[논문]혼산에 의한 폭발사고의 화학반응 경로 분석 - 화학물질 운반 선박을 중심으로 -

강유미; 임정빈

doi:10.7837/kosomes.2017.23.6.661

초록
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본 연구의 목적은 혼산 화물의 폭발사고에 대한 화학반응 경로를 분석하는데 있다. 분석에는 사건-가지분석기법을 적용한 구조적인 시나리오를 이용하였다. 구조적인 시나리오는 재결서에 기록된 혼산 화물 사고의 내용에서 다양한 화학반응 경로를 추정하여 구축하였다. 분석에는 화학 이론에 의거한 정성적 분석과 화학 반응식을 이용한 정량적 분석 및 설문조사를 통한 확률적 분석 등 세 가지 방법을 혼합 적용하였다. 분석결과, 사고 발생의 주요 경로는 진한 황산과 물이 반응하여 폭발하는 경로, 혼산과 금속이 반응하여 폭발하는 경로, 특수한 물질과 합성하여 폭발하는 경로 등 세 가지로 나타났다. 이 결과는 재결서에 기록된 경로와 유사함을 알았고, 이를 통해서 본 연구에서 제안한 화학물질의 경로분석 기법이 타당함을 알았다. 본 연구에서 제안한 방법은 다양한 화학물질 사고의 화학반응 경로 추정에 적용 가능할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to analyze the chemical reaction pathway for explosion accident of mixed cargo. The analysis used a structural scenario using event-tree analysis. Structural scenarios were constructed by estimating various chemical reaction paths in the content of the mixed cargo accide...

The purpose of this study is to analyze the chemical reaction pathway for explosion accident of mixed cargo. The analysis used a structural scenario using event-tree analysis. Structural scenarios were constructed by estimating various chemical reaction paths in the content of the mixed cargo accident recorded in the written verdict. The analytical method was applied to three kinds of analysis: chemical analysis based on chemical theory, quantitative analysis using chemical reaction formula, and probabilistic analysis through questionnaire. As a result of analysis, the main pathway of the accident occurred in three ways: the path of explosion due to the reaction of concentrated sulfuric acid with water, the path of explosion due to the reaction of metal and mixed acid, and the path of explosion by synthesizing with special substances. This result is similar to the path recorded in the validation, and it leads to thar the proposed path analysis method is valid. The proposed method is expected to be applicable to chemical reaction path estimation of various chemical accidents.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 후자에 속한 것으로, 화학물질의 폭발사고에 대한 화학반응 경로를 다양한 분석방법을 적용하여 추정하는데 있다. 그리고 추후에는 이러한 결과를 이용하여 전자와 같은 사고원인의 추정에 적용함에 있다.

제안 방법

본 연구에서는 혼산 폭발사고에 대한 화학적 반응 경로를 추정하기 위한 정성적, 정량적 및 확률적 분석방법과 이들을 종합한 경로 추정방법을 제안하였다. ETA(Event Tree Analysis) 기법으로 도출한 총 8가지 경로에 대해서 18가지 시나리오를 구축하여 화학반응 경로를 추정한 결과는 다음 과 같다.
추정한 결과는 화학 전문가 30명의 설문조사를 통해서 확률적인 타당성을 검토하였다. 최종적으로는, 추정한 결과와 재결서의 사고원인 분석 결과를 비교하여 제안한 방법의 타당성을 입증하였다.

대상 데이터

연구 대상 사고는, 2015년 1월 11일 14시경 울산항 부두에서 황산 20 %, 질산 80 %의 혼산(Mixed acid)을 선박에 적재하던 중 폭발한 사고(KMST, 2015)이다. 이 사고는 혼산의 화학적 성질에 의해 발생된 것으로 기록되어 있으나, 화학반응에 대한 원인과 경로에 대한 자세한 기록이 없다.
연구대상 사건은 2015년 1월 11일 발생한 화학물 운반선‘한양 에이스호 (M/V Hanyang Ace)’의 화학물 운반 탱크(Tank) 폭발 사고이다(KMST, 2015). 이 사고는 지상에서 선박으로 황산 20 %, 질산 80 %의 혼합물을 수송하던 중, 선박 내부에 설치된 수송관의 갈라진 틈으로 혼합물이 유출되면서 폭발이 발생한 것으로 기록되어 있다.

데이터처리

분석에는 정성적 분석, 정량적 분석, 확률적 분석 등 세 가지 방법을 적용하였다(Park et al., 2013).

