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화학공장의 염소 누출에 의한 피해 영향 모델링
Damage Effects Modeling by Chlorine Leaks of Chemical Plants 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.32 no.3, 2018년, pp.76 - 87  

정경삼 (GS 칼텍스(주)) ,  백은선 (동신대학교 소방학과)

초록
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본 연구는 화학공장에서 원료 및 중간재로 많이 사용되는 Heavy Gas인 염소를 화학설비의 가압 염소포화액체 저장탱크에서 2상 흐름 연속누출에 대한 유해위험거리를 정량적으로 예측하기 위한 피해영향 모델링이다. 피해예측을 위한 평가방법과 사고영향평가모델들을 기준으로 액체염소 저장용기의 누출사고에서 사고결과에 미치는 최적의 변수를 나타나기 위해 조업조건을 표준조건으로 하였다. 장외영향평가의 위험성 평가에 사용되는 것으로 USEPA와 NOAA에서 공동 개발된 대기확산 모델인 ALOHA (V5.4.4) 모델을 사용하였다. 화학물질을 대량으로 제조 및 취급하고 있는 여수 국가산업단지를 연구 대상지역으로하여, 기상변수와 공정변수들을 설정하여 시나리오별로 모델링을 하여 누출사고에 대한 특성을 도출하였다. 가우시안 확산모델에 따른 관심지점의 농도 추정치를 산출하였고, ALOHA 모델링 결과 염소 확산에 의한 유해위험거리는 대기온도가 높고 풍속의 감소와 대기 안정도가 안정할수록 증가 하는 것으로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study describes the damage effects modeling for a quantitative prediction about the hazardous distances from pressurized chlorine saturated liquid tank, which has two-phase leakage. The heavy gas, chlorine is an accidental substance that is used as a raw material and intermediate in chemical pl...

주제어

표/그림 (18)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적으로 화학공장에서 발생되는 화학사고는 설비의 노후결함, 파손 등에 의하여 누출되며, 독성가스인 염소 (Chlorine)가스의 누출은 비가연성으로 화재, 폭발에 따른 노출위험이 없지만, 풍하방향에 따라 확산 피해범위가 달라져 누출원으로부터 풍하방향 인근 사업장 근로자 및 주민에게 노출될 경우에는 단시간내에 허용한계 이상의 흡입 및 피부 접촉으로 폐 이상, 사망 이외에 호흡기도 화상, 눈화상, 피부 자극 등 인체에 큰 유해위험성을 가지고 있다. 본 연구에서는 화학공장이 밀집되어 있는 산업단지 등에서 발생할 수 있는 화학물질 누출사고 중 인체에 치명적인 액체염소 누출에 대한 피해 영향을 분석하였다. 각 업체에서 취급되고 있는 액체염소 사용 시설에 대해 발생 가능한 사고 시나리오를 저장 조건, 미국 EPA의 모델 사용 지침(1)과 KOSHA Guide(2,3), 사고시나리오 선정에 관한 기술지침(4) 등을 참고하여 누출사고 시나리오를 선정하였다.
  • 액체염소 취급시설에서 발생되는 가압염소탱크 및 배관에서 염소 누출시 예측분석 결과에 따른 피해범위에 대한 영향을 최소화할 수 있는 대책을 다음과 같이 도출하였다.

