건축물 방폭설계 기준, 목적, 절차, 고려사항(API, CIA, BP)

국내외 방폭기준의 비교

(1) API : American Petroleum Institute,

(2) CIA : Chemical Industries Association,

(3) MCA : Manufacturing Chemists Association

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방폭설계 목적

1. 인명의 안전보호

2. 원활한 공장운전상태 확보

3. 경제적 손실의 방지 및 최소화

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방폭설계 절차(방폭설계 흐름도)

1. 설계업무범위 결정

: 건물의 방폭설계에 필요한 발주처 요구사항과 고려할 사항을 규정

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2. 폭발위험도 분석

: 설계폭발 압력을 결정하기 위해 가상의 폭발 시나리오를 가정하고 이에 따라 위험도 분석을 수행

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3. 건물 성능기준 결정

: 설계폭발압력에 따라 각 건물에 요구되는 방호성능등급을 결정

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4. 폭발하중 결정

: 건물의 다양한 구성요소에 따라 폭발하중을 상세히 결정

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5. 구조시스템, 재료 및 건물 응답기준 선택

: 구조재료와 시스템을 결정하고 건물성능조건에 부합되는 구조재료 및 거동의 제한치를 선택

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6. 구조해석 및 부재설계

7. 상세설계 수행

1) 발주처 : 1~3. 제공

2) 설계엔지니어 : 4 ~ 7. 수행

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방폭설계 일반적 고려사항

1. 건물의 위치(Siting Considerations)

공장 건물의 위치는 잠재적인 위험성, 노출성, 확장성, 공간성 등의 다양한 조건을 반영하여 결정된다. 즉, 가동중인 시설의 인접지역이나 주변에서 발생할 수 있는 위험성과 이러한 위험성에 수반하여 부수적으로 발생할 수 있는 여러가지 현상 등도 고려하여 결정된다.

폭발에 대한 건물의 방호는 인접요소와의 적절한 이격거리나 튼튼한 구조물로 시공함으로서 잠재적인 위험성을 피할 수 있다.

방폭건물의 위치를 결정하는 과정에서 고려하여야할 사항은 아래와 같다.

1) 건물의 단변방향이 예상 폭발원을 향하도록 한다.

2) 공장시설의 직접적인 운전에 불필요한 주거건물 등은 가능한 멀리 배치하도록 한다.

3) 건물의 주변이 밀집되거나 밀폐된 공간을 형성하게 되면, 폭발의 가능성을 한층 높일 수 있으므로, 밀집적이거나 밀폐된 공간이 생기지 않도록 건물을 배치하도록 한다.

4) 낮은 지역에서는 공기보다 무거운 폭발성 기체가 모일 수 있으므로 이러한 지역을 피하여 건물을 배치하도록 한다.

5) 누출가스가 흘러들 수 있는 잠재적인 지역에는 건물을 배치하지 않도록 한다.

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2. 출입문(Doors)

건물의 출입문은 문으로서의 기능과 물리적 특성상 방폭설계에서 취약한 부분이 된다. 출입문은 폭발압에 의하여 파괴되면 이내 폭발압이 건물로 관통해 들어오는 기본적인 경로가 된다. 따라서, 방폭설계에 있어서 출입문은 벽이나 바닥, 천장 또는 다른 구조요소에 적용되는 방폭기준 이상으로 강하게 설계될 필요가 있다.

건물의 사용측면에서 방폭문의 허용기준을 분류하면, 다음 4가지 유형으로 구분할 수 있다.

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유형-1)

폭발압이 작용하여도 방폭문의 응력이나 처짐, 영구변형 등이 설계기준을 초과하지 않고, 폭발압의 작용 후에도 문의 작동이 가능한 유형.

연성율은 1.0 이하(탄성범위)이고, 문의 모서리 회전변형은 1.2° 로 제한된다. 이러한 유형의 방폭문은 반복적인 폭발압을 받을 수 있는 곳이나, 사람을 완전히 보호해야하는 곳, 또는 해당 문이 건물의 주비상구인 경우 등에 지정될 수 있다.

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유형-2)

폭발압을 겪은 후에 방폭문에 어느정도의 영구변형이 생기는 것은 허용하지만, 방폭문의 작동이 가능한 유형.

2~3의 연성율과 2.0° 의 모서리 회전변형이 허용된다. 주로 사람을 방호해야 하는 시설에 적용된다.

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유형-3)

비재해성(Non-Catastrophic) 파괴가 허용되는 유형.

