해저터널 구난역 열차화재시 압축공기포(Compressed Air Foam) 소화설비의 적용성 평가 실험

박병직,신현준,유용호,박진욱,김휘성,Park, Byoung-Jik,Shin, Hyun-Jun,Yoo, Yong-Ho,Park, Jin-Ouk,Kim, Hwi-Seong 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.5

최근 한중, 한일 해저터널과 같은 대규모 프로젝트가 구체화되고 있으며, 해저터널에 대한 관심이 높아지고 있다. 해저터널은 일반 지상터널에 비해 열차화재에 따른 대규모 피해가 발생할 수 있으며, 기존의 일반터널 방재설계 이외에도 효율적인 소화방안에 관한 연구가 필요하다. 이에 따라, 본 연구에서는 열차화재를 구난역에서 신속하게 진압하기 위하여, 일반적인 포 소화설비를 개량한 '압축공기포(CAF) 소화설비'를 활용한 실물 화재실험을 7차례 수행하였다. 실험은 가상의 터널에 구난역을 설치하고 KTX 열차의 1 량 규모의 가상열차를 대상으로 실시하였다. 압축공기포를 화원에 직접 분사한 경우에 햅탄(Heptane) 원료 30 L의 가연물을 1분 이내에 소화시켰다. 본 실험 연구를 통하여 해저터널 구난역 열차화재 소화설비에 압축공기 포 소화설비가 적합한지 확인하였으며, 해저터널 외에 일반터널에서도 CAF가 갖는 장점을 활용하여 빠르고 손쉬운 소화가 가능하도록 노즐 각도 및 설치위치 등을 변경하여 소화수와 소화약제를 최소화하기 위하여 추가로 실험 연구를 진행해야 한다고 판단된다. Recently, a mega project such as Korea-China or Korea-Japan undersea tunnel project has been emerged for detail discussion and the interest in undersea tunnel is on the rise. More severe damage by train fire is expected in undersea tunnel comparing to ground tunnel and thus the study on more efficient fire extinguishing system, besides existing disaster prevention design is underway. To that end, a full-scale fire tests using CAF fire extinguishing system which has been developed by modifying traditional foam fire extinguishing system for fire suppression at rescue station in timely manner were conducted over 7 times. The test was conducted after setting the rescue station in virtual tunnel with a car of KTX. As a result of using compressed air foam directly to the fire source, 30 liter of Heptane combustibles was extinguished within 1 minutes. Applicability of compressed air foam to train fire at rescue station in undersea tunnel was has been proven and further study is considered required while changing the nozzle angle and location so as to achieve quick and easy extinguishing goal, making use of the advantage of CAF, as well as to reduce the fire water and chemicals required.

주택 내 수소연료전지 전용실의 폭발 위험성에 대한 실험적 연구

박병직,김양균,황인주,Park, Byoungjik,Kim, Yangkyun,Hwang, Inju 한국안전학회 2021 한국안전학회지 Vol.36 No.4

In this study, a real-scale fuel-cell room of volume 1.36 m³ is constructed to confirm the explosion characteristics of hydrogen-air mixture gas in a hydrogen-powered house. A volume concentration of 40% is applied in the fuel-cell room as the worst-case scenario to examine the most severe accident possible, and two types of doors (made of plastic sheet and wood) are fabricated to observe their effects on the overpressure and impulse. The peak overpressure and impulse based on distance from the ignition source are experimentally observed and assessed. The maximum and minimum overpressures with a plastic-sheet door are about 20 and 6.7 kPa and those with a wooden door are about 46 and 13 kPa at distances of 1 and 5 m from the ignition source, respectively. The ranges of impulses for distances of 1-5 m from the ignition source are about 82-28 Pa·s with a plastic-sheet door and 101-28 Pa·s with a wooden door. The amount of damage to people, buildings, and property due to the peak overpressure and impulse is presented to determine the safe distance; accordingly, the safe distance to prevent harm to humans is about 5 m based on the 'injuries' class, but the structural damage was not serious.

