화재폭발예방대책 한국산업안전공단 1

목 차 - 연소(화재 )이론 - 화재(폭발) 피해 - 폭발의 분류 - 화재(폭발)예방 대책 - 비상조치계획 및 대피요령 2

중대산업사고 형태 및 비율 사 고 형 태 비율(%) 화 재 17.3 기계적 폭발 43.2 증기운폭발 23.5 독성물질누출 화재폭발예방 중대산업사고 형태 및 비율 사 고 형 태 비율(%) 화 재 17.3 기계적 폭발 43.2 증기운폭발 23.5 독성물질누출 16.0 3

연소(화재)의 3요소 연소억제 연소의 3요소 가연물 점화원 산소 연소 (화재) 가연물 점화원 산소 (공기) 화재폭발예방 연소(화재)의 3요소 가연물 점화원 산소 연소 (화재) 가연물 점화원 산소 (공기) 연소억제 가연물 : 연소범위 밖으로 조건변경 산 소 : 불활성가스 (N2,CO2)사용 점화원 : 방폭기계ㆍ기구사용 4

폭굉의 생성과정 화재와 폭발의 관계 공통점 : 가연물과 산소가 반응하는 산화반응 분류기준 : 반응속도 화재폭발예방 공통점 : 가연물과 산소가 반응하는 산화반응 분류기준 : 반응속도 ▶ 연소 : 0.03 ∼ 10m/s ▶ 폭발 : 폭연 : 음속이하 폭굉 : 음속이상(1,000 ∼ 3,500m/s 이상) 폭굉의 생성과정 최초의 압축파가 주위에 전달 압축파 내부에서 단열압축 → 온도상승 → 속도증가 → 압축파후단부전파속 > 전단부전파속도 후방의 압축파가 전방으로 추격 → 강성충격파 생성 (충격파는 음속을 초과함) 5

기계적 점화원 충격 및 마찰 ▶ 마찰 불꽃, 비방폭공구 단열압축 ▶ 온도상승으로 발화, 폭발 6

전기적 점화원 전기불꽃 ▶ 전기적 접촉,열화 및 단락 정전기불꽃 ▶ 분무대전, 마찰대전 7

열적 점화원 나화 고온표면 복사열 복사열 가연물누적 가열로 버너 금속용해조 자연발화 8

위험물 누출 설 비 부 위 후랜지, 패킹부 밸브의 개폐시 O 배관 배관의 노후화(부식, 침식) 설 비 부 위 O 배관 후랜지, 패킹부 밸브의 개폐시 배관의 노후화(부식, 침식) O 압축기, 펌프류 회전설비의 진동에 의한 이완, 피로 파괴 축등의 Seal 부 O 탑, 탱크류 과충전 운전 오조작 O 열교환기 튜브 고정부의 부식, 피로 튜브의 Scale 축적으로 냉각능력 저하 9

위험물 누출 설 비 부 위 튜브파괴 O 가열로 용접부, 온도계, 노즐 부착부 안전장치등에서 내용물의 외부 방출 설 비 부 위 O 가열로 튜브파괴 용접부, 온도계, 노즐 부착부 O 안전밸브, 파열판 안전장치등에서 내용물의 외부 방출 → 대기방출(안전한 장소) O 액상위험물의 저장 증기분 방출 10

인간과 온도 환경 인간이 견딜 수 있는 한계 (바람이 없고 습도가 낮은 경우) 50 ℃ : 수시간 70℃ : 1시간 50 ℃ : 수시간 70℃ : 1시간 130℃ : 15분 200∼250℃ : 5분 11

열과 화상 1도 화상(홍반성 화상) : 변화가 피부의 표층에 국한되고, 환부가 빨갛게 되며, 가벼운 부음과 아픔 수반 2도 화상(수포성 화상) : 화상직후 혹은 1일 이내에 물집이 생김(44℃( 6시간), 55℃(20초), 70℃(2초) 3도 화상(괴사성 화상) : 피부의 전체층이 괴사하여 궤양화 4도 화상(흑색 화상) : 피하지방, 근육, 뼈까지 도달하는 화상 12

