Suggestions for Safety Improvement of CNG Bus Based on Accident and Failure Analysis

CNG버스 사고원인 분석에 근거한 안전성 향상 방안에 대한 연구

Three failure cases of CNG composite vessels were reported since after January 2005. The 1st and 2nd accidents were indebted to vessel defect and installation mistake. The 3rd was caused by gas leak at pipe connections. In this paper various aspects were studied based on information of the three failure analysis, which must be improved for better safety of the CNG bus system. Overpressure region caused by vessel explosion was theoretically predicted and also assessed by PHAST program. Explosion of 120 l vessel under 20 MPa is equivalent to 1.2 kg TNT explosion. The predicted value by PHAST was more serious than theoretical one. However, actual consequence of explosion was much less than both of the predicted consequences. Since the CNG vessel was designed by the performance based design methodology, it is difficult to verify whether the required process and tests were properly conducted or not after production. If material toughness is not enough, the vessel should be weak in brittle fracture at early in the morning of winter season since the metal temperature can be lower than the transition temperature. If autofrettage pressure is not correct, fatigue failure due to tensile stress during repeated charging is possible. One positive aspect is that fire did not ocurred after vessel failure. This may be indebted to fast diffusion of natural gas which hindered starting fire.

2005년부터 최근까지 국내의 CNG버스 사고가 3건 보고되었다. 1차와 2차 사고의 원인은 용기 결함 및 관리 결함으로 밝혀졌고 3차 사고는 가스 누출에 의한 화재로 판명되었다. 3건의 사고의 근본원인을 분석하여 CNG 버스의 안전성을 확보하는 방안을 제안하였다. 또한 용기폭발의 파괴력을 이론적으로 계산하고, 피해결과 예측 프로그램(PHAST)의 결과와 비교 고찰하였다. 이론적으로는 120 l, 20MPa의 메탄용기가 폭발할 경우 최대 1.2 kg의 TNT 폭발에 해당하였으며 과압의 크기를 비교해 보면 피해결과예측 프로그램이 이론적인 계산보다 더 큰 값을 산정하는 것으로 나타났다. 그러나 실제 용기폭발의 피해는 이론적인 계산보다도 작았다. 성능기반설계 개념에 의해 설계된 CNG용기는 출고 후 성능시험이 기준대로 이루어졌는지 확인할 수 없는 단점이 있다. 용기의 인성 확보가 제대로 이루어지지 않으면 겨울철 새벽 운행시에 취성파괴에 취약할 수 있으며, 자긴 처리 압력이 적절하지 않으면 사용중 반복 충전에 의한 피로손상에 의해 균열이 발생할 가능성이 있다. 기존 사고의 CNG 저장용기의 파열에서 주는 중요한 교훈은 용기 폭발 직후에 화재로 전이되지 않았다는 점이다. 이는 천연가스의 확산이 매우 빨라 점화가 용이치 않기 때문으로 판단된다.