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H2S 독성가스감지기가 필요한 정량적 공정설비 기준 및 비상시 안전을 위한 위치선정 방안에 대한 연구
A Study on the Quantitative Process Facility Standards that Require H2S Toxic Gas Detectors and Location Selection for Emergency Safety 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.22 no.2, 2018년, pp.90 - 96  

최재영 (현대엔지니어링 플랜트안전소방설계팀) ,  권정환 (고려대학교 환경생태공학부)

초록
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천연가스 및 석유를 정제 및 가공하는 화공플랜트에서 원료에 함유된 황화수소($H_2S$)의 누출로 인한 피해를 최소화시키기 위한 설계 기법들이 세계적으로 널리 연구되어왔다. 그러나 국내에서는 화공플랜트에서 $H_2S$ 가스 피해 최소화를 위한 별도의 뚜렷한 설계 지침 및 규제가 없는 실정이다. 그러므로 본 연구는 $H_2S$ 독성가스감지기를 설치해야 할 공정설비의 $H_2S$ 가스 함량의 정량적 기준을 500 ppm으로 제시하고 타당한 근거를 설명하였다. 또한 ALOHA 프로그램을 사용하여 과거 $H_2S$ 가스 누출 사고를 재구성하여 IDLH 값인 100 ppm까지의 확산 반경을 산출하였다. 모델링의 기상 조건은 국내 3대 석유화학단지가 위치한 울산, 여수, 대산의 조건을 각각 적용하였으며, 울산, 대산, 여수 순서로 긴 반경이 도출되었다. 비상시 안전을 위해서 본 연구에서 얻은 $H_2S$ 가스의 100 ppm까지의 확산 반경을 고려한 추가적인 $H_2S$ 독성가스감지기가 설치되어야 하고, 이때는 반드시 지역별 기후조건이 고려되어야 할 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Design techniques for minimizing the damage caused by leakage of $H_2S$ gas, contained in natural gas and petroleum, have been widely studied abroad in chemical plants that purify and process natural gas and petroleum. However, there is no domestic engineering practice and regulation of <...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 두 번째로는 비상시 고농도의 H2S가스 누출로부터 근로자를 보호하기 위해 독성가스감지기를 설치하는 방안에 대해 제시하고자 한다. 통상 해외 화공플랜트 안전 설계 시, 해외 유명 사업주(Shell社 등)는 ‘Fire & Gas Mapping Study’라는 가스 확산모델링 결과를 토대로 가스감지기를 배치할 것을 요구하는 경향이 있다.
  • 등)는 공정흐름도(Process Flow Diagram)의 물질수지(Material Balance)값을 기준으로 H2S가스를 500 ppm 이상 다루는 설비에 H2S독성가스감지기를 설치하도록 하고 있다. 따라서 H2S가스 함유량 500 ppm을 기준으로 그 이상 다루는 공정설비에 H2S독성가스감지기가 필요하다는 관점을 제시하고자 한다.
  • 따라서 H2S가스가 함유된 공정설비에 누출 시 인체에 피해를 줄 농도가 아님에도 H2S독성가스감지기가 설치되었을 가능성도 배제할 수 없다. 따라서 본 연구는 공정흐름도(Process Flow Diagram)의 물질수지(Material Balance)값을 기준으로 H2S를 500 ppm 이상 다루는 설비를 독성가스감지기가 필요한 설비로 선정하는 안을 제시하고자 한다. 인체에 H2S가스가 500 ppm 이상 노출이 되면 치명적이며, 600 ppm의 농도에 5~15분 노출이 되면 심각하다는 의학 연구결과가 있다[2].
  • 지금까지 국내의 화공플랜트에 적용된 H2S 독성가스감지기는 안전설계 엔지니어와 인허가 심사관의 주관적 관점으로 설계 및 검토되어 운영되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구는 크게 2가지의 관점에서 H2S 독성가스감지기 설계 개선안을 제시하고자한다.
  • 즉, 근로자들이 별도의 안전장치를 가지고 있지 않은 비상상황에서 대피해야 하는 농도 기준으로 적용하기에 적합하다. 따라서 이 확산 반경의 최외각 부분에 독성가스감지기를 설치하여 비상시 근로자의 안전을 보호하기 위한 방안에 대해 제안하고자 한다.
  • 본 연구에서는 2000년 2월 국내의 한 정유공장에서 발생한 H2S가스 누출로 인한 사망사건을 재구성하여 H2S가스의 IDLH 값인 100 ppm을 끝점 농도로 하여 30분간 누출 되는 조건에서의 확산 반경을 구하고자 한다. IDLH 값은 생명 또는 건강에 즉각적인 위험을 초래하는 농도로 30분간 노출되면 사망 하거나 회복 불가능한 건강장해를 일으킬 수 있다.
  • 본 연구에서는 국내 화공플랜트에서 비상시 안전을 위한 H2S 독성가스감지기 설계방안에 대해 제시하였다. 크게 다음의 2가지로 나뉜다.
  • 본 항에서는 2000년 2월 국내의 한 정유공장에서 발생한 H2S가스 누출로 인한 사망사건을 재구성하여 H2S가스가 100 ppm이 되는 지점까지의 확산반경을 구하는 방법에 대해 소개하고자 한다.
  • 첫 번째로는 H2S독성가스감지기가 필요한 공정설비를 선정하는 정량적인 기준을 제시하고자 한다. 기존 국내 화공플랜트 안전설계 시에는 설계자의 주관적 관점으로 H2S독성가스감지기가 필요한 공정설비가 선정되어왔다.
  • 현행법인 KGS FP111 및 112 Code에서 언급하는 설비군 개념에 개별 공정설비 별로 얻은 H2S 가스의 IDLH 값인 100 ppm까지의 확산 반경을 추가 고려하는 안을 제안하고자 한다. IDLH 값에 30분 이상 노출되면 인체에 치명적인데, 이 확산 반경 내부는 H2S가스가 IDLH 값인 100 ppm 이상으로 30분간 지속된 지역이므로 H2S가스 누출 설비의 인근 근로자가 긴급히 대피해야 하며, 근로자가 해당 농도의 확산을 감지할 수 있도록 H2S독성가스감지기가 설치되어야 할 필요가 있다.

