화재모델링에 의한

원전 방화지역 화재위험분석 방법

2011. 06. 23.

KHNP

지 문 학

2011년도 KINS 화재방호 Workshop

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

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

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

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

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

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

Fire Modeling

Target in Flame

flame height : Heskestad or Thomas equation

Heskestad equation

Thomas equation

Fire Modeling

Target in Plume

plume height? temperature

plume radius? temperature

Heskestad equation (NUREG-1805)

Fire Modeling

Target in Plume

Heskestad equation (FIVE rev.1)

Fire Modeling

Target in Plume

Alpert equation (FIVE rev.1)

McCaffrey correlation

Fire Modeling

Target in Plume

Convective heat flux (EPRI TR-100443 or FIVE rev.1)

Plume diameter (Heskestad correlation)

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)

Fire Modeling

Target in Radiated Boundary

irradiation of cylindrical flame to target

thermal radiation from hydrocarbon fire ball

Fire Modeling

Target in Ceiling Jet Zone

Alpert correlation

Delichatsios correlation

ceiling jet convective heat flux

Fire Modeling

Target in Hot Gas Zone

room temperature by MQH or HRR for target damage

Fire Modeling

Target temperature, time to target damage

target temperature

time to target damage

Fire Modeling

FDS fire modeling

Fire Modeling

FDS fire modeling

Fire Modeling

FDS fire modeling

Fire Modeling

FDS fire modeling

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

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

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

Non-Suppression Probability

비진압확률 분석 : FAQ 08-0050 (EPRI1019259)

Tdetect : time to detect

Tdamage : time to target damaged

t= Tdamage - Tdetect

Non-Suppression Probability

비진압확률 분석

Updated numerical results for suppression curves (FAQ 08-0050)

Updated mean suppression rates (FAQ 08-0050; EPRI1019259)

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

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

전기회로 고장 및 오동작 확률 분석

29

정량적 분석 : Option #1 (Estimate table)

전기회로 고장 및 오동작 확률 분석

30

Option #1 (Estimate table)

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)

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)