[논문]축열식 소각로의 화재.폭발 사고원인 규명 연구

이근원; 마병철; 황순용

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 RTO 설비의 과학적인 근거에 의한 화재 폭발 사고원인을 규명하고 안전성을 확보하기 위하여 (주)00 Tech의 수지 후처리 공정을 선정하였다. 연구대상 공정에 대해 산업안전공단의 협조로 RTO 설비의 응축물질을 직접 채취하였으며 공단의 사고조사보고서에서 추정 한 화재폭발 원인조사를 토대로 실험분석 항목을 선정하였다.
이들 분석결과를 바탕으로 화재 . 폭발사고 사고원인 규명을 통해 RTO 설비의 안전성 확보로 동종재해를 예방하고;자 하였다.

가설 설정

시험물질의 폭발 하한계를 측정하고자 Table 4과 같이 밀도가 1.12g/cm3(230C)인 시험물질의 분자량을 50g/mol~200 g/mol(GC에서 검출된 성분의 분자량은 이 범위에 존재함) 으로 가정하였다. 이때의 결과 값은 190P(시험물질의 인화점)에서 발생한 가스의 성분에서만 유효하다.

제안 방법

열안정성 시험기를 이용하여 얻을 수 있는 측정 데이터는 오븐(Oven)의 온도에 따른 시료의 온도변화, 압력변화, 안정도(stability), 시간당 온도상승률이며, 측정된 데이터를 이용하여 온도 및 압력상승속도 등을 계산할 수있다. 시험은 물질(Sample)을 시험셀(Test cell)에 넣고 시험셀(Test cell)을 다시 가열오븐(Heating oven)에 넣고, 온도를 2NC부터 420。(2까지 kC/min의 승온속도가 열하면서 물질(Sample)의 온도 및 압력변화를 분석하였다.
인화점에서 어떠한 가연성 가스가 발생하여 인화되는지를 알아보기 위 하여 TDS(Thermal Desorption System)와 GC/MSD(GERSTEL, Germany)를 이용하여 분석하였다. 시험시료를 TDS(Thermal Desorption System)에 넣고 190。(2에서 발생하는 가스를 GC/MSD를 통해 분석하였다. 분석조건은 Table 1과 같다.
5吃±0.5。(3의 속도로 서서히 가열하면서 2。(3마다 시험불꽃을 시료컵 위로 통과시키면서 시료 증기에 인화하는 최저 온도를 측정하였다. 인화점에서 어떠한 가연성 가스가 발생하여 인화되는지를 알아보기 위 하여 TDS(Thermal Desorption System)와 GC/MSD(GERSTEL, Germany)를 이용하여 분석하였다.
공장내 생산설비 설치 시 공정중에서 발생된 흄 등이 근로자에게 폭로되는 것을 예방하기 위하여 압출공정에 국소배기장치 및 RTO 설비를 설치하여 사용하고 있었다. 2006년 5월 23일 11:00시경 작업자가 RTO 설비 내부 하단의 화재로 배관라인 및 설비에 온도가 상승한 것을 발견하고, RTO설비에 설치된 버너(Burner)를 끄고, 공급되는 가스의양을 줄이기 위하여 송풍기 속도를 6단에서 3단으로 낮추어 운전하였다. 그러나, 13:40분경 RTO 설비가 화재와 함께 폭발사고가 발생되었다.
본 연구는 RTO설비에서 발생한 폭발사고에 대한 사고원인을 규명하기 위하여 인화점시험기, 폭발한 계측정장치, 자동발화 시험기, 가스크로마토그래피 및 열안정성 시험기 등을 이용한 실험 분석결과를 근거로 사고원인 추정 결론은 다음과 같다.
연구대상 공정에 대해 산업안전공단의 협조로 RTO 설비의 응축물질을 직접 채취하였으며 공단의 사고조사보고서에서 추정 한 화재폭발 원인조사를 토대로 실험분석 항목을 선정하였다. 실험은 인화점시험기, 폭발한 계측정장치, 자동발화 시험기, 가스크로마토그래피 및 열안정성 시험기 등의 실험 장비를 이용하여 물리화학적특성 및 열안정성 분석 하였다. 이들 분석결과를 바탕으로 화재 .
연구대상 공정에 대해 산업안전공단의 협조로 RTO 설비의 응축물질을 직접 채취하였으며 공단의 사고조사보고서에서 추정 한 화재폭발 원인조사를 토대로 실험분석 항목을 선정하였다. 실험은 인화점시험기, 폭발한 계측정장치, 자동발화 시험기, 가스크로마토그래피 및 열안정성 시험기 등의 실험 장비를 이용하여 물리화학적특성 및 열안정성 분석 하였다.
알 수 있었다. 이때 발생하는 가연성가스의 성분을 알아보기 위하여 GC/MSD(GERSTEL, Germany)를 사용하여 분석하였다. 분석결과 19VC〜2001에서 수 십개의 가스 피크가 발생하였는데 각각의 피크 중 비교적 신뢰도가 높은(Library와 약 90% 이상의 일치를 보이는 피크) 피크를 정성분석 한 결과 Table 3과 같이 나타났다.
5。(3의 속도로 서서히 가열하면서 2。(3마다 시험불꽃을 시료컵 위로 통과시키면서 시료 증기에 인화하는 최저 온도를 측정하였다. 인화점에서 어떠한 가연성 가스가 발생하여 인화되는지를 알아보기 위 하여 TDS(Thermal Desorption System)와 GC/MSD(GERSTEL, Germany)를 이용하여 분석하였다. 시험시료를 TDS(Thermal Desorption System)에 넣고 190。(2에서 발생하는 가스를 GC/MSD를 통해 분석하였다.
자연 발화점 실험에 사용된 자연 발화점 시험기 (Petrotest ZPA- 3, Germany)는 발화점을 자동 검출하는 장비로서 시험은 가열로(Furnace)안의 200 nd 삼각플라스크(Conical flask)를 넣고 서서히 가열하면서 일정 온도마다 12방울(Drops)씩 떨어뜨려 불꽃이 발생하는 온도를 측정하였다.
폭발한계 측정 실험은 폭발한계시험장치(Chilworth Technology, UK)를 사용하여 수행하였고 시험방법은 특정온도에서 진공이 걸린 57의 유리 플라스크에 시료를 주입하여 기화시킨 후 다시 공기를 1기압까지 서서히 주입하여 가스와 공기의 혼합가스를 형성한 후 전극간에 고압전류(15 kV, 30 mA)를 홀러 보내 방전시키면서 폭발이 되는지를 육안으로 판단하는 것이다. 이때 폭발의 유무는 화염의 성장(Propagation)으로 판정하는데 화염의 성장(Propagation)이 플라스크내에서 위쪽이나 바깥쪽으로 진행되어 플라스크벽(또는 13 mm 이내)까지 도달할 경우 폭발이 발생하였다고 간주하였다.
화염과 같은 외부점화원이 없는 상태에서 복사 등의 전열에 의한 축열로 인한 시험물질의 자연발화 여부를 평가하기 위하여 발화점 시험기 (Petrotest, Germany)를 사용하여 자연발화점을 측정하였다. 그 결과 시험물질의 발화점은 Table 5와 같이 각각 388。。와 386。。로 측정되었다.