지하철 승강장과 개찰구 유형별 대피안전성 분석

박병직,박일규,유용호,Park, Byoung-Jik,Park, Il-Gyu,Yoo, Yong-Ho 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.3

현대사회가 빠르게 발전함에 따라 지하철은 도시의 대표적인 이동수단으로 발전해왔다. 그러나 2003년 대구지하철 화재사고를 통하여 지하철의 인명안전과 방재의 중요성 인식되었으며, 현재까지 많은 연구가 진행되어 왔다. 특히 지하철 전동차 내장재의 난연화 불연화와 승강장의 스크린 도어 및 안내표시 등이 대표적 결과라고 볼 수 있으나, 지하철 대피기준에 대한 연구의 진행은 미진하다. 이에 본 연구에서는 지하철 대피기준 개선의 기초연구를 진행하였다. 그러나 복잡하고 다양한 지하철 전체를 대상으로 하기에는 어려움이 있어, 기존의 연구 중 승강장을 유형화 한 연구를 참고하여 개찰구를 유형화 하였다. 기존 연구의 지하철 역사 승강장의 유형 10개와 본 연구의 개찰구의 유형 8개를 정리하여, 1~4호선 지하철 역사 중 가장 많은 유형을 선정하여 대피 시간을 계산하였다. 대피시간 계산결과가 지하철의 대피 기준 시간 6분을 초과하는 것으로 나타남에 따라 지하철 대피 시간에 대한 기준을 개선하거나 추가적인 조건이 필요하다고 판단되었다. 따라서 지하철 역사에 안전을 위한 시설 및 방재대책이 요구된다. With the rapid development of modern society, subway has become one of the most typical urban transport systems. Since fire accident occurred at Daegu subway in 2003, importance of life safety and disaster prevention have been widely recognized and many studies have been carried out. As a result of these studies, fire-retardant and non-combustible interior material and platform screen door with passenger guide indication device have been developed, but studies on a subway evacuation criteria have been in a stalemate. Therefore, this study is intended to improve the subway evacuation standard. It is very difficult to take into account whole subway system, so a typological approach to a ticket was carried out referring to previous studies focused on a subway platform. this paper selected the most common subway platforms and estimated evacuation time among 10 platforms from previous studies and 8 from this study. As a result, evacuation time exceeded 6 minutes which is the guideline of existing standard. Therefore, it is necessary to update the standard for evacuation time and add supplementary conditions which can help establishing the measures for safety facilities and prevention measures.

해저터널 열차 화재 시 구난역 에어커튼 시스템의 성능에 관한 실험 연구

박병직,신현준,유용호,박진욱,김휘성,김양균,Park, Byoung-Jik,Shin, Hyun-Jun,Yoo, Yong-Ho,Park, Jin-Ouk,Kim, Hwi-Seong,Kim, Yang-Kyun 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.1

터널 화재는 밀폐된 공간에서 발생하기 때문에 시야 확보가 매우 어려우며, 빠른 속도로 연기가 차오르기 때문에 대형재난사고로 이어질 수 있다. 본 연구에서는 해저터널 열차 화재 시 구난역을 안전하게 사용하기 위하여 에어커튼 및 가압송풍기를 구난역 플랫폼에 설치하고 실물화재실험을 통하여 에어커튼 시스템의 적용성을 확인하였다. 실제 규모의 구난역에 에어커튼 시스템을 설치하였으며, 화원으로 사용한 액체 햅탄이 전소될 때까지 약 2분 동안 실험을 진행하였다. 에어커튼 시스템이 작동한 경우에는 구난역 플랫폼의 온도와 외부의 온도는 약 $160^{\circ}C$ 차이가 발생하였으며, 에어커튼 시스템이 작동한 경우에 구난역 플랫폼 내부의 일산화탄소는 작동하지 않은 경우의 구난역 플랫폼 내부와 비교하여 약 160 ppm 적게 일산화탄소가 측정되었다. 따라서 본 실물화재 실험을 통하여 해저터널 구난역 에어커튼 시스템이 화재로부터 발생한 열기와 유독가스를 차단할 수 있음을 확인하였다. Visibility is very poor in tunnel fire because of confined space where the fire may easily lead to the mass casuality incident because of fast smoke spread. In this test, air curtain and the fan were installed at rescue station in a bid to make use of rescue station in safe way during the train fire in undersea tunnel and a full-scale fire test was conducted to identify the applicability of air curtain system. Air curtain system was installed at a real rescue station and the test was continued for 2 minutes till heptane which was used as fire source was completely burned out. When air curtain was working, difference in temperature between inside and outside the platform was $160^{\circ}C$ and carbon monoxide measured inside the platform was less than the case of no air curtain system by 160 ppm. Thus a full-scale fire test demonstrated that the air curtain system installed at rescue station in undersea tunnel was able to effectively block the heat and smoke generated from the fire.

