방류벽 overtopping 저감에 대한 CFD 시뮬레이션

Abstract

화학물질은 우리의 일상생활에서부터 산업현장에서까지 다양하게 사용되고 있으며, 특히 산업현장에서는 누출 사고에 의한 피해 우려가 증가하고 있다. 화학물질 누출에 의한 피해는 누출된 물질이 증발되어 확산되었을 때의 농도와 관련이 있으며, 이 증기 발생량은 액체의 표면적에 비례한다. 화학물질이 넓게 퍼져나가는 것을 방지하는 방류벽을 설치함으로써 피해를 저감할 수 있다. 방류벽은 화학물질 관련 법령인 화학물질관리법, 산업안전보건법, 위험물안전관리법, 고압가스안전관리법에서 방류벽에 관한 최소 기준을 정의하고 있다. 하지만 갑작스럽게 저장시설 내부의 물질이 순간적으로 방출되는 catastrophic failure 사고가 발생할 때에는 문제가 될 수 있다. Catastrophic failure는 순간적인 방출로 인해 내부 물질이 방류벽 외부로 넘치는 overtopping 현상을 발생시키며, 방류벽에 의한 피해저감 효과가 줄어든다. 따라서 법에서 정하고 있는 최소 기준으로는 피해를 효과적으로 저감하기 어려우므로 추가적인 안전장치를 고려할 필요가 있다. 본 연구에서는 화학물질 전량 누출 시 overtopping의 영향을 최소화하기 위한 방지 장치로서 deflector plate가 고려된 방류벽을 시뮬레이션 하였다. 전산 유체 역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 프로그램인 ANSYS FLUENT 19.1을 사용하였으며, 표면 추적 기법을 통해 다상 유동을 해석하는 VOF(Volume of Fluid) 모델을 사용하여 국내 상황에 맞는 방류벽 설계에 대한 overtopping 저감 효과를 비교해 보았다. Deflector plate가 설치된 방류벽이 overtopping 현상을 저감하는데 굉장히 효과적이었으며, 30°의 deflector plate보다는 45°의 deflector plate가 더 낮은 overtopping fraction 보여주었다. 하지만 catastrophic failure 발생 시의 액압을 견디기 위해서는 방류벽과 deflector plate 사이의 접합부에 추가적인 장치를 설치하는 것을 제안하고자 한다.