화 염 연소가스 복 사 열 인접설비 및 건물에 화재의 확산 CO, H2S, SOX 등 인접설비 및 건물의 구조적 강도 약화 2차 재해 원인 13

폭발의 원인 폭발 피해 연소 화학반응 물리적 변화 폭풍과압 : 유리창, 인접설비 파괴 비산물 : 폭발파편(TNT당량) 복사열 : 화재확산(스테판-볼츠만 법칙) 14

탄화수소계 화재 증기화재(Cloud Fire) : 탄화수소계 위험물이 자유공간에 서서히 누출될 때 점화(화재시간 : 수초) 화구(Fire Ball) : 탄화수소계 위험물 연료가 일시에 누출된 후 연소 가 난류적으로 빠르게 확산(증기운 폭발) ※ 부천 LPG 충전소 화재 : 11.2초 15

: 개방된 용기내에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태 평면용기화재(Pool Fire) : 개방된 용기내에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태 에서 연소(수시간) → 저장용기의 파괴 후 유출유의 화재 젯트화재(Jet Fire) : 이송배관이나 저장용기의 개방부에서 고압으로 누출(수시간) 증기운 폭발(Vapor Cloud Explosion) - BLEVE 이후 일시에 다량의 가연성 증기 유출 - 일시적으로 증기가 공기와 혼합 → 증기운이 형성된 상태에서 점화 17

방출된 물질의 양 증발된 물질의 분율 증기운의 점화 확율 발화전 증기운이 움직인 거리 증기운이 점화되기 까지의 시간 지연 폭발의 확율 물질의 폭발할 수 있는 한계량 이상 존재 폭발효율 방출에 관련된 점화원의 위치 18

19

비등액체팽창 (증기운폭발(BLEVE) 가연성액체가 들어있는 탱크주위에 화재발생 화재에 의해 탱크벽 가열 액위이하는 냉각 액위이상은 온도상승 탱크내부는 압력상승 액위이상은 구조적 강도상실 탱크파열 내용물은 순간적으로 증발 ※ 화재가 원인인 경우 → FIRE BALL 형성 화재가 원인이 아닐 경우 → VCE 20

비상차단장치(Remote Control) 내부 위험물의 출하 Pumping 설비 감압장치 훈 련 방지대책 내화구조 및 Lagging 방유제의 경사화 물분무 설비 비상차단장치(Remote Control) 내부 위험물의 출하 Pumping 설비 감압장치 훈 련 21

증기운 폭발(VCE) CVCE UVCE 발생과정 VCE의 특성 다량의 가연성증기 방출 증기가 분산되어 공기와 혼합 증기운의 점화 VCE의 특성 증기운 크기가 증가하면 점화확률 증가 폭발보다는 화재가 일반적임 연소에너지의 약 20%가 폭풍파로 전환(폭발효율 낮음) 방출점에서 거리가 멀수록 폭발 효율 증가 22

과압에 의한 손상 폭발압(psig) 손 상 0.03 창유리 일부 파손 0.15 유리파열, 압력 0.5 ∼ 1 창 부서짐 1 손 상 0.03 창유리 일부 파손 0.15 유리파열, 압력 0.5 ∼ 1 창 부서짐 1 가옥 부분파괴 1.3 클래드 빌딩 강철 FRAME 힘 2 ∼ 3 비강화콘크리트 벽 부서짐 3 ∼ 4 유류저장탱크 파열 5 ∼ 7 가옥전파 10 빌딩전파 23

환산법칙(SCALING LAW) Ex) 1kg의 TNT, 폭심에서 30m 이격된곳 Ze = m 1/3 TNT r 30m Ze 과 압(kPa) 환산거리(m/kg1/3) Ex) 1kg의 TNT, 폭심에서 30m 이격된곳 30m Ze = = 30mkg1/3 (1.Okg)1/3 24

폭발영향범위 SCALING 법칙 JARRETE식 법칙 △Hc ×W WTNT = × η 1120 KW 1/3 R = △Hc : 연소율(Kcal/kg) η : 효율 W : 물질량(kg) 1120 : TNTDML 폭발에너지(kcal/kg) JARRETE식 법칙 KW 1/3 R = [1+(7000/W)2]1/6 R : (ft) W : TNT의 질량(Ib) K 9.5 : 모든 구조물 완전파괴 14 : 벽돌건물의 외벽 50∼70% 파괴 24 : 가옥거주 불능 70 : 약간파괴, 접합부 이탈 140 : 수리하면 주거가능 25

