을 따라 확산 |
지속누출에서는
유입되는 액체량과 연소되는 액체량의 균형
이 Pool 크기와 화재 지속시간에 영향을 줍니다.
따라서 지속적인 Pump Discharge가 존재하는 시나리오와 단순 Tank Drain 누출을 동일하게 모델링하기 어렵습니다.
23. 액체 온도도 고려
누출되는 액체의 초기온도도 Pool Fire 거동에 영향을 줄 수 있습니다.
특히 고온 공정액이 누출되는 경우 상온 액체와 동일하게 볼 수 없습니다.
| 액체 상태 | 영향 가능성 |
|---|---|
| 상온 액체 | 일반적인 Pool 형성 |
| 고온 액체 | 증발량 증가 가능 |
| 비점 근처 | Flash 및 증발 증가 |
| 과열액체 | Flashing 가능 |
| 저온 액체 | 초기 증발량 감소 가능 |
특히 액체가 비점보다 높은 압력·온도 상태에서 누출된다면 일부가 즉시 기화하는 플래싱(Flashing) 현상이 발생할 수 있어 단순 Pool Fire만으로 평가하기 어려울 수 있습니다.
24. 물질의 끓는점과 증발특성
연소는 기본적으로 액체 자체가 직접 타는 것이 아니라 액체 표면에서 발생한 증기가 연소하는 형태입니다.
따라서 액체의 증발특성도 Pool Fire 거동과 연결됩니다.
| 물성 | 영향 |
|---|---|
| Boiling Point | 증발특성과 관계 |
| Vapor Pressure | 증기 발생량과 관계 |
| Heat of Vaporization | 증발에 필요한 에너지 |
| Density | Pool 확산 및 Inventory 계산 |
| Heat Capacity | 액체 가열특성 |
| Heat of Combustion | 연소에너지 |
따라서 서로 다른 Hydrocarbon을 동일한 Pool 면적만 가지고 비교하는 것은 충분하지 않습니다.
25. Point Source Model과 Solid Flame Model의 차이
Pool Fire 복사열 계산에는 여러 모델을 사용할 수 있습니다.
대표적인 개념이 Point Source Model과 Solid Flame Model입니다.
| 구분 | Point Source Model | Solid Flame Model |
|---|---|---|
| 화염 표현 | 하나의 점 | 일정 크기의 화염표면 |
| 계산 | 상대적으로 단순 | 상대적으로 복잡 |
| 거리 영향 | 매우 중요 | 거리와 형상 모두 고려 |
| 화염 높이 | 단순화 | 직접 반영 가능 |
| View Factor | 단순화 | 중요 계산요소 |
| 근거리 평가 | 한계 가능 | 상대적으로 적합 |
| 대형 Pool | 단순화 영향 큼 | 화염기하 반영 가능 |
따라서 같은 Pool Fire라도 어떤 Radiation Model을 사용하느냐에 따라 계산결과가 다를 수 있습니다.
결과값만 비교하기보다 모델과 입력조건을 함께 확인해야 합니다.
26. 복사열 계산에서 민감도가 높은 요소
Pool Fire 계산에서는 모든 입력값이 동일한 수준으로 결과에 영향을 주지는 않습니다.
실무적으로 특히 주의할 변수는 다음과 같습니다.
| 영향요소 | 복사열 계산에 미치는 주요 영향 |
|---|---|
| Pool Diameter | 총 연소량 및 화염 크기 |
| Mass Burning Rate | Heat Release Rate |
| Heat of Combustion | 총 방출에너지 |
| Radiant Fraction | 복사에너지 비율 |
| Surface Emissive Power | 단위 화염면적 복사강도 |
| Flame Height | 화염 복사면적 |
| Distance | 대상물 복사열 |
| View Factor | 화염과 대상물 기하관계 |
| Wind Speed | Flame Tilt 및 Drag |
| Atmospheric Transmissivity | 대기 중 복사 감쇠 |
| Shielding | 직접 복사 차단 |
특히 Pool Diameter, Distance, Surface Emissive Power 또는 Radiant Fraction, Flame Geometry는 결과를 검토할 때 우선적으로 확인할 필요가 있습니다.
27. PSM에서 Pool Fire 시나리오를 검토하는 순서
PSM 사업장에서 Pool Fire Consequence Analysis를 수행할 때는 다음과 같은 순서로 접근하면 계산조건의 누락을 줄일 수 있습니다.
