화재모델링에 의한 원전 방화지역 화재위험분석 방법 · 2018. 1. 1. · 지 문...
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화재모델링에 의한
원전 방화지역 화재위험분석 방법
2011. 06. 23.
KHNP
지 문 학
2011년도 KINS 화재방호 Workshop
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발표 순서
방화지역 화재리스크 분석
Fire Zone (Compartment)
Fire Scenario
Fire Modeling
Fire Frequency
Severity Factor
Non-Suppression Probability
전기회로 고장 및 오동작 확률 분석
CCDP and CDF
결론
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방화지역 화재리스크 분석
운영원전 필수기술
화재방호계획서 (FPP) : 교과부 고시 2010-27호
화재위험도분석 (FRA) : 교과부 고시 2008-25호
주기적안전성분석 (PSR) : 교과부 고시 2008-17호
화재사건 확률론적 안전성평가 (Fire PSA) : 원전 인허가 요건
신규원전 요구기술
규범기준 화재방호규정 (NFPA-803) 성능기반 화재방호규정 (NFPA-805)
경험기반 Fire-PSA (EPRI 방법) 성능기반 Fire-PSA (NUREG/CR-6850)
규제대상 현안기술
케이블 화재로 인한 다중오동작 (MSO : multiple spurious operation)
화재모델링에 의한 정량적 화재리스크 분석 (Fire Modeling)
성능기반 화재 확률론적안전성평가 (NUREG-6850 기반 Fire-PSA)
디지털 MMI 원전 주제어실 화재리스크 평가
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Fire Zone (Compartment)
방화지역 확인
방화지역 (구획)의 물리적 구조 및 규격
경계조건 및 물성치
화재발생원, 발화원 위치, 화재성장율, 열발생율(량)
주변 가연물의 종류 및 위치
목표대상의 종류 및 위치
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Fire Scenario
화재시나리오 선정
점화원, 화재전파, 목표대상물 선정
화재전파 시나리오 (케이블 트레이, 오일누설-confined/unconfined, 기타 가연물)
정상상태 환기조건 및 화재시 환기운전방식 (출입구 개폐 특성 포함)
연소모드 (환기지배, 연료지배)의 변동 및 화재지속시간
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Fire Modeling
화재모델링 분석
경험식을 이용한 단순계산 : FDT (NUREG-1805)
강제/자연대류에서 실내 고온가스층온도 및 연기층 높이
액체연료 화재의 발열량, 연소시간, 화염높이
벽체화재, 코너화재, 실내화재시 화염기둥의 높이
복사에 의한 목표대상물 열속 (Heat Flux)
관찰대상인 가연물의 점화시간
케이블트레이 화재시 열발생율
고체가연물의 연소시간
화염의 중심온도
스프링클러 동작시간 및 특성
연기감지기 동작시간
열감지기 동작시간
화재실 전실화재 (Flashover)
밀폐된 공간의 압력상승
폭발시 압력상승 및 열발생량
밧데리실 수소가스 발생량
강구조물의 열적특성
연기로 인한 가시거리
존모델 또는 CFD 모델
CFAST : more conservative
FDS : more realistic
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Fire Modeling
경험식을 이용한 ZOI (Zone of Influence) to Target
Target in Flame
Target in Plume
Target in Radiated Boundary
Target in Hot Gas Zone
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Fire Modeling
Target in Flame
flame height : Heskestad or Thomas equation
Heskestad equation
Thomas equation
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Fire Modeling
Target in Plume
plume height? temperature
plume radius? temperature
Heskestad equation (NUREG-1805)
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Fire Modeling
Target in Plume
Heskestad equation (FIVE rev.1)
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Fire Modeling
Target in Plume
Alpert equation (FIVE rev.1)
McCaffrey correlation
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Fire Modeling
Target in Plume
Convective heat flux (EPRI TR-100443 or FIVE rev.1)
Plume diameter (Heskestad correlation)
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Fire Modeling
Target in Radiated Boundary
irradiated radius : horizontal distance from flame center to target
damage heat flux 계산 또는 온도로 환산하여 평가
Wind-free point source radiation (Drysdale)
Solid flame radiation model under wind-free or wind condition (Beyler)
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Fire Modeling
Target in Radiated Boundary
irradiation of cylindrical flame to target
thermal radiation from hydrocarbon fire ball
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Fire Modeling
