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문제 정의
- 특히 국내 화학물질 운송위험성 평가 연구가 가연성(인화성) 물질 중심의 철도 운송사고와 테러에 대비하는 예방 활동 등의관점에서 진행되고있으나, 다양한화학물질(염소를포함) 유통에 대한운송위험성평가가체계적으로이뤄지지 못하고있는현실이다[4]. 따라서 국내 여건에 적합한 화학물질 운송위험 유해성 평가 모델을 제시하고자 한다. 이를 위해 운송위험지수는 Risk Evaluation의 기본공식인 ‘위험 = 결과(영향)×빈도’를 적용하였고, 국내 여건에 맞게 세분화한 화학물질의 물질적 영향을 결과지수로, 운송빈도를 바탕으로 빈도지수로 구성하였다.
- 실제운송자료를기반으로운송위험에대한 분류와위험의정도를 표현할 수 있는 평가 모델을 제시하는 연구가 필요하여 화학물질의 특성과 운송사고의 영향 및 이송거리를 조합하여 위험을 등급화 하는 화학물질 운송위험지수(Chemical Transportation Risk Index: CTI) 평가 모델을 제시하고, 국내 실제 유통 자료를 바탕으로 제시한 모델의 적절성을 검증하고자 한다. 참고로 미국 화학안전과 위험사고조사국(CSB)의 605,000건의 화학물질 사고 조사 결과 중 운송시설에의한사고가 259,000건(43%)으로 조사되었고[22], 일본의 경우에도 탱크로리 등 이송 및 기타 사고장소에서 18% 정도의 사고분포를 나타내고 있다.
- 염소와 같은 위험물질의 운송 유해성을 파악하기 위해 염소에 대한 기초 자료에서부터 생산량 자료를 조사하였다. 그 결과 2009년도 염소 생산량은 잠정적으로 135만 톤으로 조사되었다(참고로 2012년은 165만 톤으로 추정됨).
제안 방법
- 객관적인 항목의 적용을 위해 각각 4단계로 구분하여 이를 ‘AND’ 조건으로 묶는 방법을 적용하여 다양한 위험이 내재된 물질의 위험도를 평가할 수 있도록 하였다.
- 기본적으로 제안된 모델의 구조는 Risk Evaluation의 기본공식인 ‘위험 = 영향×빈도’를 적용하되, 화학물질유통에따른운송위험으로물질의영향과운송빈도의영향을지수화한 ‘Chemical Transportation Risk Index (CTI)=Consequence × Frequency’로나타낸다[23-25].
- ‘생태독성’은 어독성을 기준으로 96시간(환경독성으로 어독성, 무척추동물, 해조류 중 하나를 선택)을 선정하였다. 마지막으로 기타 위험도 부분은 국내 실정에 맞는 객관적인 평가를 위해 국가 법률인 환경법규/위험물법규/산업안전보건법 등과 국제협약 중국내에 적용되는 화학무기 사용제한(CWC) 및 잔류성 유기화학물규제 등 화학물질의 환경과 안전에 관한 협약에서 규제되는 화학물질을 대상으로 그 규제의 수준을 등급화하여 기준과 병행하는 방법을 선정하여 적용하였다.
- 보건에 대한 항목은 인체 및 생태계 유해성을 파악하기 적합한‘흡입독성, 급성독성, 수생독성’을 적용하였다.
- 선정된 항목의 객관성을 확보하기 위해 각각 5단계로 구분한 후 이를 ‘AND’ 조건으로 묶는 방법을 적용하여 다양한 위험이 내재된 물질의 위험도를 평가할 수 있도록 하였다.
- 우선적으로 7개의 실행 위험성(화재폭발지수 F&EI, 화학물질 누출지수 CEI, 흡입독성, 피부흡수 독성, 피부와 눈의 부식도, 수생독성, 기타 심각도)을 통해 Fig. 2와같이 위험 우선순위를 설정하여 위험분석을 한 후 그 영향을 모델링하고, 이와 관련된 해당 정부 및 세계적인 기준과의 비교를 통해 운송위험의 재검토 및 정량적인 위험성평가를 적용한다.