성능/효과

둘째, 본 연구에서 분석한 결과와 재결서에 기록된 주요 화학반응 경로가 서로 일치하여, 제안한 분석 기법이 타당함을 검토하였다. 셋째, 재결서에 기록된 주요 경로 이외에 특수한 물질과의 합성 반응에 의한 폭발 경로를 추가로 도출할 수 있었다. 본 연구에서 제안한 기법은 선박의 다양한 화학 화물 사고에 대한 화학반응 경로 분석에 유용하게 적용 가능할 것으로 기대된다.
첫째, 연구대상 사고에서 진한 황산과 물이 반응하여 폭발하는 경로와 혼산과 금속이 반응하여 폭발하는 경로, 그리고 특수한 물질과의 합성 반응에 의하여 폭발하는 경로 등이 사고원인에 기인한 가장 유력한 화학반응 경로임을 확 인되었다. 둘째, 본 연구에서 분석한 결과와 재결서에 기록된 주요 화학반응 경로가 서로 일치하여, 제안한 분석 기법이 타당함을 검토하였다. 셋째, 재결서에 기록된 주요 경로 이외에 특수한 물질과의 합성 반응에 의한 폭발 경로를 추가로 도출할 수 있었다.
ETA(Event Tree Analysis) 기법으로 도출한 총 8가지 경로에 대해서 18가지 시나리오를 구축하여 화학반응 경로를 추정한 결과는 다음 과 같다. 첫째, 연구대상 사고에서 진한 황산과 물이 반응하여 폭발하는 경로와 혼산과 금속이 반응하여 폭발하는 경로, 그리고 특수한 물질과의 합성 반응에 의하여 폭발하는 경로 등이 사고원인에 기인한 가장 유력한 화학반응 경로임을 확 인되었다. 둘째, 본 연구에서 분석한 결과와 재결서에 기록된 주요 화학반응 경로가 서로 일치하여, 제안한 분석 기법이 타당함을 검토하였다.

후속연구

한편, 재결서에는 평형수에 포함된 물질의 종류와 농도가 나타나있지 않고, 재결의 분석 내용 역시 평형수를 물로 가정하고 있다. 그래서 본 연구에서도 재결서의 분석 결과와 본 연구의 분석결과를 비교 평가하기 위해서 평형수를 물로 가정하고, 다양한 성분이 포함된 평형수에 대한 분석은 추후 연구과제로 둔다.
본 연구에서 제안한 기법은 선박의 다양한 화학 화물 사고에 대한 화학반응 경로 분석에 유용하게 적용 가능할 것으로 기대된다. 향후에는 현장에서 측정한 실제 데이터를 이용하여 정밀도 높은 화학반응 경로 추정 연구를 지속할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	정성적 분석이란?	정성적 분석은 시나리오에 포함된 반응경로의 화학적 현상을 평가한 것이다. 정량적 분석은 화학반응식을 이용한엔탈피(Enthalpy)를 계산하여 발열량으로 평가한 것이다.
	화학물질 운반선(Chemical Tanker)에 적재된 화학물질에 화재 또는 폭발사고가 발생하는 경우, 사고원인 추정이 어려운 원인은?	화학물질 운반선(Chemical Tanker)에 적재된 화학물질에 화재 또는 폭발사고가 발생하는 경우 화학반응 경로가 복잡하기 때문에 사고원인 추정이 어렵다(Yu and Jeng, 2015). 그 이유는 사고를 야기한 증거가 손실 또는 멸실되거나, 선박 내부에서 어떠한 경로를 통해서 화학반응이 발생했는지를 시각적으로 파악하기 어렵기 때문이다(Lee et al.
	화학물 폭발사고로 고려할 수 있는 두 가지 유형은?	화학물 폭발사고는 일반적으로 두 가지 유형으로 고려할 수 있다. 하나는 화학물질을 적재한 선박이 어떠한 증거도 없이 폭발 또는 전복되는 사고이고, 다른 하나는 사고의 결과가 명확하게 폭발 또는 화재로 규명된 사고이다(You and Chung, 2014). 전자의 경우는 적재한 화물의 물리적 또는 화학적 특성을 이용하여 사고원인을 추정할 수 있으나 발생 가능한 경우의 수가 방대하다.

참고문헌 (16)

Atkins, P.(2013), General Chemistry, Inquiry, pp. 515-528.
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KMST(2015), Ministry of Maritime Affairs and Fisheries, https://www.kmst.go.kr/Major Accident Information.
Lee, M. J. and S. W. Oh(2014), Development of Response Scenario for a Simulated HNS Spill Incident, Journal of the Korean Society of Maritime Environment and Safety, Vol. 20, No. 6, pp. 677-684.

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Lee, T. H., J. D. Park, S. J. Lee, B. S. Bang, K. P. Kim, M. S. Kim and J. S. Park(2015), Characteristics of chemical substance accident in Korea, Korean Journal of Hazardous Materials 3(1), pp. 37-41.
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McMurry, J., R. C. Fay and J. K. Robinson(2016), General Chemistry 4th Edition, General Chemistry Textbook Research Group, Free Academy, pp. 506-507.
Oxytoby, D. W.(2007) Modern General Chemistry, Free Academy, pp. 250-290.
Park, U. S., M. S. Hwang, H. R., Noh, K. S. Chun and S. B. Kim(2013), Development of Chemical Database and Information System for Safety Management, Korean Journal of Hazardous Materials, 1(1), pp. 58-64.
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You, J. and Y. J. Chung(2014), Case Analysis of the Harmful Chemical Substances' Spill, Fire Science and Engineering, 28(6), pp. 90-98.

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Yu, J. S. and Y. J. Jeong(2015), Journal of Korea Fire Protection Association, Vol. 29, No. 1, pp. 80-86.

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