압축공기포(Compressed Air Foam) 소화시스템을 이용한 구난역 열차 화재 진압에 관한 실험적 연구

박병직,신현준,유용호,박진욱,김휘성,김양균,Park, Byoung-Jik,Shin, Hyun-Jun,Yoo, Yong-Ho,Park, Jin-Ouk,Kim, Hwi-Seong,Kim, Yang-Kyun 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.2

대구지하철 화재사고가 발생한 이후에 국민의 안전에 대한 관심이 높아지고 열차 내부의 재료는 불연성 재질로 모두 변경되었지만 소화 설비에 관한 개발은 미비한 상태이다. 열차는 철판 재질로 둘러싸여 화재 시 일반적인 소화설비를 이용하면 소화하기 매우 어렵다. 본 논문은 실물화재 실험을 통하여 정차된 열차 화재를 압축공기포 소화설비를 활용하여 빠르고 손쉽게 소화할 수 있는 방안에 대하여 연구하였다. 구난역에 정차된 열차의 화재를 소화하기 위해서 창문 파괴장치를 이용하여 열차 유리창을 빠르게 파괴하고 압축공기포 소화설비를 열차 내부에 삽입하여 직접적으로 소화할 수 있도록 하였다. 창문 파괴장치를 이용하여 열차 유리창을 5초 만에 파괴하였으며, 압축공기포 소화설비를 열차 내부에 삽입하고 압축공기포를 방사하여 30초 만에 열방출량 11.88 MW 규모 화재를 진압하였다. 압축공기포 소화설비를 이용하여 화재 확산 방지와 터널 구조물 보호가 가능하도록 추가적인 실험 연구가 필요하다. Since the Daegu subway fire accident, people's perception of safety has increased, and all materials inside the train have been changed to incombustible materials. However, there is still a lack of development of fire extinguishing systems. Train components are mostly made of steel plates, and therefore it is very difficult to extinguish the train fire by using general fire extinguishing equipment. In this regard, this paper investigated rapid and easy methods of extinguishing the train fire by using compressed air foam systems through full-scale fire tests. To extinguish the fire of train at rescue station, window breakers were used to quickly destroy the train windows, and the compressed air foam system was inserted inside the train. As a result, the train windows were destroyed in 5 seconds, and the 11.88-MW fire was put out in 30 seconds by the compressed air foam discharged from the compressed air foam system inserted inside the train. For the future work, there is a need for further experimental studies to prevent the spread of fire and protect tunnel structures with the use of compressed air foam systems.

해저터널 구난역 열차화재시 압축공기포 소화용수의 해수 적용성에 관한 실험 연구

박병직,신현준,유용호,박진욱,김휘성,김양균,Park, Byoung-Jik,Shin, Hyun-Jun,Yoo, Yong-Ho,Park, Jin-Ouk,Kim, Hwi-Seong,Kim, Yang-Kyun 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.5

본 연구에서는 해저터널 내부에서 발생하는 해저유출수를 소화용수로 사용하기 위해서, 압축공기포(CAF) 소화설비의 소화용수 적용성을 확인하였다. KS B ISO 7203-1(비수용성 액체에 적용되는 상부주입식 저팽창 포원액 사양) 규격에 따라 포수집기를 제작하였으며, 소화용수를 담수로 19회, 해수로 15회로 총 34회 실험을 하였다. 포 환원시간은 담수는 평균 237.73초, 해수는 평균 215.60초로 측정되어, 해수의 압축공기포(CAF) 소화용수 적용성을 확인하였다. 아울러, 열차 내 화재를 직접적으로 소화할 수 있도록 창문 파괴장치를 제작하고, 3차례 실물화재 실험을 수행하였다. 마지막 3차 실험에서는 2초만에 유리를 파괴하고 소화활동을 할 수 있는 구멍을 만들었으며, 이동식 압축공기포(CAF) 소화기를 사용하여 3초 만에 화재를 진압하였다. In this study, applicability of compressed air form (CAF) fire water was verified in a bid to use the undersea effluent as fire water. Foam collector was fabricated in accordance with KS B ISO 7203-1 (Specification for low expansion foam concentrates for top application to water-immiscible liquids) and the test was conducted using fresh water as fire water for 19 times and using seawater as fire water 15 times that totaled 34 times. Foam reduction time was 237.73 seconds on average with fresh water and 215.60 seconds with seawater, which proved the applicability of CAF fire water using seawater. Besides, window breaker was fabricated to directly extinguish the fire in train and a full-scale fire test was conducted three times. At the final 3rd test, window glass was broken in 2 seconds to make the hole for fire extinguishing and suppressed the fire in 3 seconds using CAF fire extinguisher.