폭발압이 작용한 후에 문의 여닫이에 지장이 있을 수 있어도, 방폭문이 완전히 파손되지 않고 기본적인 문의 형태를 유지하고 있어야 한다. 5~10의 연성율과 8° 이하의 모서리 회전변형이 적당하다.

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유형-4)

구조적 파괴가 허용되는 유형

방폭문의 설계는 인접의 다른 구성요소의 설계와 기능에 간섭될 수 있으므로, 초기 설계 단계에서부터 이에 대한 고려가 있어야 한다. 방폭문의 설계에서 기본적으로 고려하여야 할 사항은 아래와 같다.

(1) 방폭문의 정착에는 어떠한 방법을 사용할 것인가? 방폭문의 문틀은 벽체 개구부에 간결히 고정되어야 한다.

(2) 벽체 개구부와 문설주 개구부의 크기를 확인한다.

(3) 폭발압력이 방폭문에 작용하는 방향을 고려한다.

(4) 방폭문에 사용된 재료적 특성은 탄성 또는 탄소성 특성을 유지할 수 있는가 또는 영구 변형이 허용되는 조건인가 등을 검토한다.

(5) 방폭문에 허용되는 연성율의 제한을 확인한다.

(6) 문판의 중앙부분에 대한 총변형이나 문판 단부의 회전변형에 대한 허용치를 확인한다.

(7) 폭발압 작용 후에도 문으로서의 기능이 가능해야 하는지를 고려한다.

(8) 건물의 구조설계에 적용된 폭발파의 순간최대초과압, 반사최대압, 폭발하중의 작용시간 등에 관한 사항이 방폭문에도 동일하게 적용되어야 한다.

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3. 창호(Windows)

일반적인 유리창문은 0.2psi(1.4kPa)의 낮은 폭발압에도 파괴 되어버리므로 방폭창호로는 부적절하다. 폭발사고에 있어서 많은 부상은 유리파편에 의해 발생하므로 방폭설계에 있어서 창문의 설계는 가급적 피해야 할 사항이다.

창문을 두어야 하는 경우에는 강화유리를 사용하거나, 철망유리 또는 플라스틱 층이 함유된 특수유리 등을 사용하여 어느정도의 설계초과압을 지지할 수 있도록 하여야 할 것이다.

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4. 설비 개구부(Utility Openings)

방폭건물도 일반건물과 마찬가지로 공기유입구, 배기구, 전원 케이블, 설비배관 등이 필요하다.

방폭건물에서는 이들에 대한 개구부의 방호를 위해 방폭댐퍼(Blast Damper), 폭발압 감소장치(Blast Attenuators) 또는 케이블 등의 보호를 위한 특수 케이블이나 도관이 필요하다. 개구부의 방호에 대한 상세설계는 일반적으로 이들 개구부의 방호장치를 공급하는 업체에서 수행하게 된다.

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5. 실내 고려사항

건물 내부의 설계에서도 방폭설계의 고려사항을 찾아볼 수 있다. 물건이나 장식물 등이 내벽면에 설치되는 것은 피하는 것이 좋다.

폭발압을 받는 벽면이 순간적으로 급속히 내부로 변형될 때 벽면에 설치된 물건이 탈락되면서 사람에게 큰 상처를 입힐 수도 있고, 설비류나 다른 가재 도구들을 크게 손상시킬 수도 있기 때문에 문서함이나 가구류 등도 벽체의 최대 예상 변형량 이상으로 내벽면에서 이격시켜 배치되도록 한다.

천장에 매달려 있는 샹드리에나 기타 장식물 등은 폭발압 작용시에 탈락할 우려가 특히 큼으로, 적절한 고정장치로 부착성능을 보강할 필요가 있다.

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6. 실외 고려사항

최대반사압력은 공기의 흐름이 건물의 주위를 지나가면서 압력이 감소된다는 가정 하에 계산된다. 즉, 폭발파가 구속되어 그 힘이 증가하지 않도록 건물의 외형을 설계함으로서 폭발압력이 지정된 값 이상으로 증가되는 것을 피할 수 있도록 하여야 한다. 오목한 모서리나 셋백된 출입구 등은 최대반사초과압 이상의 높은 압력을 받을 수 있으므로 방폭설계에서는 가급적 피하는 것이 좋다.

또한, 폭발압을 받았을 때 건물에 부착되이 있던 일부요소가 찢기어져서 위험요소가 될 수 있으므로 이러한 요인은 가급적 피하는 것이 좋다. 간판은 물론이고, 밖으로 돌출된 캐노피나 현관홀 등은 폭발압에 의하여 찢기어져 나갈 수 있는 요소이다.

 

 

건축물 방폭설계 기준, 목적, 절차, 고려사항(API, CIA, BP)