- 객관적인 항목의 적용을 위해 각각 4단계로 구분하여 이를 ‘AND’ 조건으로 묶는 방법을 적용하여 다양한 위험이 내재된 물질의 위험도를 평가할 수 있도록 하였다. 이 기준은 물질 고유의 위험과 유통과정에서 사고 발생을 가정하여, 1회 유통에 적재되는 화학물질의 양과 월 단위의 운송 횟수, 운전자의 운전시간을 감안할 수 있는 운행거리와 도로의 상태를 반영하였다. 참고로 국내 도로의 상황은 국토해양부 기준 전국 도로 통계를 활용하여 반영할 수 있도록 등급화하였는데, 2008년 기준 국내 도로의 총연장은 104,236 km로 고속도로(3,447 km, 포장율은 100%), 일반국도(13,905 km, 포장율은 97.
- 이를 위해 운송위험지수는 Risk Evaluation의 기본공식인 ‘위험 = 결과(영향)×빈도’를 적용하였고, 국내 여건에 맞게 세분화한 화학물질의 물질적 영향을 결과지수로, 운송빈도를 바탕으로 빈도지수로 구성하였다. 이렇게 제시된 모델의 검증을 위해 고위험군 물질로 알려진 염소(Chlorine)에 대한 운송 유해성 모사를 실시하여화학물질 운송위험지수를활용한화학물질유통유해성평가를 실시하고자 한다[3].
- 이를 위해 운송위험지수는 Risk Evaluation의 기본공식인 ‘위험 = 결과(영향)×빈도’를 적용하였고, 국내 여건에 맞게 세분화한 화학물질의 물질적 영향을 결과지수로, 운송빈도를 바탕으로 빈도지수로 구성하였다.
- 이와 같은 위험물질의 운송위험의 정도를 파악하기 위해 다우케미칼의 평가지수에서 착안한 정성적인 ‘화학물질 운송위험지수 CTI’ 모델을 제시하였고, 이의 모델링을 통하여 염소를 포함한 다양한 화학물질을 대상으로위험물질의유통유해성에대한운송위험도를 ‘결과및빈도의지수’로 모사 평가하였다.
- 전국에있는염소관련시설은고압가스안전관리법에적용받는것을감안하여한국가스안전공사에서발간되는고압가스통계자료를통한염소 관련 시설과 설비의 현황을 파악하였다. 2009년도 고압가스통계(KGS 2009-071) 자료[21]에서 발췌한 염소 관련 고압가스 시설은 Table 5와같다.
- 제안된 ‘화학물질 운송위험 지수(CTI)’ 모델의 적절성을 평가하기 위해 국내에서 클로르 알칼리 화학물질을 가장 많이 생산하는 H社의 액상 화학물질 운송출하 자료를 통하여 화학물질 운송위험도를 평가하였다.
- 제안하는 운송위험지수의 구성 항목은 미국화학공학회 화학공학 안전센터 운송위험분석의 최대예상사고분석 기법에 적용되는 화재,반응, 보건 항목을 적용하였다. 즉, 화재폭발 항목과 화학물질 누출항목은 미국화재방재협회 NFPA 지수 중 ‘Nf = 화재폭발 지수’와 항목은 ‘Nr = 반응성 지수’를 적용하였다[10,11].
- 특히 국내에서 가장 많은 화학제품을 생산하는 여수지역과 울산지역에서의 육상운송 출하자료를 통해 빈도운송지수와 물질고유의 정보를 바탕으로 ‘결과 운송지수’를 설정하여 평가모델 모사에 적용하였다.
