증기운폭발 해석모델 (TNT당량/TNO ME/BST) :화공안전기술사 117회 기출(2019)

2019년 117회 화공안전기술사 1교시 8번문제이다.

문제 8. 증기운 폭발 해석모델인 TNT equivalency, TNO multienergy, Baker-Strehlow-Tang Method의 주요차이점에 대하여 설명하시오
사실 해당문제는 1교시 문제는 아니라고 보는데, 이걸 디테일하게 설명은 추후에 하도록하고 문제를 풀정도로만 정리해보자.

1. 관련 정보 모음

 

해당문제를 풀려면 크게,
1. CCPS, Guidelines for consequence analysis of chemical release (1999, Section 3 explosion and fires p134-157) - 유료임
2. TNO yellow book -이건 이메일주소를 넣으면 무료로 다운받을수있음. 난이도는 있는편. (다운받는방법도 추후 포스팅하도록하자)
3.Chemical Process Safety Fundamentals with application. - 화공안전부분의 Bible중 하나라고 본다. 이건 한글번역본도 있다.바로 화학공정안전(이영순외 공역,2004)이다. 이 책의 Chapter6 화재및 폭발에서 TNT당량부터작성되어있다. (p277) 다만 BST에 대한 내용이 없어서 TNO yellow book이나 CCPS를 참고해야 하는 번거로움은 있다. 그걸 제외하고는 가장 쉽게 설명된 도서가 아닐지 싶다.

2. 이론

 

요점만 정리해서 간단히 마인드 맵핑해보았다.

1) TNT equivalency

가장 오래된방법으로 물체가 가지고 있는 에너지를 TNT양과 비교하여 계산하는 방법이다. 계산은 간단하지만, 가장 큰 단점으로는 duration을 계산할수가 없어서 건축물 blast design에는 사용할수가 없다. 또한 폭발효율설정에 따라서 값자체도 편차가 크며, 근거리에서 값자체가 크게 계산되어지는 단점이 있다.
현재로서는 pneumatic test에 safety distance 값을 구하는데 쓰여지고 있다 (ASME PCC-2참조)

2) TNO multienergy/ Baker-Strehlow-Tang

  사실 BST와 TNO ME의 경우 비슷한방식인데 최종 그래프가 다른것과, 추가변수로 TNO ME는 blast strength를 가져가는것과 BST는 flame speed를 가져가는것이 다른점이다. Blast Strength의 경우 TNO GAME방식을 쓰면 현실적인값을 도출 할수 있지만, 이럴경우 지리적인정보가 detail하게 필요한 단점이 있다. TNO GAME을 쓰지않는경우라면 보편적으로 BST값이 조금더 객관적으로 값이 나오는것을 볼수있다.

 
현재 blast design을 하기위해서는 impulse값 혹은 overpressure/duration이 필요하기때문에 TNO와 BST가 보편적으로 쓰이고 있다.

CCPS CA의 figure 1.3이다. explosion model이 어디즈음에 있는지 확인해보자

사실 공식도 보고 그래프도 어떻게 읽는지 디테일하게 봐두어야 하는데, 그럴려면 25점짜리 문제로 나와줘야될듯하다. 이번은 이정도로 설명을 마치고 추후에는 공식 및 그래프도 같이 보는 시간을 갖도록 하자.

첨부는 화학물질안전원에서 사고영향범위산정에 관한기술지침을 2015년에 publish하였는데 TNO ME가 간략히 부록8에 소개되어 있어서 궁금하신분은 검색하여 읽어보시면 도움이 될듯합니다. (추후에 비교 설명하는 시간을 갖도록 하겠습니다)