수소충전소 사고대응을 위한 훈련프로그램 개발 및 분석

박병직(Park,Byoungjik),김양균(Kim,Yangkyun),임옥근(Lim,Ohk Kun) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.6

최근 정부의 친환경정책으로 인해 수소충전소의 구축이 빠르게 증가하고 있지만 새롭게 생긴 시설로 사고대응절차에 대한 연구가 많지 않다. 수소충전소 사고발생 시 효과적으로 대응하기 위해 초기대응자가 훈련하거나 알고 있어야 할 내용에 대해 델파이기법으로 조사하고;도출된 항목의 중요성에 대해 계층적 의사결정분석을 이용해 분석하였다. 수소충전소 구조와 긴급차단장치의 위치 및 조작방법;위험반경과 안전거리;수소충전소와 수소자동차의 사고시나리오에 따른 대응방안에 대한 내용이 가장 필요한 것으로 조사되었다. 긴급차단장치의 위치 및 조작방법에 대한 중요성이 가장 높게 분석되었으며;다음으로는 수소충전소의 안전거리에 대한 것이었다. 이런 분석결과는 수소충전소나 수소자동차 사고를 수습하는 초기대응자의 대응능력을 향상시키고 안전한 수소충전 인프라를 구축하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다. As the number of hydrogen refueling stations has increased rapidly in recent times;evaluating their incident training programs for first responders;has gained importance. In this study;the Delphi method was used for investigating the training programs;and the importance of the consensus programs was analyzed using the analytical hierarchy process (AHP). Location and operating methods of the emergency shutdown devices;safety distance;and response procedures depending on the hydrogen refueling station and hydrogen vehicle;were deduced. The results reveal that the training regarding emergency shutdown devices is the most important;followed by the one regarding safety distance. Quantitative analysis with regard to the training programs for hydrogen refueling stations can improve the response capability of first responders.

수막형성기술을 활용한 가연성 복합패널 화재확산 방지 시스템 개발

박병직(Byoung-Jik Park),유용호(Yong-Ho Yoo),김양균(Yangkyun Kim),박진욱(Jin-Ouk Park),김휘성(Hwi-Seong Kim) 한국화재소방학회 2020 한국화재소방학회논문지 Vol.34 No.6

복합패널은 철판재질의 강판에 스티로폼, 그라스울, 우레탄 등을 넣고 첩착제로 일체화하여 제작한다. 시공성, 경제성, 단열성이 뛰어나기 때문에 공장 및 창고 등의 건축물 재료로 많이 사용되고 있다. 그러나 최근까지 대형화재가계속해서 발생하여 화재 안전성에 대한 문제가 계속해서 드러났다. 복합패널은 소화수가 심재에 직접 침투하기 어렵기 때문에 직접 소화가 어렵고, 심재는 불완전 연소하기 때문에 연소 시 다량의 유독가스가 방출되어 대규모 인명피해가 발생할 수 있으며, 붕괴의 우려가 있기 때문에 소화활동이 매우 어렵다. 기존 연구를 통해서 화재 발생 시 적극적인 화재 진압을 위하여 복합패널 전용 화재확산 방지 시스템을 개발하였다. 관련된 시험법을 검토하였으며 실물화재실험을 통해서 성능을 확인하였다. 개발된 시스템이 적용하지 않은 복합패널 구조물은 5 min 후에 전소되었으며,개발된 시스템이 적용된 구조물은 15 min이 넘어도 그을림만 남았다. 가상의 공장건물에 개발된 시스템을 적용하여설계하였으며, 시공 기준(안)을 검토하였다. Composite panels are designed to be fabricated by adding Styrofoam, glass wool, and urethane into steel plates beforeintegration with adhesive materials. As these panels exhibit good workability, cost efficiency, and heat insulationperformance, they are widely used as building materials for plant or storage facilities. However, fire safety still needs tobe addressed, because these panels can potentially cause large fires. As firewater cannot easily penetrate the material insidethe panel, extinguishing any fires caused is difficult. Furthermore, the imperfect combustion of the core material tends togenerate a large volume of toxic gas, resulting in serious damage to human life. In addition, the high risk of collapse makesfire-fighting activities more difficult. Flame spread prevention systems optimized for composite panels have been developedfor more effective fire suppression based on accumulative research outcomes obtained thus far. Related test methods werereviewed before successfully demonstrating the performance of the developed systems. The existing composite panelstructure—wherein the developed system was not applied-burned out after 5 min; however, when the developed system wasapplied to the composite panels, the structure was covered in soot after 15 min. The structure was designed by applyingthe developed system to a virtual factory building, and the construction standard was reviewed.

