2012년 구미 불화수소 누출사고 이후 화학 물질 사고에 대한 사회적 불안감이 증폭되었고, 이러한 불안감 해소를 위해 2015년부터 장외영향평가제도가 도입되었다. 장외영향평가제도는 대부분의 화학물질을 대상으로 하며, 반도체, 디스플레이, 태양광 산업 등 첨단산업 분야에서 주로 사용되는 대부분의 고압 독성가스가 이에 포함된다. 우리나라 기업들이 첨단산업 분야에서 높은 경쟁력을 보유한 만큼, 국내에서 고압 독성가스 사용량은 지속적으로 증가하고 있으며 이에 따라 사고발생 가능성도 높아질 것으로 예상된다. 이러한 상황에 따라 본 연구에서는 국내에서 사용되는 고압 독성가스 중 제조량 및 사용량이 높은 물질을 대상으로 미국 환경보호청과 미국 해양대기국이 공동 개발한 ALOHA 프로그램을 활용하여 사고영향범위를 평가하였으며, 알진의 사고영향범위가 4,700 m로 가장 넓은 것으로 나타났다. 사고영향범위 결과는 고압 독성가스 누출 시 효과적인 안전거리 결정에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
2012년 구미 불화수소 누출사고 이후 화학 물질 사고에 대한 사회적 불안감이 증폭되었고, 이러한 불안감 해소를 위해 2015년부터 장외영향평가제도가 도입되었다. 장외영향평가제도는 대부분의 화학물질을 대상으로 하며, 반도체, 디스플레이, 태양광 산업 등 첨단산업 분야에서 주로 사용되는 대부분의 고압 독성가스가 이에 포함된다. 우리나라 기업들이 첨단산업 분야에서 높은 경쟁력을 보유한 만큼, 국내에서 고압 독성가스 사용량은 지속적으로 증가하고 있으며 이에 따라 사고발생 가능성도 높아질 것으로 예상된다. 이러한 상황에 따라 본 연구에서는 국내에서 사용되는 고압 독성가스 중 제조량 및 사용량이 높은 물질을 대상으로 미국 환경보호청과 미국 해양대기국이 공동 개발한 ALOHA 프로그램을 활용하여 사고영향범위를 평가하였으며, 알진의 사고영향범위가 4,700 m로 가장 넓은 것으로 나타났다. 사고영향범위 결과는 고압 독성가스 누출 시 효과적인 안전거리 결정에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
Gu-mi hydrogen fluoride leak accident in 2012 was amplified social anxiety for chemical accidents. To relieve these anxieties Off-site Risk Assessment was introduced in 2015. Off-site Risk Assessment is targeted at most chemicals, and most of the high-pressure-toxic gases which are mainly used in hi...
Gu-mi hydrogen fluoride leak accident in 2012 was amplified social anxiety for chemical accidents. To relieve these anxieties Off-site Risk Assessment was introduced in 2015. Off-site Risk Assessment is targeted at most chemicals, and most of the high-pressure-toxic gases which are mainly used in high-tech industries such as semi conductor, display, Photovoltaic panels industry are included in the substance of the Off-site Risk Assessment. Since Korean companies occupy a high market share in high-tech industries, high pressure-toxic domestic gas consumption is constantly increasing. Accordingly, it is expected to increase the possibility of accidents. In accordance with the circumstances, this study was to conducted Consequence Analysis(CA) about high pressure-toxic gases those are high demand in domestic. CA was used for ALOHA developed by US EPA & US NOAA and the CA result of Arsine was the largest at 4,700 m. CA results are expected to be utilized for determining the effective Safety distances when high pressure-toxic gas leak.
Gu-mi hydrogen fluoride leak accident in 2012 was amplified social anxiety for chemical accidents. To relieve these anxieties Off-site Risk Assessment was introduced in 2015. Off-site Risk Assessment is targeted at most chemicals, and most of the high-pressure-toxic gases which are mainly used in high-tech industries such as semi conductor, display, Photovoltaic panels industry are included in the substance of the Off-site Risk Assessment. Since Korean companies occupy a high market share in high-tech industries, high pressure-toxic domestic gas consumption is constantly increasing. Accordingly, it is expected to increase the possibility of accidents. In accordance with the circumstances, this study was to conducted Consequence Analysis(CA) about high pressure-toxic gases those are high demand in domestic. CA was used for ALOHA developed by US EPA & US NOAA and the CA result of Arsine was the largest at 4,700 m. CA results are expected to be utilized for determining the effective Safety distances when high pressure-toxic gas leak.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 고압독성가스 중 대표물질을 선정하여 물질별 사고시나리오에 따른 영향범위를 산정하였다. 영향범위 산정결과를 바탕으로 신뢰성 있는 안전거리 제시를 본 연구의 목적으로 하였다.
