석유화학공장의 염화수소 누출사고를 통한 대기벤트 시스템의 안전성 향상 방안 A Study on the Safety Improvement in a Venting System from the HCl Release Accident of a Petrochemical Company원문보기
이 논문은 2008년 5월 H석유화학에서 발생한 염화수소 누출사고에 대한 염화수소 누출량 및 피해범위를 정량적으로 산정하고 예방대책을 제시하는데 그 목적이 있다. 염화수소 Column의 안전밸브를 통해 누출된 양은 안전밸브 배출용량, 이상상태방정식 및 기계적 에너지 수지 식을 사용하여 계산한 결과, 최소한 76.8 kg의 염화수소가 누출된 것을 알 수 있었다. 또한, PHAST 등의 프로그램을 활용하여 안전밸브 설치 지점(높이 24 m)으로 부터 약 350 m 떨어진 곳에서의 염화수소 농도를 예측한 결과, 지표면 누출로 가정하여 계산하는 ALOHA 및 K-CARM 프로그램에서는 각각 304 ppm과 1,700 ppm로 예측되었고 누출 높이에서의 지표면 값을 계산하는 PHAST 프로그램에서는 1 ppm 이하로 예측되었다. 위 결과는, 사고당시 염화수소가 안전밸브를 통해 최소 76.8 kg이 누출되었고 누출지점으로부터 약 350 m 떨어진 곳에 있던 근로자들이 1 ppm 이하의 농도의 HCl 가스에 폭로되었음을 말해준다. 또한, 이러한 사고를 예방하기 위해서는 염화수소와 같은 독성물질은 스크러버 등을 거쳐 세정 후 안전하게 대기로 배출(방출) 시켜야 한다는 사실을 제시한다.
이 논문은 2008년 5월 H석유화학에서 발생한 염화수소 누출사고에 대한 염화수소 누출량 및 피해범위를 정량적으로 산정하고 예방대책을 제시하는데 그 목적이 있다. 염화수소 Column의 안전밸브를 통해 누출된 양은 안전밸브 배출용량, 이상상태방정식 및 기계적 에너지 수지 식을 사용하여 계산한 결과, 최소한 76.8 kg의 염화수소가 누출된 것을 알 수 있었다. 또한, PHAST 등의 프로그램을 활용하여 안전밸브 설치 지점(높이 24 m)으로 부터 약 350 m 떨어진 곳에서의 염화수소 농도를 예측한 결과, 지표면 누출로 가정하여 계산하는 ALOHA 및 K-CARM 프로그램에서는 각각 304 ppm과 1,700 ppm로 예측되었고 누출 높이에서의 지표면 값을 계산하는 PHAST 프로그램에서는 1 ppm 이하로 예측되었다. 위 결과는, 사고당시 염화수소가 안전밸브를 통해 최소 76.8 kg이 누출되었고 누출지점으로부터 약 350 m 떨어진 곳에 있던 근로자들이 1 ppm 이하의 농도의 HCl 가스에 폭로되었음을 말해준다. 또한, 이러한 사고를 예방하기 위해서는 염화수소와 같은 독성물질은 스크러버 등을 거쳐 세정 후 안전하게 대기로 배출(방출) 시켜야 한다는 사실을 제시한다.
The purpose of this study is to carry out the consequence analysis of an accident related to the release of Hydrogen chloride occurred in a petrochemical company in Korea and suggest the measures to prevent similar accidents from happening again. The total amount released through the safety valve of...
The purpose of this study is to carry out the consequence analysis of an accident related to the release of Hydrogen chloride occurred in a petrochemical company in Korea and suggest the measures to prevent similar accidents from happening again. The total amount released through the safety valve of HCl Column was calculated based on the rated capacity of the safety valve, the ideal gas equation and mechanical energy balance, respectively. As a result of the calculation, we found that the amount of HCl released through the safety valve was at least 76.8 kg. Also, we predicted the dispersion concentration at the position of the injured workers(more than 350 m away from the accident location) using simulation programs such as PHAST. The results of ALOHA and K-CARM are 304 ppm and 1,700 ppm respectively. However, PHAST calculation indicated that the concentration is less than l ppm. From these results, we can understand that workers were injured by HCl gas released from the safe valve and the concentration of gas might be less than 1 ppm. Also, it is important for toxic gases such as HCl to be vented safely to the atmosphere after scrubbing.
The purpose of this study is to carry out the consequence analysis of an accident related to the release of Hydrogen chloride occurred in a petrochemical company in Korea and suggest the measures to prevent similar accidents from happening again. The total amount released through the safety valve of HCl Column was calculated based on the rated capacity of the safety valve, the ideal gas equation and mechanical energy balance, respectively. As a result of the calculation, we found that the amount of HCl released through the safety valve was at least 76.8 kg. Also, we predicted the dispersion concentration at the position of the injured workers(more than 350 m away from the accident location) using simulation programs such as PHAST. The results of ALOHA and K-CARM are 304 ppm and 1,700 ppm respectively. However, PHAST calculation indicated that the concentration is less than l ppm. From these results, we can understand that workers were injured by HCl gas released from the safe valve and the concentration of gas might be less than 1 ppm. Also, it is important for toxic gases such as HCl to be vented safely to the atmosphere after scrubbing.
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문제 정의
따라서, 이 연구는 위 사고를 정량적으로 분석하여 실제로 누출된 염화수소의 양과 근로자에게 폭로되었던 농도를 예측하여, 이러한 사고가 재발하지 않도록 하는데 그 목적이 있다.
