Jet fire이해

jet fire는 일정 방향으로 분출되는 고압 stream에 주변 점화원에 의해 착화된 고온의 flame이며, jet flame의 heat flux와 flame impingement로 인해 용기 외벽에 기계적 파손이 될 경우 대량의 인화성 물질이 유출되어 대규모 폭발로 이어질 수 있다.

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flame inpingement에 노출된 fireproofing insulation은 spec상 규정된 시간동안 견딜 수 없고 단 몇 분내에 기능을 상실할 수 있다.

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유체가 액체나 액화가스라면 spray fire라고도 하며 turbulent diffusion flame이다. jet fire는 가스 성분, release condition, release rate, release geometry, direction, wind condition 등에 의존한다.

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과압으로부터 설비보호를 위해 보통 PSV를 설치하지만 jet fire에 의한 압력용기의 국부적 가열은 PSV가 open되기 전에 용기의 강도를 약화시킬 수 있어서, 이를 위해 고려해야 할 사항으로는 다음과 같다.

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- 효율적인 유지관리를 통해 leak를 방지함.

- flange를 제거하거나 방향을 고려하여 leak로 인한 주변 설비에 jet fire에 노출되지 않도록 고려

- blowdown system (저장량이나 압력을 줄임)

- leak의 차단

- 강화된 외부 단열

- 비상 대응 조치

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water deludge는 heat loading을 줄여 failure가 일어날 수 있는 온도 이하로 유지하거나 온도증가 속도를 충분히 낮추어 shutdown과 depressurization이 일어날 수 있도록 하며, jet fire로부터 passive fire protection을 위해 요구되는 requirement는 ISO 22899 (Determination of the Resistance to Jet Fires of Passive Fire Protection Materials)를 참조한다.

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인화성 액체 위험물 화재의 성상을 구분해보면 액상의 평면화재와 가압액체의 분출화재, 밀폐공간의 유증기에 의한 폭발을 동반한 화재, 압력용기의 가열에 의한 BLEVE(비등액체증기폭발), 대량의 유증기운 형성에 의한 VCE(증기운폭발)가 있으며 주로 산업계에서 많이 발생하고 있다.

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외부 화재는 open pool, confined pool, jet fire로 구분하고, pool fire는 liquid spill의 점화에 의해 야기되지만 jet fire는 pressurized leak의 점화에 의한다. Heat flux 측면에서 pool fire는 그 값이 작고 광범위하지만 jet fire는 그 값이 크고 국부적이다.

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Jet fire는 국부적 가열을 통한 failure를 야기하며, Jet fire의 특징으로 leak location과 flame impingement location의 불확실성, jet flame길이의 불확실성, wetted 혹은 unwetted vessel surface로의 heat loading의 큰 증가이다. 아울러 이 때는 jet fire의 속도로 인해 water spray방법도 비효과적이다.

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Jet fire는 가압하의 가연물이 대기로 release될 때 일어날 수 있으며 가장 큰 관점은 jet fire가 충돌되는 금속 표면에 집중화되고 국부적인 가열로 인해 rupture될 수 있다는 점이다. 이러한 failure는 equipment 내부 압력이 PSV set point에 도달되지 않더라도 발생될 수 있으며 이는 bulk 유체 온도가 크게 증가하지 않고 국부적 가열로 인해 야기될 수 있다. 이러한 이유로 과압 방지용인 PSV는 jet fire impingement에 따른 vessel failure를 방지할 수 없다.

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그래서 jet fire에 대한 protection으로서 해당 설비의 외부 단열과 source equipment의 적절한 maintenance를 통한 leak 방지와 depressurizing system, leak의 isolation 그리고 equipment나 flange의 orientation 및 비상 대응에 초점을 맞추고 있다.

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Jet fire impingement에 의해 vessel 재질 및 두께에 따라 다르겠지만 보통 5분 이내에 failure를 야기하며 여기에 외부 단열을 적용하면 추가적으로 견디는 시간은 확보할 수 있지만 결국 jet fire의 모멘텀에 의해 damage되어 equipment failure를 방지할 수는 없다. 따라서 event가 일어나면 설비나 배관의 leak point인 jet fire source의 격리와 감압을 통해 control할 수 밖에 없다.

 

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jet fire는 약 1000도에서 localized되고 heat flux가 300~320kW/m2로 매우 커서 (pool fire의 2배이상) pool fire보다 훨씬 위험하다. 아래는 jet fire관련 API521의 내용이다.

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API 521

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아래는 가스나 액화가스 그리고 액체의 누출시 예상되는 사고 시나리오에 대한 event tree이다. 가스의 경우 jet fire가 대표적이다.

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액화가스의 경우 jet fire외에 BLEVE라는 event를 야기하며 이는 과열된 액체의 급격한 팽창으로 인한 압력파가 대기중 누출되어 폭발이 일어나는 현상이다.

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반면 액체의 경우 인화성 물질 표면에서 증발에 의한 화재로서 pool fire가 대표적이다.

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