| 단계 | 확인항목 | 주요 내용 |
|---|---|---|
| ① | 누출물질 | 가연성 액체 종류 확인 |
| ② | 누출원 | Tank, Pump, Flange, Pipe 등 |
| ③ | 누출량 | Release Inventory 확인 |
| ④ | 누출속도 | 지속누출 여부 확인 |
| ⑤ | Isolation | 차단시간 및 ESD 확인 |
| ⑥ | Pool Area | Dike 및 지형 반영 |
| ⑦ | Pool Diameter | 실제 화재면적 산정 |
| ⑧ | Burning Rate | 물질별 연소특성 |
| ⑨ | Heat of Combustion | 연소에너지 |
| ⑩ | Radiant Fraction | 복사에너지 비율 |
| ⑪ | Flame Geometry | 높이, 직경, 기울기 |
| ⑫ | Wind | 풍속 및 풍향 |
| ⑬ | Distance | 대상물까지 거리 |
| ⑭ | Target Elevation | 대상물 높이 |
| ⑮ | Atmospheric Condition | 습도 및 투과율 |
| ⑯ | Shielding | 방화벽·구조물 존재 여부 |
| ⑰ | Radiation Flux | 대상물 위치별 계산 |
| ⑱ | Impact | 사람·설비 영향 검토 |
Pool Fire 계산에서는 누출량을 입력하고 Radiation Distance만 확인하는 방식보다 각 단계의 가정이 실제 공정조건과 일치하는지를 검토하는 과정이 중요합니다.
28. 계산조건에서 자주 발생하는 오류
| 잘못된 접근 | 검토가 필요한 이유 |
|---|---|
| Tank 직경을 항상 Pool 직경으로 사용 | Dike 또는 실제 확산면적과 다를 수 있음 |
| 전체 Inventory가 동시에 연소한다고 가정 | 누출속도와 Pool 형성조건 확인 필요 |
| 풍속을 고려하지 않음 | Flame Tilt 영향 누락 |
| Pool 중심에서만 거리 측정 | 대형 Pool에서는 Edge Distance 차이 큼 |
| 물질이 달라도 동일 Burning Rate 사용 | 연소특성 차이 |
| Radiant Fraction을 무조건 동일 적용 | 물질·모델에 따른 차이 |
| 화염 높이를 무시 | View Factor 오류 가능 |
| 습도·대기감쇠를 무조건 무시 | 원거리 결과 영향 가능 |
| 방화벽 존재만으로 완전 차폐 가정 | 높이와 화염형상 검토 필요 |
| 계산값만 기록 | 입력조건과 가정 추적 어려움 |
따라서 Consequence Analysis에서는 최종 Radiation Contour뿐 아니라 사용한 Input과 Assumption을 함께 관리하는 것이 필요합니다.
29. Pool Fire Heat Radiation에 영향을 주는 요소 정리
| 구분 | 주요 변수 | 영향 |
|---|---|---|
| 누출조건 | 누출량 | Pool 크기 및 지속시간 |
| 누출조건 | 누출속도 | Pool 형성과 지속연소 |
| 지형 | Dike Area | Pool 최대면적 |
| 물성 | Mass Burning Rate | 전체 연소율 |
| 물성 | Heat of Combustion | Heat Release Rate |
| 복사특성 | Radiant Fraction | 복사에너지 비율 |
| 복사특성 | Surface Emissive Power | 화염 복사강도 |
| 화염 | Flame Height | 복사면적 및 View Factor |
| 화염 | Flame Diameter | 화염크기 |
| 기상 | Wind Speed | Flame Tilt |
| 기상 | Humidity | Atmospheric Transmissivity |
| 거리 | Fire–Target Distance | 복사열 감소 |
| 위치 | Target Elevation | View Factor 변화 |
| 주변조건 | Shielding | 직접복사 감소 |
| 시간 | Fire Duration | 실제 피해 정도 |
30. 정리
Pool Fire의 Heat Radiation은 단순히 가연성 액체가 얼마나 많이 누출되었는가만으로 결정되지 않습니다.
계산결과에 가장 직접적으로 연결되는 관계는 다음과 같습니다.
Pool 크기 → 연소량 → Heat Release Rate → 복사에너지 → Flame Geometry → View Factor → 대기감쇠 → Target Heat Flux
Pool 직경이 커지면 전체 연소량과 화염규모가 증가하고, 질량연소속도와 연소열이 클수록 Heat Release Rate가 증가합니다.
그중 일부가 Radiant Fraction에 따라 복사열로 전달되고, 화염 높이와 기울기, 대상물까지의 거리와 위치에 따라 View Factor가 결정됩니다.
이후 대기 중 수증기 등에 의한 감쇠를 거쳐 최종적으로 대상물이 받는 복사열유속이 결정됩니다.
특히 PSM 실무에서는 다음 항목을 우선 확인하는 것이 좋습니다.
| 우선 확인항목 | 이유 |
|---|---|
| Pool Diameter | 화재규모 결정 |
| Mass Burning Rate | 연소량 결정 |
| Heat of Combustion | 에너지 방출량 결정 |
| Radiant Fraction 또는 SEP | 복사열 강도 결정 |
| Flame Height | 화염 복사면적 결정 |
| Wind Speed | 화염 기울기 결정 |
| Fire–Target Distance | 복사열 영향거리 결정 |
| View Factor | 대상물 노출정도 결정 |
| Atmospheric Transmissivity | 대기감쇠 반영 |
| Dike Geometry | 실제 Pool 크기 결정 |
결국 Pool Fire의 복사열 계산에서 중요한 것은 하나의 보수적인 숫자를 선택하는 것이 아니라 실제 공정의 누출조건, Pool 형성조건, 물질 특성, 기상조건과 대상물 위치를 일관된 시나리오로 연결하는 것입니다.
Analyst
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