이를 위해 대체 연료 차량으로 NGV (Natural Gas Vehicle) 개발과 더불어 차량에 연료를 공급하기 위한 CNG(Compressed Natural Gas) 충전소 시스템에 대한 연구·개발이 활발히 진행 중에 있다.
그러나 최근에 일어났던 부천과 익산의 LPG 충전소 폭발사고 등의 크고 작은 가스 폭발사고로 인한 가스 충전소에 대한 국민들의 불안감을 해소할 수 있는 CNG 충전소의 안전성 평가가 선행돼야 하며, 그와 아울러 CNG 충전소의 안전성을 적극적으로 대중에게 홍보해야 한다고 사료된다.
CNG는 분진, 유황 등 불순물이 거의 함유되지 않은 청정연료로써 NOx나 SOx 등의 공해물질 배출이 거의 없기 때문에 대도시 환경보전에도 큰 기여를 할 수 있는 무공해 에너지이다. 또한, 공기보다 가벼운 특성 때문에 누출사고가 발생하여도 대기중에서의 확산속도가 기존의 프로판이나 부탄에 비하여 상당히 빠르기 때문에 화재, 폭발 등의 사고 위험성이 낮다는 장점을 가지고 있다.
본 논단에서는 현재 검토되고 있는 CNG충전소와 기존의 LPG충전소에 대한 누출·확산 및 화재에 의한 복사열 영향 평가를 실시하여 안전성을 비교·검토하여 보았다. 또한, 산업안전법과 고압가스법에 고시되어 있는 CNG설비와 LPG설비의 안전거리를 고찰하여 현행 안전거리의 타당성을 검토하여 보았다.
안전거리는 사고발생시 원활한 방재활동과 시설내의 사고에 의한 피해를 최소화할 수 있는 안전이 확보된 경제적인 공간을 말한다.
따라서 안전거리를 벗어난 지역은 사고시 안전한 지역을 의미하는 것이 아니라 적절한 방재활동에 의하여 인명과 재산 피해를 줄일 수 있는 지역을 의미한다.
또한 안전거리의 설정은 사고 시나리오에 따라 이론적 계산에 의해 피해거리를 산정하는 방법도 있지만 대부분의 경우 지금까지의 사고 경험으로 얻은 피해거리로 산정하는 것이 일반적이다.
CNG충전소의 안전거리 규정은 천연가스를 압축, 저장 및 처리하는 가스처리설비와 주변에 위치하는 건물, 화기 취급시설, 도로, 천연가스 이외의 가연성 물질과의 이격거리에 대하여 규정하고 있다. 또한 이격거리 산정시 국가에 따라 처리설비의 외면으로부터 보호시설까지의 거리 또는 사업소 경계까지의 거리로 구분하며 저장량에 따라 이격거리를 달리하기도 한다.
CNG충전소와 LPG충전소의 주요 가스처리설비와 보호시설과의 안전거리를 비교하면 표 1, 2와 같다.
CNG충전소의 경우 국내에는 아직 활성화되어 있지 않기 때문에 이미 CNG충전소가 설치되어 있는 선진 외국의 사고사례를 분석하여 충전소에서 일어날 수 있는 사고를 가정하였다.
지난 85년부터 97년까지 뉴질랜드에서 일어난 CNG충전소와 관련된 사고건수를 정리하면 표 3과 같다. 충전소의 구성요소를 크게 나누면 연료 주입기, 압축기, 저장용기로 대별할 수 있다.
표 3에서처럼 총 43건의 사고중 가장 많이 차지하는 것은 연료주입기에 관련된 사고이며, 좀더 자세히 사고 내용을 살펴보면 연료주입기의 누출로 인한 사고가 가장 많다는 것을 알 수 있다.
위에서 분석한 CNG충전소의 사고사례를 바탕으로 충전소에서 일어날 수 있는 사고를 다음과 같이 가정하였다.
1) 충전소의 펌프 씰 또는 저장용기의 안전밸브를 통하여 가스가 연속적으로 분출한다.
2) 연료주입기의 충전호스가 파열되어 가스가 연속적으로 분출한다.
대기확산에 대한 예비해석으로는 기존에 개발되어온 상업용 소프트웨어를 활용하여 분석에 필요한 기초자료의 구축 및 확산현상분석이 필수적이라 사료되어 본 분석에서는 PHAST를 사용하여 누출물의 대기확산도 및 화재와 폭발에 대한 해석을 실시하였고, 본 분석에서 사용한 CNG와 LPG의 물질조성은 표 4와 같다.
본 분석에서는 CNG충전소와 LPG충전소에 대한 실제적인 영향 평가를 실시하기 위하여 누출 직경을 각각 2″, 2.5″, 5″로 주었으며, 복사열 4kW/m2 (30초 동안 노출시 2도 화상)일 경우 피해거리를 산출하였고 누출시간은 5분을 주었다.
표 5, 6에서 볼 수 있듯이 CNG충전소의 경우 가스가 대기중으로 확산되는 속도가 빨라 LPG충전소에 비해 연소하한계에 도달하는 거리가 짧으며, 풍속의 영향은 거의 받지 않는다는 것을 알 수 있었다. 또한 표 7, 8에서와 같이 피해거리 분석을 실시한 결과 LPG 충전소의 경우 CNG충전소에 비해 Jet flame에 대한 복사열 영향이 심각한 것으로 나타났다. CNG충전소의 경우 사고발생시 충전소 일부지역에서 복사열에 대한 피해가 있었으나 LPG충전소의 경우 주유소 외부 지역까지 큰 피해를 주고 있음을 알 수 있었다.
본 분석을 통해 얻은 결론은 CNG의 경우 주성분이 공기보다 가벼운 메탄으로 이루어져 쉽게 대기중으로 확산이 이루어지기 때문에 점화될 확률이 작아지며, 수평방향보다 수직방향으로 확산이 빠르기 때문에 VCE나 Pool fire에 의한 화재, 폭발의 가능성이 희박하여 LPG에 비해 훨씬 더 안전하다는 것이다.
또한 본 분석은 방호벽 또는 방화벽에 대한 부분은 고려하지 않았으므로 방어시스템을 설치할 경우 피해거리는 더욱 짧아 질 것이다.