가설 설정

  • 28을 적용하였다. ALOHA의 경우 직접적인 혼합물의 모델링을 지원하지 않으므로, 누출율 수식에 적용되는 혼합물의 물리화학적 인자는 사고 물질 개별 조성이 모두 이상기체로 존재한다는 가정 하에 몰분율을 통해 산출하였다. 또한 사고 물질은 탄화수소와 H2S가스의 혼합물이므로 독성 가스 확산의 끝점농도는 H2S가스의 IDLH 값인 100 ppm을 기준으로 모델링을 진행하였다.
  • 1은 화학공장 내부의 건물 외의 공정지역에 위치한 열교환기(Heat Exchanger)와 펌프(Pump)이고, 이들은 독성가스를 다루는 설비라고 가정하자. 그리고 이 설비들에서 독성가스가 실제로 누출이 이루어진다면 빗금의 반경을 나타낸다고 가정하자. 이러한 가정 하에서 KGS FP111 및 112 Code에 따라 설비군을 산정한다면, 열교환기와 펌프의 수평 투영면을 잇는 사각형 부분이 설비군으로 산정이 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
H2S 가스는 무엇인가? H2S 가스는 천연가스 및 석유에 원천적으로 포함되어있기 때문에, 이를 정제하는 천연가스 및 석유화학 플랜트에서는 필수불가결한 독성가스이다. 석유화학 제품을 생산하는 대부분의 화공플랜트에서 이 H2S 가스를 처리하기 위해 별도의 처리공정이 필요하다[1].
독성가스감지기에 한하여 현행법의 설비군 개념을 구체화 해야하는 이유는? 과거 2013년 4월 14일 울산의 삼성정밀화학의 염소가스 누출 사고 사례에서도 염소가스의 누출을 감지한 근로자들이 대피하던 중, 어느 지점까지가 독성가스 허용치에서 자유로운지 알 지 못하여 고농도의 독성가스 확산지역에서 응급조치를 하던 근로자 2명이 피해를 받아 병원으로 이송된 사례도 있다. 만약 독성가스가 고농도로 누출된 끝점 반경에 독성가스감지기가 설치되었다면, 해당 감지기의 외부 지역에서 응급조치가 이루어 졌을 것이고 최소한 대피 중 고농도의 독성가스에 노출되는 상황은 피할 수 있었을 것이다.
H2S 가스의 누출이 인체에 치명적인 피해를 줄 수 있는 농도는 언제부터인가? (1) H2S 가스의 누출이 인체에 치명적인 피해를 줄 수 있는 농도는 500 ppm보다 높을 때부터이다. H2S 가스의 TLV-TWA 값은 10 ppm 이지만, 화공플랜트의 근로자들은 공정지역에 항시 상주하지는 않고, 10 ppm의 H2S 가스는 외부 조건에서 희석될 수 있기 때문에 휴대용 독성가스감지기로 H2S 가스의 누출을 감지하는 것이 더 합리적이다.
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참고문헌 (10)

  1. Gas Processor Suppliers Association(GPSA), The GPSA Engineering Data Book : Section 22. Sulfur Recovery, 13th ed., GPSA, Tulsa, Oklahoma, U.S., (2012) 

  2. Simson, R. E., and Simpson, G. R., "Fatal hydrogen sulphide poisoning associated with industrial waste exposure", Medical Journal of Australia, 6, 331-335, (1971) 

  3. ISO, ISO 10418 : Petroleum and natural gas industries-Offshore production installations-Process Safety System, ISO, Swiss, (2015) 

  4. Walsh, P., Hemingway, M., and Rimmer, D., Review of alarm setting for toxic gas and oxygen detectors, Health and Safety Laboratory, Harpur Hill, Buxton, Derbyshire, SK17 9JN, U.K., (2013) 

  5. Shell, Design and Engineering Practice(DEP) 32.30.20.11-Gen : FIRE, GAS AND SMOKE DETECTION SYSTEMS, Shell, U.K., (2010) 

  6. Korea Gas Safety Corporation, KGS FP111&112 Code : Facility/Technical/Inspection/Supervision/ Safety Assessment Code for Production of Highpressure Gases, KGS, Korea, (2017) 

  7. 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) 

  8. Hanna, S., Dharmavaram, S., Zhang, J., et al, "Dense Gas Dispersion Models for Three Recent Chlorine Railcar Accidents", Process Safety Progress, 27, 248-259, (2008) 

  9. Korea Occupational Safety & Health Agency, KOSHA GUIDE P-107-2016 : 최악 및 대안의 누출 시나리오 선정에 관한 기술지침, KOSHA, Korea (2016) 

  10. Korea Occupational Safety & Health Agency, KOSHA GUIDE P-92-2012 : 누출원 모델링에 관한 기술지침, KOSHA, Korea (2012) 

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