위험물 저장탱크의 Ring Fire(윤화) 현상

서적들을 살펴보면 Ring Fire에 대한 설명을 크게 두 가지로 하고 있다. 부상지붕탱크에서 발생하는 현상이라고 하는 책이 있고, 일반 유류탱크의 벽 부분에서 발생하는 것이라고 설명하는 책도 있다. 어떤 것이 맞다 틀리다고 말하지 않고, 두 가지 경우 모두를 설명하고자 한다. 다만, 구글에서 Ring Fire in Oil Tank 라고 검색하면 대부분 FRT에서 발생하는 부상 지붕과 탱크 측판 사이에서의 화재 현상을 설명하고 있었음을 참고한다.

 

위험물 옥외탱크 저장소

부상지붕탱크(FRT)에서의 Ring Fire 현상

가. 부상지붕탱크(FRT)

부상지붕탱크는 탱크의 지붕부분이 유류 위에 떠있다는 의미로 사용한다. 그래서 FRT(Floating Roof Tank)라고 부른다. 탱크에 유류가 충전되기 시작하면 지붕이 유류 위로 부상하여(떠올라서) 위로 올라오고, 유류가 빠져나가면서 저장량이 줄어들면 자연스럽게 지붕이 아래로 하강하는 역할을 한다. 공간용적이 필요없어 탱크 전체의 내용적을 활용할 수 있는 장점이 있다.

 

나. FRT에서의 Ring Fire

부상지붕탱크는 탱크의 지붕과 벽면이 맞닿아 있는 것이 아니고 Seal 형태의 공간이 존재한다. 그래서 유류탱크에 화재가 발생하게 되면 지붕과 벽면 사이의 공간에서 화염이 존재하게 된다. 이를 탱크 위에서 보면 Ring 형태의 화염이 분출되므로 이를 Ring Fire(윤화) 현상이라고 한다.

 

 

일반 유류탱크(CRT)에서의 Ring Fire 현상

가. 흔히 볼 수 있는 유류탱크(CRT)

CRT는 지붕이 고깔형태로 덮여있는 일반적인 유류탱크를 말한다. Corn Roof Tank의 약자로 사용되고, 저장용량이 많지 않은 일반적인 유류탱크가 CRT 형태로 많이 사용된다. 이때의 Corn Roof 형태의 지붕은 이상내압방출구조로 구조라 하여 가벼운 재료로 구성되고 지붕과 탱크의 벽과의 접합도 다른 부분에 비해 약하게 설치되는 특징이 있다. 만약 화재로 인해 탱크 내부의 기상 공간에서 압력이 폭발적으로 증가하면, 탱크의 지붕 부분이 먼저 개방되어 폭발의 압력을 상부 방향으로 배출한다.

 

콘루프탱크 (CRT)

나. CRT에서의 화재 진압

화재로 인한 폭발시 이상내압방출구조에 따라 탱크의 지붕 부분이 먼저 개방되고 나면 탱크의 유류 표면은 Pool Fire 형태로 전개된다. 탱크 상부의 유류 표면 전체가 열분해된 가연성 증기에 의해 화염에 휩싸이게 된다. 그리고 고정식 포 방출구에 의해 포소화약제가 유류 표면으로 분출되는데 고정식 포 방출구에서부터 포소화약제가 유면을 따라 퍼져나가면서 화염을 탱크의 중앙부로 밀고 나가는 형상을 보이게 된다. 그리고 유면을 포 소화약제가 완전히 뒤덮으면서 유류 탱크 유면의 화재가 소화된다.

 

다. CRT에서의 Ring Fire

포 거품이 유면을 덮어 화재를 진압하는 과정에서도 유류 표면에 남아있는 온도가 높아 유류의 열분해가 계속 이루어질 것이고 유류 또한 열기를 가지고 있게 된다. 이때 탱크의 벽면은 금속성 재질이어서 화재로 인해 전달받은 열기를 가장 강하게 지속하게 되는데, 이 벽면의 열기가 주변의 내열성이 약한 소화거품을 파괴하는 파포현상을 발생시키게 된다. 탱크 유면의 Pool Fire가 오래 지속되었을수록 탱크 벽면의 온도가 높아 벽면 주변에서의 파포현상이 더 강하게 나타난다.