복합수소충전소의 수소가스 폭발사고에 대한 정량적 위험성 평가 연구

박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim),김지웅(Ji Woong Kim),임옥근(Ohk Kun Lim) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.5

세계 자동차 시장은 LNG, LPG, 경유, 휘발유를 사용하는 자동차에서 전기와 수소가스를 사용하는 자동차로 변화하고 있다. 정부는 수소경제 활성화를 위해 수소충전소 설치와 수소자동차 보급을 지속적으로 지원하고 있으며, 기존 LNG·LPG·경유·휘발유 충전소에 수소충전소의 추가설치를 허가하고 있다. 본 연구에서는 수소, 휘발유, 경유를 충전할 수 있는 복합 수소충전소에서 수소가스 폭발 사고의 위험성을 평가하였다. 수소충전소 내부의 수소가스 누출사고로 인해 발생한 증기운폭발에서 발생하는 폭발파에 의한 수소충전소 내외부의 피해 정도를 수치해석을 통해 분석하였다. 수소가스의 누출이 증가할수록 증기운폭발이 발생했을 때 인근의 구조물 및 시설물에 심각한 수준의 피해가 발생함을 확인하였으며 이런 연구결과는 향후 수소충전소의 안전이격거리 및 수소설비 배치계획에 활용될 수 있을 것이다. The global automobile market is shifting from vehicles powered by LNG, LPG, diesel, and gasoline toward electric and hydrogen-driven vehicles. To boost the development of a hydrogen economy, the Korean government has been supporting the supply of hydrogen vehicles and permitting the installation of hydrogen refueling stations alongside the existing LNG, LPG, diesel, and gasoline refueling stations. This study entailed an evaluation of the risk of hydrogen gas explosion accidents at a combined hydrogen fueling station that supplies hydrogen, gasoline, and diesel. Numerical analysis was used to examine the extent of damage to the interior and exterior of the hydrogen station caused by the blast wave generated by the vapor cloud explosion resulting from a hydrogen gas leakage inside the station. The results indicate that the severity of the damage to nearby structures and facilities due to the vapor cloud explosion increased with increasing hydrogen gas leakage. The results have applicability in planning the safety separation distance of hydrogen stations and placement of hydrogen facilities.

수소자동차 폭발 사고 실물 실험

박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.추계

전 세계적으로 탄소저감의 중요성을 인식하고 관련 정책을 제시하고 있다. 이에 따라 우리나라도 수소법(수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한법률, 산업통상자원부, 2021)을 근거로 하여 수소사회로 급속하게 전환하려 하고 있다. 세계 자동차 업계에서는 전기차를 넘어 자율주행 및 수소자동차(FCEV, Fuel Cell Vehicle)로 변화하고 있다. 우리나라는 세계적인 수준의 자동차관련 기술을 갖고 있으며, 친환경 자동차 연구 기술개발을 통하여 수소자동차를 국내외 보급하고자 한다. 우리나라의 수소차 보급대수는 약 15,000대(2021년 7월 기준)이며, 친환경자동차(하이브리드차 및 전기차 포함) 중에 1.57%를 차지하고 있으며, 2040년까지 수소차 620만대, 수소충전소 1200개소의 수소모빌리티 보급 계획(수소경제 활성화 로드맵, 산업통상자원부, 2019)을 갖고 있다. 수소가스는 넓은 가연범위(4~75%)를 갖고 있으며, 정전기로 인하여 폭발(Explosion)이 가능하고 제트화염(Jet Fire) 발생시 화염온도가 4800℃까지 상승이 가능하다. 수소자동차는 이러한 위험요소가 있는 수소가스를 고압(700 bar)으로 사용하기 때문에 안전밸브(Relief Valve), 온도감응식 압력안전장치(TPRD, Thermally-Activated Pressure Relief Device) 등의 안전장치가 수소자동차에 설계되어 있다. 대부분의 운전자, 관리자, 소방관 들은 수소폭탄의 재료로 사용되었던 수소가스를 연료로 하는 수소자동차의 안전성에 대해서 부정적인 의견을 갖고 있으며, 수소자동차의 안전성을 높이기 위하여 현재 사용화 수소자동차의 안전도를 확인하고, 제트화염 및 폭발 사고 발생시 복사열 (Heat flux) 및 과압(Peak overpressure)에 대한 안전거리를 확인하여 안심하고 수소자동차를 사용하는 방안 제시가 필요하다. 본 실험은 국내 상용 수소자동차인 넥쏘(NEXO)를 대상으로 햅탄 버너를 사용하여, TPRD가 제거된 차량 하부의 탱크(700 bar) 내부의 압력을 상승시켜 폭발사고를 발생시켰으며, 열전대(Thermo couple) 및 압력계를 사용하여 온도 및 압력을 계측하였다. 실험결과를 통하여 수소자동차 사고발생시 안전이격거리를 제시하여 보다 안전하게 수소자동차를 사용할 수 있도록 제안하였다.