따라서, 본 연구에서는 고압독성가스 중 대표물질을 선정하여 물질별 사고시나리오에 따른 영향범위를 산정하였다. 영향범위 산정결과를 바탕으로 신뢰성 있는 안전거리 제시를 본 연구의 목적으로 하였다.
이러한 상황에 따라 본 연구에서는 국내에서 사용되는 고압 독성가스 중 제조량 및 사용량이 높은 물질을 대상으로 사고영향범위를 평가하여 데이터화하였다. 사고영향범위 평가 결과 데이터를 통해 고압 독성가스 누출 시 효과적인 방재활동 거리 및 안전거리 결정에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
제안 방법
이러한 위험성 때문에 고압독성가스 누출 사고에 대비한 안전거리 또는 방호활동 거리에 관한 연구가 진행되고 있으나 일부에 한정되어 있다. 따라서, 본 연구에서는 위험성이 높은 40종의 고압 독성가스 가운데 사용량이 많으나 사고영향범위 평가가 수행되지 않은 물질을 대상 물질로 선정하여 사고영향범위 평가를 수행하였다. 포스핀, 모노실란, 삼염화붕소, 디보레인, 알진 등 5가지 물질을 연구의 대상으로 선정하였으며, 물질 선정은 2015년 한국가스안전공사에서 발표한 통계자료[5]를 근거로 하였다.
본 연구는 10 L 및 47 L 용기를 기준으로 사고영향범위를 평가하였기에 ERGbook에 제시된 방호활동거리 중 소규모 누출과 비교할 수 있으며, 기상조건을 기준으로 할 때는 최악의 시나리오 및 대안의 시나리오는 각각 ERGbook의 대기안정도에 따라 밤과 낮의 방호활동거리와 비교할 수 있다. ERGbook과의 비교 결과를 Table 8에 나타내었다.
장외영향평가제도에서는 사업장에서 규정수량 이상으로 사용하는 모든 화학물질에 대하여 사고시나리오에 따른 사고영향범위를 산정하도록 정하고 있다. 본 연구에서는 고압가스안전관리법에 따라 대상물질을 선정하고, 물질별로 사고시나리오에 따른 사고영향범위를 산정하였다. 사고영향범위 산정에는 미국 환경보호청(Environmental Protection Agency, EPA)과 미국 해양대기국(NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration)이 공동 개발한 ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres)[4] 프로그램을 활용하였다.
앞 절에서 선정한 50개의 사고 시나리오 각각에 대한 사고 영향범위 평가를 수행하였다. 사고영향범위 산정에는 5개 대상 물질 모두의 사고영향범위 산정이 가능한 ALOHA 프로그램을 활용하였다.
사고영향범위 평가는 최악의 시나리오와 대안의 시나리오로 구분하여 수행하였다.
선정된 5가지 물질에 대하여 각각 두 가지 기상조건과 두 가지 타입의 용기 및 4가지 누출공 크기를 적용하여 물질별로 10개의 사고시나리오, 총 50개의 사고 시나리오를 선정하였다.
특히 고압 독성가스의 경우 우리나라는 대부분의 사업장에서 47 L이하로 취급하고 있다. 이에 200 L 미만의 소규모 누출에 대한 사고영향범위 평가를 수행하였다.
사고시나리오는 화학물질관리법에서 정하는 ‘사고시나리오 선정에 관한 기술지침’[6]에 따라 Table 3에 나타낸 바와 같이 선정하였다. 최악의 시나리오와 대안의 시나리오로 구분하여 풍속, 대기안정도 및 대기 온도 등의 기상조건을 설정하였다.
대상 데이터
고압 독성가스 용기 용량은 Table 4에 나타낸 한국산업규격 KS B 6210[7]에서 정하는 고압용기의 규격 중 고압독성가스의 주요 공급 사양인 10 L, 47 L 용기를 선정하였다.
대상 고압 독성가스 가운데 실란을 제외한 포스핀, 삼염화붕소, 디보레인 및 알진 등 4가지 물질의 방호활동거리가 ERGbook에 제시되어있다.
따라서, 본 연구에서는 위험성이 높은 40종의 고압 독성가스 가운데 사용량이 많으나 사고영향범위 평가가 수행되지 않은 물질을 대상 물질로 선정하여 사고영향범위 평가를 수행하였다. 포스핀, 모노실란, 삼염화붕소, 디보레인, 알진 등 5가지 물질을 연구의 대상으로 선정하였으며, 물질 선정은 2015년 한국가스안전공사에서 발표한 통계자료[5]를 근거로 하였다.