탱크 벽면 주변 유면의 거품이 파괴되면 열분해된 가연성 증기가 산소와 혼합하여 연소범위에 이르고 발화점에 도달하여 다시 불이 붙게 된다. 탱크 벽면 주변의 거품이 파괴된 부분으로 불길이 다시 살아나는 형상을 위에서 보면 Ring 형태로 보이므로 이를 Ring Fire 라고 한다.

 

Ring Fire 현상을 예방하려면

가. 부상지붕탱크인 FRT에서는

부상지붕과 탱크 벽면 사이의 공간에서 발생하는 화재이므로 FRT에서 화재가 발생하는 Ring Fire 형태로 발생할 수밖에 없다. 위험물안전관리에 관한 세부기준에서 정하고 있는 포소화설비의 포 방출구, 소화약제량, 가압송수장치와의 거리 등을 잘 준수하여 조기에 포 소화약제를 방출함으로써 부상지붕 탱크와 벽면 사이에 발생하는 화재를 초기에 소화하는 방법이 가장 좋다.

FRT에서 발생한 Ring Fire는 Pool Fire에 비해 위험성이 작지만, 조기 진압이 되지 않고 장시간 화염이 계속되는 경우 화열에 영향을 받은 부상지붕이 가라앉게 되는데, 그때는 탱크 유면에 Pool Fire 형상의 화재로 발전해 위험성이 급격하게 증대된다는 사실을 염두해 두어야 한다.

 

부상지붕탱크(FRT) 출처 : Alltec

나. 일반 유류탱크인 CRT에서는

포소화설비의 포소화약제를 내열성이 우수한 것으로 사용하여야 한다. 수성막포는 유동성이 좋고 소화효과도 좋지만 내열성이 낮다는 단점이 있다. 내열성이 좋은 단백포는 장기간 보관이 어려우므로 이를 개선한 불화단백포를 사용하는 방법이 있다.

파포현상은 탱크 벽면이 가지고 있는 열기 때문에 문제가 발생하는 것이므로 탱크 벽면의 열기를 식혀주어야 한다. 소화수를 탱크 벽면에 뿌려주면 탱크 벽면의 열기가 낮아질 것이므로 파포현상을 줄일 수 있다. 그래서 탱크 벽면에 물분무 소화설비를 설치하는 방안이 가장 적절한 방법이므로 이를 추천한다. 유류 탱크 화재시 물분무 소화설비로 탱크 벽면에 물을 흘려줌으로써 탱크 벽면이 함유하게 될 열기를 연속적으로 식혀주어 파포현상을 줄이고 탱크 벽면이 허물어지는 것을 방지할 수 있다.

Ring Fire의 예방에 필수적으로 연계되는 사항

포소화설비가 설치되어 있는 석유화학공장 또는 유류 탱크가 많이 설치되어 있는 대단위 석유화학 플랜트 등에서 주의해야 할 점이다. 위험물안전관리에 관한 세부기준 제133조(포소화설비의 기준) 제7호 다목을 살펴보자. 펌프를 이용하는 가압송수장치의 경우 펌프를 시동한 후 5분 이내에 포수용액 등을 포방출구 등까지 송액할 수 있도록 하거나, 펌프로부터 포방출구까지의 수평거리를 500미터 이내로 하여야 한다고 규정하고 있다.

이 의미는 펌프가 기동된 후 최소 5분 이내에 FRT 또는 CRT 포방출구에서 포방출이 개시되어야 한다는 것이다. 500미터 이상이거나 5분 이내에 포 방출이 되지 않으면 유류 표면의 온도가 상승하여 열류층이 형성되기 시작하고, 탱크 벽면의 온도도 지속적으로 올라가 파포현상을 야기할 수 있기 때문이다. 그러므로 가압송수장치로부터 최 말단 방출구까지 거리가 멀거나 시간이 5분 이상 걸리는 곳에서는 구역별로 가압송수장치와 수원을 추가 설치하여 운영하는 것이 필요하다.

 

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