폭발효율(Explosion Efficiency) 방출에너지 효율 = 연소열 ×물질량 개방계 : 1 ∼ 10% 정도 폐쇄계 : 25 ∼ 50% 정도 일반적인 화학공장 : 2% 권고(6.4%) 26

소화는 화재(연소)의 3요소 중 하나 이상을 제거하면 된다 제거 소화법 질식 소화법 냉각 소화법 차단 냉각 제거 가연물 산소공급원 점화원 (에너지) 소화는 화재(연소)의 3요소 중 하나 이상을 제거하면 된다 27

Passive Fire Protection 방호벽 화재확대방지(20분∼4시간 내화) NFPA 251, ASTME 119, UL 263 공정, 창고, 제어실 차단 내화구조 SPRAY/COAT SYSTEM WRAP SYSTEM BOX SYSTEM 지상 9 ∼ 12m의 구조물 인근 4 ∼ 8m 28

Passive Fire Protection 내장재의 불연화 준불연재 불연재 불연재 난연재 안전거리 비상배출장치 기울기(최소 1%) Trench 원격조정용 basin 또는 tank 역화방지기에 설치된 Drain Dike Pit 유수분리기 방수구 물과의 반응성 29

Active Fire Protection 자동화재감지 경보설비 가연성가스감지기 (경보 : 10∼30%의 LFL, 차단 : 30 ∼50%의 UFL) 화재감지기(열감지기, 연기감지기, 화염감지기) 화염감지기(UV, IR) 물소화설비 고정소화설비(소화전, 스프링클러, 물분무설비) 소화수량(2 ∼ 4시간) 30

Active Fire Protection 포소화설비 수성막포(AFFF), 알콜포 단백질포 계성활성포 가스계 소화설비 Halon 분말 Inert System(MOC) 31

재난대비 비상계획 화재등 재난 대비 비상 대응 체제 구축 -조직, 예산, 훈련 다중이용시설등은 시뮬레이션에 의한 피난안전성 평가 정기적인 현장 중심의 피난 대피 훈련 건물은 배연설비 및 내장재 불연화 충분한 사후 보장조치 대책 강구 32

화재시 통보 요령 복도 및 소화전함에 있는 발신기의 누름단추 눌러 경보 전화(비상)로 소방서에 연락(119번) 호루라기등으로 신속히 내부 사람에게 알림 자체안내 방송으로 자위소방대원에 연락 33

초기화재 진압 요령 소화기 사용전에 전기기구 또는 전선 화재시 전기차단기 내림 가스화재시 가스공급 밸브 차단 유류화재시 주위 유류 우선 제거 커튼에 불이 붙은 경우 커튼을 떨어 뜨림 ※ 절대적으로 불을 끄기 위해 출입문을 갑자기 열지 말것 34

화재시 대피 요령 소화기등으로 신속히 끄는것이 최선 불길과 검은 연기 발생시 출구를 찾아 신속 대피 - 화재 피해는 시간의 4제곱에 비례 불길과 검은 연기 발생시 출구를 찾아 신속 대피 - 연기등 연소생성물에 질식 대피시 수직 보다 수평이동이 좋음 - 연기의 수직이동속도가 수평의 3배 이상 출구를 못찾을 경우, 공기 확보 노력(창문 등) 35

화재시 대피 요령 탈출시 물을 적신 수건등으로 코와 입을 막고 심호흡 후 낮은 자세로 이동 - 유독가스는 상부 부터 참 폐는 화기에 취약 : 치명적인 폐손 상을 입음 - 폐 부종 발생 대피시 엘리베이터를 타서는 안됨 - 정전 및 유독가스 침입으로 질식 36

장치내 가연성 관리방법 가연성 농도의 감소 산화제 농도의 감소 불활성 가스의 적정 선택 점화원의 관리 37

폭발방지 설비 안전밸브 ▶ 설정압력 확인 ▶ 전 • 후단 차단밸브 설치 금지 파열판 ▶ 급격한 압력상승 우려시 ▶ 취급물질성상(슬러리, Momomer) ▶ 독성물질 취급시 안전밸브와 직렬 설치 폭압방산구 ▶ 비교적 저압, 대용량설비에 설치 ▶ 안전한 방향으로 방산유도 38