이론/모형
ALOHA 프로그램은 가우시안(Gaussian) 대기 확산 모델 및 Dense gas(고밀도 가스) 누출 모델을 사용한다. 3차원 농도분포 계산 및 대기 중 화학반응 모사가 불가능하며, DNV社의 PHAST, Dupont 社 의 TRACE 등 고비용의 상용프로그램에 비교하여 정확도가 떨어지는 단점이 있지만, 모델링 결과를 쉽게 지도상에 표현 가능하며, 실시간 모델링, 지속적인 자동 업데이트, 무료 사용 등의 장점이 있어 정량적 위험성 평가 프로그램 중 가장 많이 사용되고 있다.
본 연구에서는 고압가스안전관리법에 따라 대상물질을 선정하고, 물질별로 사고시나리오에 따른 사고영향범위를 산정하였다. 사고영향범위 산정에는 미국 환경보호청(Environmental Protection Agency, EPA)과 미국 해양대기국(NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration)이 공동 개발한 ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres)[4] 프로그램을 활용하였다.
성능/효과
(1) 고압 독성가스 누출 시 사고영향범위 물질의 저장량에 가장 큰 영향을 받으며, 저장량의 증가에 따라 사고영향범위도 증가한다.
(2) 누출공 크기에 따른 고압 독성가스 누출 시 사고영향범위 변화에 영향은 거의 없으며, 이는 본 연구에서 물질의 저장량이 매우 작아 단 시간에 전량 누출될 수 있는 점, 포스핀, 디보레인, 알진의 경우 증기압이 매우 높은 점 등이 원인인 것으로 사료된다.
200 L이상 대규모 누출이 발생할 경우 ERGbook에 제시된 방호활동거리는 저장량이 큰 만큼 방호활동거리도 매우 크게 나타났다.
증기압이 높은 물질은 누출되면 단시간에 기체로 확산되어 단시간에 ERPG-2 농도에 도달하는 거리까지 확산될 수 있다. 5개의 대상 물질은 ALOHA 프로그램 구현 결과 모두 누출 시작 1분 만에 전량이 누출되었다. 따라서 누출공의 크기는 사고영향범위 결과에 큰 영향을 주지 못한 것으로 판단된다.
실란의 경우는 1/4” 누출공을 제외한 모든 누출공에서의 누출 발생 시 10 L 용기는 190 m, 47 L 용기는 272 m로 나타났다. 누출공 크기의 변화에 대해서는 사고영향범위의 변화가 거의 없는 것으로 나타났는데, 이는 본 연구에서 물질의 저장량이 10L, 47L로 매우 작아 단 시간에 전량 누출될 수 있는 점, 포스핀, 디보레인, 알진의 경우 증기압이 매우 높은 점 등이 원인인 것으로 사료된다. 증기압이 높은 물질은 누출되면 단시간에 기체로 확산되어 단시간에 ERPG-2 농도에 도달하는 거리까지 확산될 수 있다.
대안의 누출 시나리오 발생 시의 사고영향범위 역시 최악의 누출 시나리오 발생 시의 사고영향범위 결과와 마찬가지로 물질의 저장량에 따라 증가하는 양상을 보였다. 포스핀의 경우 누출 발생 시 10L 용기는 1,400 m, 47 L 용기는 2,100m로 나타났으며, 누출공 크기에 따른 변화는 없었다.
사고영향범위 평가 결과 5개 물질 중 알진의 사고영향범위가 4,700 m로 가장 넓은 것으로 나타났다. 이어서 디보레인, 포스핀, 모노실란, 삼염화붕소의 순으로 나타났다.
포스핀의 최악의 누출 시나리오 발생 시의 사고영향범위는 10 L 용기의 경우 1,500 m, 47 L 용기의 경우에는 2,100 m로 나타나 물질의 저장량에 따라 사고영향범위도 커지는 양상을 보였다. 실란은 최악의 누출 시나리오 발생 시 사고영향범위는 10 L 및 47 L 용기 각각에 대하여 각각 271 m, 336 m로 포스핀과 마찬가지로 사고영향범위가 저장량의 영향을 받은 것으로 나타났다.
포스핀의 경우 47 L 용기에서 누출 발생 시 3D 조건 및 1,5F 조건 모두 2,100 m 로 나타났으며, 삼염화붕소의 경우 각각 105 m 및 145 m로 나타났다. 전체적으로 본 연구의 결과 값이 ERGbook의 소규모 누출 시 방호활동거리보다 큰 것으로 나타났다. 이는 ERG book의 대기조건이 풍속 10 km/h ~ 20 km/h(2.