가설 설정

  • 각 대기온도에서 확산에 미치는 경과시간은 풍속이 증가할수록 감소한다.
  • 대상물질은 여수 국가산업단지의 각 업체에서 취급 및 저장되어 있는 사고대비물질 중 염소(Chlorine)를 선정하였으며, 저장 탱크의 노후화 또는 작업중 근로자의 실수로 인한 누출, 주위의 화재나 폭발로 인한 사고발생 등에 의한 누출사고를 원인으로 가정하였다. 염소는 Figure 2와 같이 공업용 소금(NaCl)을 용수로 녹여 소금물을 제조한 후 배관으로 이송되어 전해조에서 전기분해하여 염소(Chlorine), 가성소다(NaOH), 수소(Hydrogen)가 생산된다.
  • 8 기압)으로 인하여 압력용기 하단 밸브에 연결된 길이 1 m, 직경 1인치 관을 통하여 공급부 상단으로 공급된다. 압력용기에 11,385 kg의 염소가 액상으로 보관 중 용기 외벽으로부터 1 m, 지상으로부터 높이 2.5 m 지점에 배관 부식으로 파열되어 누출되는 것으로 가정한다. 액체 염소가 누출되면서 압력이 낮아지기 때문에 액체염소는 관 내부에서 순간적으로 단열 기화된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
피해영향 범위의 정의는? 피해영향 범위란 화학사고로 인해 유해화학물질이 화재·폭발 또는 유출 · 누출되어 사고지점으로부터 사람이나 환경에 영향을 미칠 수 있는 구역을 말하며, 끝점은 사람이나 환경에 영향을 미칠 수 있는 독성농도, 과압, 복사열 등의 수치에 도달하는 지점을 말한다. 염소의 경우는 끝점농도ERPGa) -2 (3 ppm, 8.
때에 따라 액체염소 취급을 제한하는 작업수칙이 필요한 근거는 무엇인가? (4) 여러 기상인자 중 대기안정도 F등급의 매우 안정한 상태에서 최대 유해 위험거리로 산출되었다. 대기 안정도 등급이 안정할수록 확산 유해위험거리는 더 증가되므로 대기안정도가 불안정한 상태의 기상조건인 낮 시간대에 작업하는 것이 사고발생시 피해위험거리가 짧아 위험성이 감소될 수 있다. 따라서 대기안정도가 안정된 등급으로 분포되어 있는 시간대에는 액체염소 취급을 제한해야 하는 작업수칙이 필요해 보인다.
염소(Chlorine)가스의 누출의 어떤 위해 위험성을 가지고 있는가? 2012년 경북 구미의 불화수소 누출사고를 전환점으로 화학물질관리법 등 관련법이 강화되어 시행되고 있지만,급 및 사용에 대한 안전관리가 사회적 이슈로 대두되고 있다. 일반적으로 화학공장에서 발생되는 화학사고는 설비의 노후결함, 파손 등에 의하여 누출되며, 독성가스인 염소(Chlorine)가스의 누출은 비가연성으로 화재, 폭발에 따른 노출위험이 없지만, 풍하방향에 따라 확산 피해범위가 달라져 누출원으로부터 풍하방향 인근 사업장 근로자 및 주민에게 노출될 경우에는 단시간내에 허용한계 이상의 흡입 및 피부 접촉으로 폐 이상, 사망 이외에 호흡기도 화상, 눈화상, 피부 자극 등 인체에 큰 유해위험성을 가지고 있다. 본 연구에서는 화학공장이 밀집되어 있는 산업단지 등에서 발생할 수 있는 화학물질 누출사고 중 인체에 치명적인 액체염소 누출에 대한 피해 영향을 분석하였다.
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참고문헌 (18)

  1. US EPA, NOAA, NSC, "ALOHATM User's Manual", Washington DC, USA (1995). 

  2. Korea Occupational Safety & Health Agency, "Guidance on Modeling Leakage Sources", KOSHA Guide P-92-2012 (2012). 

  3. Korea Occupational Safety & Health Agency, "Technical Guidelines for Estableshing Measure to Minimize Demage to Chemical Plant", KOSHA Guide P-110-2012 (2012). 

  4. Chemical Safety Agency, "Technical Guidelines for Selection of Accidential Scenario", No 2014-1 (2014). 

  5. Korea Institute of S&T Evaluation and Planning, "Hazardous Chemical Accident Prevention and Management Technology Development Project", p. 64 (2014). 

  6. D. L. Ji and G. D. Park, "A Status of Safety Management of Toxic Gases by the High Pressure Gas Safety Control Act, and the Trend of Policy", Korea Institute of Hazardous Materials (2013). 

  7. Korea Gas Safety Copr., "Gas Statistics for 2016" (2017). 

  8. US EPA. "Fiscal Year(FY) 2009 Annual Report", p. 6 (2009). 

  9. Korea Gas Safety Copr., "Liquid Chlorine Use Facility Safety Management Manual", KGS 2009-179, p. 9 (2009). 

  10. Chemical Safety Agency, "Key Info Guide For Accident Preparedness Substances", Ministry of Environment, p. 40 (2014). 

  11. The Chlorine Institute, Inc., "Pamphlet 1: Chlorine Basics (7th ed)", New York, p. 29 (2008). 

  12. D. M. Song, "Dispersion Modeling Methodology for Hazardous/Toxic Gas Releases from Chemical Plant Facilities" (1997). 

  13. D. A. Crowl and J. F. Louvar, "Chemical Process Safety: Fundamentals with Applications", PRT Prentice Hall, pp. 121-192 (1990). 

  14. D. G. Oh, "A Study on the Scope and Countermeasures for Accidental Gas Leakage Accident", Environmental Preservation Association (1986). 

  15. M. H. Lee, "Prediction of Hazard Distance for Release from the Pressurized Chlorine Liquid Storage Tank", Master's Thesis, Hanyang University (2000). 

  16. Korea Meteorological Administration, "Weather Annual Report 2016", p. 136 (2016). 

  17. Ministry of Environment "Atmospheric Environment Annual Report 2011", p. 434 (2012). 

  18. G. S. Jeong, "Modeling of Liquid Chlorine Leaks in Petrochemical Complexes", Doctoral Thesis, Dongshin University (2015). 

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