대상 데이터

본 연구에서 선정된 사고공정은 Y시 소재하는 (주) OOTech의 RTO(Fig. 1 참조) 배관설비에서 화재폭발사고가 발생한 설비이다. 이 설비는 00(주)에서 생산된 ABS, PS 수지를 후가공 처리하는 공정으로서 2005년 9월부터 공장을 가동하고 있다.
시료는 사고당시 사고원인 추정물질로서 RTO 설비 하단의 응축물질로 국소배기용 덕트(배관)에 설치된 응축물 수집기 등(Trap: 내용적 약 100 Z)에서 직접 채취하였다. 채취된 시료는 현장에서 저온 상태로 시료 채취용 유리병에 밀봉하여 실험실로 옮겼다.
열안정성 시험기의 온도프로그램은 가온 및 등온조건으로 프로그램하게 된다. 열안정성 시험기를 이용하여 얻을 수 있는 측정 데이터는 오븐(Oven)의 온도에 따른 시료의 온도변화, 압력변화, 안정도(stability), 시간당 온도상승률이며, 측정된 데이터를 이용하여 온도 및 압력상승속도 등을 계산할 수있다. 시험은 물질(Sample)을 시험셀(Test cell)에 넣고 시험셀(Test cell)을 다시 가열오븐(Heating oven)에 넣고, 온도를 2NC부터 420。(2까지 kC/min의 승온속도가 열하면서 물질(Sample)의 온도 및 압력변화를 분석하였다.
채취된 시료는 현장에서 저온 상태로 시료 채취용 유리병에 밀봉하여 실험실로 옮겼다. 이중 RTO 설비 전단에 설치된 수집기에서 채취한 물질을 대상으로 실험를 수행하였다. 시료는 상온 이하에서 응고되고 상온 이상으로 온도를 가할 경우 약 35。(3부터 액상으로 변하였다.
인화점 실험은 인화점이 80»C일 경우 주로 사용하는 클리브랜드식 개방식 인화점 시험기(Tanaka, JP)를 사용하여 측정하였다. 측정방법은 약 80 m/의 시료를 少 료컵에 넣고, 매분 5.

성능/효과

1) 시험물질은 인화점 190°C 이상에서 점화원(불꽃) 에 의해 점화될 수 있는 물질이었다. 인화점 부근 (190。(>200。(2)에서 인화된 가스는 성분 분석 결과 아크릴로 니트릴 및 벤젠 등과 같은 가연성 가스였다.
4) 열안정성 시험결과 30(TC으로 시험물질을 가열할 경우 분해열로 인하여 자체적으로 발열하는 현상은 보이지 않았다. 시험물질의 온도가 250°C 이상부터 급격한 압력상승을 볼 수 있었는데 300。(2까지 샘플을 가열하였을 때 6.
5。(2)에서 인화되었다. 시험결과는 시험물질이 비록 65°C 이하의 인화점을 갖는 산업안전보건법에 의한 인화성 물질은 아니지만 높은 온도(약 190°C 이상)에서 인화되는 물질이고 사고보고서의 추정대로 RTO 설비에서 화재가 발생한 후, 열원(화재)에 의해 약 190°C 이상으로 가열되면서 가연성가스를 발생시켜 폭발범위를 형성할 수 있을 것으로 사료된다.
이상과 같은 분석 결과로부터 RTO 설비의 하단 응축물의 온도가 190°C 이상이 될 때까지 가열되면서 발생된 가연성 가스가 폭발하한계 이상으로 혼합가스를 형성하여 불꽃 등에 의해 점화되어 폭발이 발생한 것으로 추정할 수 있다.
인화점 시험결과로부터 시험물질이 약 190°C 부근에서 기화(Vaporization)되었고 그 기화된 가연성가스가공기와의 연소범위를 형성하여 점화가 일어난다는 것을 알 수 있었다. 이때 발생하는 가연성가스의 성분을 알아보기 위하여 GC/MSD(GERSTEL, Germany)를 사용하여 분석하였다.

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