이 연구는 2008년에 발생한 염화수소 누출사고에 대하여 염화수소 누출량 및 확산범위를 예측하고, 이러한 벤트 시스템의 안전성 향상 방안을 제시하였다.
가설 설정
Table 4와 같은 사고당시 대기 조건 및 연속 누출(10분)을 가정하여 프로그램을 구동하였다. 단, 대기 안정도는 F(매우 안정)로 가정하였다.
제안 방법
확산범위를 추정하기 위해, ALOHA(미국환경보호청)(5.4.3), K-CARM(KOSHA)(2.4) 및 PHAST (DNV)(6.5.4) 프로그램을 사용하였고, 이를 근거로 누출지점에서 350 m 떨어진 곳에 있던 근로자에게 폭로된 염화수소의 농도를 추정하였다[7,8,9].
이론/모형
누출량은 안전밸브 배출용량 기준, 이상상태방정식 기준 및 압력용기로부터 가스 누출식(기계적 에너지 수지식)을 적용하여 계산하였다.
성능/효과
실제 분출 높이에서 확산 후, 지표면의 농도를 예측할 수 있는 PHAST 프로그램을 구동한 결과, 근로자가 위치한 높이에서의 염화수소의 농도는 1 ppm이하이고, 150 ppm이상의 고농도는 근로자 위치로부터 높이 50 m이상에서 형성되는 것을 알 수 있었다. 비록 낮은 농도라도 염화수소의 허용농도(TLV, 1 ppm)가 매우 낮기 때문에[10], 근로자들에게 구토 및 현기증과 같은 증상을 일으킬 수 있다고 판단된다.
안전밸브 작동으로 인해 15초 동안 누출된 HCl량은 최소한 76.8 kg 이상이었고, 거리 350 m에서의 농도는 ALOHA 프로그램의 경우는 304 ppm, K-CARM 프로그램은 1,700 ppm의 농도가 형성된 것으로 예측되었다. 이는 실제 분출높이(24 m)에서의 누출이 아닌, 지표면 누출을 가정한 값으로서 실제 높이에서 누출된 염화수소가 지표면에 도착할 때의 농도는 그보다 훨씬 낮을 것으로 추정할 수 있다.
위 3가지 식을 적용하여 누출량을 계산한 결과 누출량은 각각 99.4 kg, 129.5 kg 및 76.8 kg으로 산출되었다. 즉, 사고를 통해 최소 76.
위 결과 또한, 지표면에서 누출된 것을 가정하여 결과를 예측한 것으로서, 분출 지점으로부터 350 m 떨어진 곳의 염화수소의 농도는 약 1,700 ppm으로서 ALOHA 프로그램의 결과 값보다는 3배 이상 높게 예측되었다. 하지만 위 프로그램 역시 염화수소가 지표면에서 누출했을 때의 결과로서, 실제 24 m 높이에서 분출된 염화수소가 지표면에 도달할 때는 대부분 확산되고 그 농도값은 위의 값보다는 낮을 것으로 예측된다.
위 결과는 무수염화수소가 지표면에서 누출되었을 경우를 가정하여 나타낸 결과로서, 바람이 누출지점부터 근로자가 떨어진 지점으로 곧바로 불 경우 근로자는 약 304 ppm의 농도에 폭로될 수 있다는 것을 의미한다. 하지만 위 프로그램은 일정높이에서의 누출이 아닌 지표면에서의 누출을 가정하여 예측하기 때문에 일정 높이(24 m)에서 누출 후, 지표면에 도달 했을 때의 농도는 위의 값보다는 훨씬 더 낮을 것으로 예측된다.
이때, 안전밸브를 통해 염화수소가 분출된 시간을 알기 위해 사고당시 HCl Column의 운전압력기록을 확인하였고 그 결과, 분출압력으로부터 분출 정지압력까지의 시간은 약 15초 이었다.
8 kg으로 산출되었다. 즉, 사고를 통해 최소 76.8 kg이상의 염화수소가 누출된 것을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
염화수소에 의한 사고를 예방하기 위한 방법은?
이러한 사고를 예방하기 위해서는 염화수소와 같은 독성물질을 취급하는 공정의 안전밸브 후단은 반드시 스크러버로 연결하여 안전하게 처리하는 것이 중요하고 또한, 내부 압력 상승시에 스크러버로 긴급 방출할 수 있는 조절밸브의 계장용 공기가 차단되지 않도록 비상전원 등에 연결하는 것이 필요하다는 것을 알 수 있다.
화학공장 및 공정에서 발생되는 폐가스의 처리방식은?
화학공장 및 공정에서 발생되는 폐가스(off gas)는 일반적으로 연소/소각, 흡수/흡착 방법 등을 통해 안전하고 무해한 가스로 처리하여 대기로 배출 시킨다. 또한, 이러한 처리시설을 거치지 않고 안전밸브의 방출관 또는 벤트스택(vent stack)을 이용하여 폐가스를 대기로 직접 분출시키기도 한다.
가연성 물질의 경우, 폐가스를 대기로 직접 분출시킬 때 지표면 착지 농도를 고려하지 않는다면 생길 수 있는 문제는?
즉, 가연성 물질의 경우는 지표면에 착지할 때의 농도가 폭발하한을 넘지 않아야 하고, 독성물질은 그 허용농도 이하로 충분히 희석되어야만 한다. 그렇지 않을 경우에는 지표면에 축적된 가연성 가스에 의해 대형 화재·폭발이, 독성가스에 의해 화학물질 중독사고가 발생할 수 있기 때문이다[1,2,3].
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