화재전파 방지 설비 ▶ 기계식 : 소염소자는 내열성으로 점검 및 ▶ 액봉식 : 담금액체는 불연성 • 비반응성일 것 화염방지기 (Flame Arrestor) ▶ 기계식 : 소염소자는 내열성으로 점검 및 분해 청소가 용이할 것 ▶ 액봉식 : 담금액체는 불연성 • 비반응성일 것 통기 밸브 (Breather Valve) ▶ 흡 • 토출압력 설정치 및 작동상태 39

가스누출 감지 경보기 기 타 가연성가스 : LEL의 25%이하 경보 설정 독 성 가 스 : 허용농도이하 경보 설정 가연성이며 동시에 독성인 물질 : 독성가스 기준에 준함 기 타 긴급차단 밸브 유압차단기 벤트스택, 후레아 스텍 40

▶ 물분무, 포, 이산화탄소, 할로겐화합물, 분말소화설비 소화기구 ▶ 소화기 • 간이소화용구 옥내 • 옥외 소화전설비 스프링클러설비 물분무 등 소화설비 ▶ 물분무, 포, 이산화탄소, 할로겐화합물, 분말소화설비 동력소방펌프설비 41

소 화 기 물 소화기 : 물, 물 + 계면활성제 산알카리 소화기 : 중탄산나트륨 + 황산 포 소화기 : 거품이 연소면을 덮어 질식 • 냉각소화 분말 소화기 : 가스가압식, 축압식 이산화탄소 소화기 : 액화탄산가스 사용, 질식소화 할로겐화합물 소화기 : 할론소화약제 사용 42

구조상 분류 축 압 식 ▶ N2, CO2 로 9~10 kg/cm²로 가압, 기밀시험, 정밀검사 가스가압식 축 압 식 ▶ N2, CO2 로 9~10 kg/cm²로 가압, 기밀시험, 정밀검사 가스가압식 ▶ 본체용기 내부에 가압가스(CO2) 봄베 설치 43

수계소화설비의 종류 공 통 설 비 옥내소화전, 옥외소화전, 스프링클러설비 물분무소화설비, 포소화설비 수원 : 자연수, 인공수(지하수조, 고가수조, 압력수조 등) 가압송수장치 : 소화펌프, 충압펌프, 물올림장치 등 비상전원 37

비수계소화설비의 종류 이산화탄소 소화설비 할로겐화합물 소화설비 청정소화약제 소화설비 분말소화설비 38

대형 사고. 화재 사례 - 성수대교 붕괴 : 94년 10월, 32명 사망 - 대구지하철 폭발 : 95년 4월, 101명 사망 - 삼풍백화점 붕괴 : 95년 6월, 500명 이상 사망 - KAL 기 괌 추락 : 97년 8월 228명 사망 - 범양 냉동창고 화재 : 97년 8월 27명 사망 - 씨랜드 수련원 화재 : 99년 6월 23명 사망 - 러브호프집 화재 : 99년 10월 52명 사망 38

대형 사고. 화재 사례 - 군산윤락업소 화재 : 2000년 9월, 5명 사망 2002년 1월,14명 사망 - 안산 가스용기 제조업체 : 2000년 10월, 19명 사망 - 대구지하철 화재 : 2003년 2월, 250명 이상 사망 - 천안초교 합숙소 화재 2003년 3월, 9명 사망 38

탄화수소계 화재 액체가 들어있는 탱크의 주위에서 화재가 발생 화재에 의한 열에 의하여 탱크 벽이 가열 액위 이하의 탱크 벽은 액에 의하여 냉각되나, 액의 온도가 올라가고, 탱크내의 압력이 증가 화염이 열을 제거시킬 액이 없고 증기만 존재하는 탱크 벽이나 천장(Roof)에 도달하면, 화염과 접촉하는 부위의 금속의 온도는 상승하여 그의 구조가 강도 파괴 탱크는 파열되고 그 내용물은 폭발적으로 증발 16