최악의 시나리오 발생 시 사고영향범위 평가 결과를 Table 5 및 Fig 1 ~ Fig 3에 나타내었다. 포스핀의 최악의 누출 시나리오 발생 시의 사고영향범위는 10 L 용기의 경우 1,500 m, 47 L 용기의 경우에는 2,100 m로 나타나 물질의 저장량에 따라 사고영향범위도 커지는 양상을 보였다. 실란은 최악의 누출 시나리오 발생 시 사고영향범위는 10 L 및 47 L 용기 각각에 대하여 각각 271 m, 336 m로 포스핀과 마찬가지로 사고영향범위가 저장량의 영향을 받은 것으로 나타났다.
후속연구
따라서, 본 연구 결과는 고압 독성가스를 소량으로 취급하는 사업장에서 사고가 발생할 경우나, ERGbook과는 다른 기상조건을 적용해야 할 때 합리적인 방재활동 영역을 결정하는데 활용될 수 있을 것이다.
이러한 상황에 따라 본 연구에서는 국내에서 사용되는 고압 독성가스 중 제조량 및 사용량이 높은 물질을 대상으로 사고영향범위를 평가하여 데이터화하였다. 사고영향범위 평가 결과 데이터를 통해 고압 독성가스 누출 시 효과적인 방재활동 거리 및 안전거리 결정에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
또한, 고압가스의 특성상 증기압이 매우 높아 저장압력도 매우 높은데, 높은 저장압력을 ALOHA 프로그램 구현 단계에서 반영하지 못했다. 향후 이 부분을 보완한다면 본 연구의 신뢰성을 더욱 높일 수 있을 것이라고 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내 사업장에서 취급하는 고압 독성가스 용기의 크기는 대부분 얼마인가?
국내 사업장에서 취급하는 고압 독성가스 용기의 크기는 3.4 L, 10 L, 40 L, 44 L, 47 L 등으로 한정적이기 때문에 국내 사업장에 바로 적용 가능한 데이터의 개발이 필요하다. 또한 기상조건에 따라 안전거리가 달라질 수 있으므로 데이터의 신뢰성을 위하여 보다 세분화된 대기 안정도를 반영할 필요가 있다.
장외영향평가제도는 어떤 내용을 담고 있는가?
장외영향평가제도에서는 사업장에서 규정수량 이상으로 사용하는 모든 화학물질에 대하여 사고시나리오에 따른 사고영향범위를 산정하도록 정하고 있다. 본 연구에서는 고압가스안전관리법에 따라 대상물질을 선정하고, 물질별로 사고시나리오에 따른 사고영향범위를 산정하였다.
2015년 시행된 장외영향평가제도에 따르면 고압가스 제조, 저장, 판매 사업자는 어떤 의무를 갖는가?
2015년 시행된 장외영향평가제도는 이러한 사회적 요구를 반영하고 있다. 고압가스에 대해서도 고압가스를 제조, 저장, 판매하는 사업자에 대해 장외영향평가서의 작성 및 제출을 의무화하고 있다. 또한 2016년부터는 산업안전보건법 시행령 별표10의 유해·위험물질 규정량을 초과하여 제조·취급·저장하는 경우로 장외영향평가서 작성 및 제출 대상이 확대되는데 포스겐, 포스핀, 실란, 삼불화붕소 등의 최근 사용량 증가추세인 독성가스들이 다수 포함될 것으로 예상되고 있다.
참고문헌 (8)
K. D. Park, S. S. Park et al., Theory and practice of Toxic gas, Ubion, (2014)
S. I. Jang, Y. R. Kim et al., "A Study on Applicability of API-581 and Methodology for Consequence Analysis in High-Pressure Toxic Gas Facilities", Journal of the Korean Institute of Gas, 18(4), 79-85, (2014)
U.S. Department of Transportation, 2012 Emergency Response Guidebook, U.S. Department of Transportation, (2012)
Environmental Protection Agency of USA(EPA), National Oceanic and Atmospheric Administration of USA(NOAA), Areal Locations of Hazardous Atmospheres Program 5.4.3, EPA & NOAA, (2012)
Korea Gas Safety Corporation, "Toxic gas safety management issues and countermeasures", Korea Industrial & Specialty Gas Association Seminar, (2015)
National Institute of Chemical Safety, Korea, Technical Guidelines for the selection of Accident scenarios, National Institute of Chemical Safety, (2014)
Korean Agency for Technology and Standards, KS B 6210 : Forcing high-pressure seamless gas cylinders, Korean Agency for Technology and Standards, (2007)
American Petroleum Institute, Risk-Based Inspection Technology : API RECOMMENDED PRACTICE 581, American Petroleum Institute, 2nd Edition, (2008)
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