대상 데이터
- ‘흡입독성’은 미국 국립직업안전건강 연구소(NIOSH)에서 관리하는 IDLH (Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations)와 ‘급성독성’은 유럽연합의 운송평가에 적용되는 미국 운수성 Subcommittee on Consequence Assessment and Protective Actions의 TEELs (Temporary Emergency Exposure Levels)를 선정하였다.
- Table 8의 하단부에 나타난 중국의 염소 사고는 단 3건에 불과하지만 수 만 명이 대피한 중대사고였다. 2003년 12월 충칭시(市)에서 염소저장 탱크 7개 중 3개가 폭발하여 234명이 사망하였고, 2004년 4월 쭝칭시(市) 티엔위엔에서는 염소가스 누출로 9명이 사망하고 15만명이대피하였다. 2005년 3월장쑤성화이안시(市) 고속도로에서는 액화염소 30톤을 운송하던 Tank Lorry가 화물차와 추돌하면서 염소가 누출되어 인근 주민 27명이 사망하고 수 만 명이 대피하는 사고였다.
- Table 10 ‘결과 운송지수(Consequence Index)’ 항목은 ‘화재폭발, 반응성, 흡입독성, 급성독성, 수생독성, 법규’ 6개 항목으로 관련 분야에서 가장 대표적인 기준과 지속적인 보정이 되는 데이터를 기준으로 선정하였다.
- 다양하게이용되는염소는 Table 3에나타낸바와같이취급되며, 세계염소협회(World Chlorine Council: WCC) 자료를사용했다[13]. 염소와 가성소다는 원료인 소금을 전기분해할 때 동시에 발생되는 생산물로, 염소가 많이 필요해서 생산량을 높이고자 하더라도 가성소다의 수요처가 확보되지 않으면 결과적으로 생산 공정을 멈추어야 하는 동질성의문제를안고있다.
- 보건에 대한 항목은 인체 및 생태계 유해성을 파악하기 적합한‘흡입독성, 급성독성, 수생독성’을 적용하였다. 보건에 대한 3가지 자료는 일반적인 자료의 접근이 용이하고 지속적인 보정이 이뤄지는 자료를 선정하였다. ‘흡입독성’은 미국 국립직업안전건강 연구소(NIOSH)에서 관리하는 IDLH (Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations)와 ‘급성독성’은 유럽연합의 운송평가에 적용되는 미국 운수성 Subcommittee on Consequence Assessment and Protective Actions의 TEELs (Temporary Emergency Exposure Levels)를 선정하였다.
- 제안된 ‘화학물질 운송위험 지수(CTI)’ 모델의 적절성을 평가하기 위해 국내에서 클로르 알칼리 화학물질을 가장 많이 생산하는 H社의 액상 화학물질 운송출하 자료를 통하여 화학물질 운송위험도를 평가하였다. 운송출하자료는 H社의 2개 사업장(울산광역시와 전라남도 여수 소재)에 대한 것으로 과거 자료 중 확보된 5개월간에 출하된 화학물질 13종에 대한 자료이다. 운송 사고 빈도가 가장 높고 통계 관리되고 있는 ‘가솔린과 LPG/LNG 차량’을 제외시켰을 때, 운송위험이 높은 물질이라고 판단되었다.
이론/모형
- 즉, 화재폭발 항목과 화학물질 누출항목은 미국화재방재협회 NFPA 지수 중 ‘Nf = 화재폭발 지수’와 항목은 ‘Nr = 반응성 지수’를 적용하였다[10,11].
성능/효과
- 264건의 사고 자료를 살펴보면 인명피해는 사망 6명, 중상 25명,경상 1,649명 총 사상자수가 1,680명으로 여타의 고압가스에 비해 높은수치를나타내고있고, 사고의형태를사고장소와사고발생위치,취급상태, 사고현상 및 사고원인 등 5가지로 구분하여 분석되었고,사고 장소로는 소비설비 및 제조설비가 약 40%이고, 탱크로리 등 이송 및 기타 사고장소에서 18% 정도를 차지하고 있다.
