KR 웹진 150호

해양 구조물은 가연성 제품인 석유 및 가스를 생산하는 시설로 특히 화재 및 폭발 가능성이 높다. 

이러한 사고를 줄이기 위해서 플랫폼의 초기 설계 단계에서부터 위험도 평가를 수행한다.

화재와 관련된 위험을 정량적 평가로 관리하고 화재 하중과 결과를 계산해야 한다. 사고 발생시 

구조물에 작용하는 화재 하중을 정확하게 계산한다면 화재 하중에 견딜 수 있는 내구성 설계를 할

수 있다.

전산 유체 역학(CFD)은 화재 사고 발생시에 화재 하중을 정확하게 계산하는데 용이하며, 구조적 중복 해석(Structural Redundancy Analysis)를 하기 위해서 CFD에서 구해진 결과(열 하중-온도, heat fluxes)를 구조 해석 프로그램에 전달한다. SRA는 정의된 화재 시나리오에 대해 Topside의 정확한

붕괴 정보를 제공하게 된다.

해양구조물 플랫폼을 설계할 때 화재에 견디는 안전 설계에 대해 KR은 엔지니어링 서비스 및 전문

지식을 보유하고 있으며 화재 안전 엔지니어링 서비스를 위한 당사의 서비스에는 다음과 같다.

 ▶화재 위험도 분석 (FRA)

 ▶CFD를 사용하여 정의된 화재 시나리오에 대한 Heat flux 및 온도 평가(KFX, FLASS-Fire)

 ▶화재 하중의 확률적 모델 개발

 ▶비선형 구조물의 화재 결과 분석

 ▶Passive Fire Protection(PFP) 설계 및 최적화

FRA 및 PFP 설계에 대한 일반적인 절차는 그림1과 같다.  

표1. 화재 중복 해석 및 PFP 설계에 대한 일반적인 절차

화재 시나리오에 대해 열 하중(가스 온도 및 Heat fluxes) 계산은 CFD tool인 KFX를 사용하여 수행하며, KFX 시뮬레이션 결과 (가스 온도 및 Heat fluxes)를 고려하여 구조부재의 온도를 계산하기 위해 FAHTS 코드를 사용하여 열전달 해석을 수행합니다. FAHTS 열전달 해석 결과는 비선형 구조 응답

해석을 위해 USFOS 프로그램으로 전달한다.

하기와 같이 그림2는 각 프로세스 간의 인터페이스를 보여준다. 

표2. 화재 중복 해석에 대한 상호간의 프로세스

PFP(Passive Five Protection) 재료는 해양 구조물에 사용되어 Topside를 보호한다. PFP는 화재에 의해 지속적으로 열을 받는 주요 부재에 사용되며 화재의 열로부터 강재를 보호하는 역할을 한다. 

Structural Redundancy Analysis(SRA)에 기초하여, 붕괴에 영향을 주는 주요부재가 확인되고, PFP가

주요 부재에 적용되어 SRA를 다시 수행한다. PFP 최적화 연구는 화재 제한 시간 동안 Topside가 글로벌 붕괴가 되지 않도록 주요 부재가 견뎌야 하고, 이를 위해서는 최소한의 주요 부재를 PFP로 도포하여 보호해야 한다.

표3. PFP 설계 여부에 따른 구조물 평가

PFP는 매우 무겁고 값 비싸며 강재에 도포하는 시간이 많이 걸리며, PFP 애플리케이션의 최고 단점은 플랫폼 작동중 검사가 어렵다는 것이다.

따라서 SRA 및 PFP 최적화 연구를 수행하면 Topside 중량 및 비용을 절약할 수 있을 뿐만 아니라

플랫폼 검사가 더욱 쉬워진다.