Target in Ceiling Jet Zone
Alpert correlation
Delichatsios correlation
ceiling jet convective heat flux
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Fire Modeling
Target in Hot Gas Zone
room temperature by MQH or HRR for target damage
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Fire Modeling
Target temperature, time to target damage
target temperature
time to target damage
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Fire Modeling
FDS fire modeling
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Fire Modeling
FDS fire modeling
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Fire Modeling
FDS fire modeling
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Fire Modeling
FDS fire modeling
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Fire Frequency
화재발생빈도 결정
발화원 화재발생빈도 : (Supplement 1 to NUREG/CR-6850; EPRI-1019259)
location factor : 지역별 가중치
weighting factor : 기기 수량, 면적, 기능별 가중치
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Severity Factor
Severity Factor (화세 영향계수)
fire detection and response time (화재감지기 동작 소화설비, 화재발생 인식 시간)
fire suppression time (automatic suppression 또는 manual fire fighting)
목표대상물이 손상될 때 까지 진압하지 못할 확률과 밀접한 관계가 있음
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Severity Factor
Severity Factor (화세 영향계수)
목표대상물 손상 확률계수
열발생율 분포함수
일정 BIN으로 구분한 열발생율에서 목표대상물 손상여부 확인
목표대상물 손상시간 확인
(손상시간까지 비진압확률 계산)
Combined severity factor & NS probability : [SFk * PNS_K]i
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Non-Suppression Probability
비진압확률 분석 : FAQ 08-0050 (EPRI1019259)
Tdetect : time to detect
Tdamage : time to target damaged
t= Tdamage - Tdetect
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Non-Suppression Probability
비진압확률 분석
Updated numerical results for suppression curves (FAQ 08-0050)
Updated mean suppression rates (FAQ 08-0050; EPRI1019259)
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전기회로 고장 및 오동작 확률 분석
27
케이블 화재 영향 분석을 위한 Fire PRA 주요 3단계
Fire PRA 케이블 선정 (NUREG/CR-6850의 3장)
상세 회로고장 분석 (9장)
회로고장 모드 가능성 분석 (10장)
범위
화재로 인한 케이블 손상시 회로 및 기기의 응답을 확인
가정된 전기회로 도체 및 케이블 손상모드에서의 기기 응답 결정
기기 동작에 영향이 없다고 신뢰할 수 있을 경우 선별 제거
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전기회로 고장 및 오동작 확률 분석
28
전기회로 고장 분석의 업무 흐름
필수정보 및
자료 평가
상세 회로 및
고장모드 분석
기기고장 반응 보고서 작성
불확실도 해석
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전기회로 고장 및 오동작 확률 분석
29
정량적 분석 : Option #1 (Estimate table)
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전기회로 고장 및 오동작 확률 분석
30
Option #1 (Estimate table)
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CCDP and CDF
CCDP 분석
Integrated Fire-PSA?
정량적 Fire Risk Analysis에 의한 baseline 제공 (SF, NSP)
Cable Failure Mode Analysis and HEAF
Fire Experimental Test Implementation and Result Analysis
New Fire-PSA Method (NUREG/CR-6850, ANS Fire PRS Standard)
CDF and LERF
CDF = (λIS * WL*WWF)*(SF*PNS)(1+PFM)(CCDP)
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결론
원전 방화지역 화재위험 분석 방법
정성적 및 정량적 : 선별 제거 분석에 이용
정량적 접근 : 경험식과 화재모델링 도구와의 조합에 의한 합리적 분석
화재리스크 정량화
화재방호기술기준 : NFPA-803 (NFPA-804), NFPA-805(NFPA-806)
케이블 고장 및 오동작에 대한 정량적 분석
화재 확률론적 안전성 평가 방법 : Generic vs. New Method
화재모델링 분석 결과를 이용한 CDF/LERF 계산
현안 해결 및 규제 해석 기술
화재방호계획서, 화재방호프로그램, FHA 및 PSA 주기, living fire-PSA
케이블 고장 및 오동작 확률 분석
디지털 MMI 주제어실 화재리스크 분석 (fire modeling, CDF)