- 이는 국내의 염소에 대한 안전관리 및 기준이 일본보다 월등히 높아서 사고가 발생되지 않았다는 의견보다는, 국내의 염소 사고사례에 대한 분류 및 통계가 부족하고 사업장의 사고 집계에도 제한적인 문제가 있었다고 판단된다. Fig. 3과 같이 사고사례를 분석한 결과, 염소와 다른 물질간의 반응성으로 인한 가스 누출사고가 국내 44.4%,일본 45.2%, 기타 미국 57.1%이고, 염소 유통과 관련된 사고도 국내 18.5%, 일본 12.9%, 미국 28.6%, 기타 국외 사례는 23.5%로 분석되었다. 염소 제조공정의 유해성에서 확인된 바와 같이 수은이나 석면의 유해성으로 인한 문제 이외에도 염소와 염화질소의 폭발이 5건,염소와 수소 반응에 의한 전해조 폭발사고가 7건이 확인되었다.
- 대부분은 배관을 통해 자소하거나 인근 공장으로 이송되고 있으며, 철도나 바지선을 이용한 유통은 없었다. 대략 4% 수준인 5.4만 톤 정도의 액화염소는 허가된 염소 운송용 벌크차량 13대를 이용하여 유통되고 있으며, 제조공장에서 벌크 차량으로 출고된 염소는 고압가스 특정제조시설 13개와 일반 제조시설 8개소로출하되어, 4,305개의소형용기에충전되어일반고압가스운반차량을 이용하여 전국 255개소의 사용시설 및 소규모 정수장 68개 취급시설 등의 시설로 유통되는 것이 조사되었다.
- 국내에서는 염소(Chlorine) 누출 피해예측 및 확산영향 등의 독성영향에 관한 연구는 활발히 이뤄지고 있으나, 취급 및 유통에 대한 유해성 연구는 부족하다고 판단되었다. 따라서 본 연구는 국내외 염소 누출사고에 대한 자료수집과 분석을 통하여 사고의 주요 현상 및 문제점을 확인하고자 하였고, 주요 사고원인이 염소와 다른 물질과의 반응성(국내 사고의 44.4%, 일본 45.2%, 미국 57.1%) 및 유통 과정의 사고(국내 사고의 경우 18.5%, 미국의 경우 28.6%)임을 확인하였다[2]. 염소의 생산과 유통에 대한 기본적인 자료 수집을 통해 총 생산량과 차량을 이용한 염소의 유통량 및 전국적인 취급 지역에 대한 정보를 확보와 수집한 정보를 바탕으로 염소를 비롯한 주요 화학물질 운송에 대한 위해성 평가 연구를 시작하여, 국내 실정에 맞는 화학물질 유통에 대한 운송위험순위 평가 기준이 필요하다고 판단되었다[3].
- 또한 국내외 염소 누출 사고와 관련 사고사례를 분석한 결과, 염소와 다른 물질 간의 반응성으로 인한 염소가스 누출사고가 가장 많지만, 염소 유통과 관련된 사고도 높게 분석되었다. 이와 같은 위험물질의 운송위험의 정도를 파악하기 위해 다우케미칼의 평가지수에서 착안한 정성적인 ‘화학물질 운송위험지수 CTI’ 모델을 제시하였고, 이의 모델링을 통하여 염소를 포함한 다양한 화학물질을 대상으로위험물질의유통유해성에대한운송위험도를 ‘결과및빈도의지수’로 모사 평가하였다.
- 이와 같은 위험물질의 운송위험의 정도를 파악하기 위해 다우케미칼의 평가지수에서 착안한 정성적인 ‘화학물질 운송위험지수 CTI’ 모델을 제시하였고, 이의 모델링을 통하여 염소를 포함한 다양한 화학물질을 대상으로위험물질의유통유해성에대한운송위험도를 ‘결과및빈도의지수’로 모사 평가하였다. 모사를 통해 적용된 13종의 화학물질 중 액화염소와 가성소다, 염산, 황산이 고위험군으로 평가되었고, 이는 미국화학안전과 위험조사국(CSB)의 화학물질 유통사고분석 연구자료와의 동질성이 확인되어 화학물질 운송위험지수의 적합성을 확인할 수 있었다.
- 법적 규제로 볼 때 염소(Chlorine)의 경우 환경부 사고대비물질로 등록된 물질이지만, 안전행정부 산하 소방방재청의 화학물질별 사고 대응 물질과 대형사고 및 다량 유통되는 52종의 사고대응물질을 비롯하여 철도운송에 따른 위험물 수송안전기준에는 포함되지 않았다. 특히 정부의 여러 행정부처에서는 화학적 위험물질의 운송위험을 분류하는 평가 기준을 가지고 있지 않은 상태로 파악되며, 염소의 경우 독성을 이유로 고위험군으로 분류하거나 아예 제외되는 관리상 취약점도 확인된다.
- 5%로 분석되었다. 염소 제조공정의 유해성에서 확인된 바와 같이 수은이나 석면의 유해성으로 인한 문제 이외에도 염소와 염화질소의 폭발이 5건,염소와 수소 반응에 의한 전해조 폭발사고가 7건이 확인되었다. 이는 멤브레인 전해조 운전 시 수소에 의한 전해조 손상 사고가 가장 많이 발생되고 있다는 것도 주목할 만한 내용이다.
- 이번 모사를 통한 결과 클로르 알카리 공정의 주요 생산물인 ‘액화염소와 가성소다, 염산, 황산’이 고(高)위험지수로 평가되었고, 그래프를 통해 결과 위험의 상위 수준인 20 이상, 빈도 위험이 10 이상인 물질을 주목하면, ‘염소와 가성소다’가 화학물질 유통과정 중 위험도가 가장 높은 위험군으로 판정할 수 있었다.
- 또한 공개된 사고는 염소 취급공정에서가 아니라 유통과 같은 일반고압가스 용기 취급 사고로 판단된다. 자료의 대부분이 고압가스 일반 취급 과정의 사고로, 사고원인별로 분류하면 용기 노후 및 불량(반응) 등으로 인한 가스누출사고가 27건 중 12건(44.4%)을 차지하고다음으로 오조작, 점검불량 등 인적 오류에 의한 사고가 27건 중 9건(33.3%)을 차지해, 용기 저장실에 대한 안전관리와 인적 오류에 의한 사고를 예방하기 위해 교육 및 훈련이 필요한 것으로 나타났다. 즉 부식과 같은 염소 반응성으로 추정되는 사고가 44.
- 특정제조시설은전국에 13개사업장, 일반제조 8개사업장이며, 4군데의 충전시설이 허가를 받아 운영되고 있고, 염소 저장탱크는 113개로 ‘10톤 이하(59개), 10~20톤(6개), 20~30톤(19개),30~40톤(4개), 40~15톤(5개), 50~10톤(5개), 100~500톤(3개), 500톤초과(2개)’에서 2009년 현재 75개소로 감소된 것으로 나타나고 있으며, 염소 사용시설은 255개소로 집계되었다.
후속연구
- 이 그래프는 운송 위험지수가 ‘결과와 빈도의 합’으로 표시되는 동시에 각각의 지수가 지닌 개별적인 위험도를 나타낼 수 있다. 일정 수준에있는운송대상물의결과적위험과빈도적위험을동시에보여줌으로수치적인위험외에도시각적인위험을판단함으로유통위험성을평가 할 수 있는 적절한 모델의 근거가 될 수 있다고 판단된다.
- 향후 ‘화학물질 운송차량의 설비, 사람, 물질, 경로, 작업’에 대한유통 위험성 세부지수를확대실시할 경우화학물질 유통 유해성 평가를 좀더 구체적이며 정형화하여 평가할 수 있으며 국내실정에 적합한 화학물질 운송위험지수로 활용될 수 있으리라 판단된다.
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