암모니아는 발전소의 탈질설비, 냉동장치의 냉매로 많이 사용되고 있으며, 증기압이 높고 공기보다 가벼운 물질로써 장외영향평가시 영향범위가 넓은 물질이다. KORA(Korea Off-site Risk Assessment supporting tool)를 활용하여 4가지 환경인자인 지면굴곡도, 밀폐여부, 운전온도 압력, 누출공 크기를 달리하여 영향범위를 산출하였다. 그 결과 굴곡도에 따른 영향범위는 약 4.62배 차이가 났으며 암모니아 저장탱크는 밀폐된 경우가 약 0.64의 저감율을 나타냈다. 저장온도와 압력에 따라 누출률이 증가되어 영향범위도 증가하는 형태를 보였으며 포화증기압 이상으로 저장시 영향범위는 $45^{\circ}C$에서 0.1 Mpa 당 평균 3.45%의 증가율을 나타냈다. 누출공 크기에 따른 영향범위 산정 결과는 누출구의 면적에 비례하는 것으로 나타났다.
암모니아는 발전소의 탈질설비, 냉동장치의 냉매로 많이 사용되고 있으며, 증기압이 높고 공기보다 가벼운 물질로써 장외영향평가시 영향범위가 넓은 물질이다. KORA(Korea Off-site Risk Assessment supporting tool)를 활용하여 4가지 환경인자인 지면굴곡도, 밀폐여부, 운전온도 압력, 누출공 크기를 달리하여 영향범위를 산출하였다. 그 결과 굴곡도에 따른 영향범위는 약 4.62배 차이가 났으며 암모니아 저장탱크는 밀폐된 경우가 약 0.64의 저감율을 나타냈다. 저장온도와 압력에 따라 누출률이 증가되어 영향범위도 증가하는 형태를 보였으며 포화증기압 이상으로 저장시 영향범위는 $45^{\circ}C$에서 0.1 Mpa 당 평균 3.45%의 증가율을 나타냈다. 누출공 크기에 따른 영향범위 산정 결과는 누출구의 면적에 비례하는 것으로 나타났다.
Ammonia is used primarily as a refrigerant in refrigeration facility and SCR of a plant, and is frequently involved in leakage accidents. This study was conducted by selecting ammonia, a material with a wide influence range when evaluated, as a material with higher vapor pressure and lighter than ai...
Ammonia is used primarily as a refrigerant in refrigeration facility and SCR of a plant, and is frequently involved in leakage accidents. This study was conducted by selecting ammonia, a material with a wide influence range when evaluated, as a material with higher vapor pressure and lighter than air. In this study, the influence ranges were computed using KORA(Korea Off-site Risk Assessment supporting tool) with four different environmental factors : ground roughness, sealing, operating temperature, pressure, and leakage hole size. As a result, the difference in the influence range of ground roughness is approximately 4.62 times, while the ammonia storage tank shows a difference in the reduction rate of 0.64 when sealed. The extent of impact increased with increasing leakage depending on storage temperature and pressure, and when storing higher than the saturation vapor pressure, the impact range showed an average growth rate of 3.45 % per 0.1 Mpa($45^{\circ}C$). The influence ranges based on the size of the leakage holes is shown to be proportional to the area of the leakage zone.
Ammonia is used primarily as a refrigerant in refrigeration facility and SCR of a plant, and is frequently involved in leakage accidents. This study was conducted by selecting ammonia, a material with a wide influence range when evaluated, as a material with higher vapor pressure and lighter than air. In this study, the influence ranges were computed using KORA(Korea Off-site Risk Assessment supporting tool) with four different environmental factors : ground roughness, sealing, operating temperature, pressure, and leakage hole size. As a result, the difference in the influence range of ground roughness is approximately 4.62 times, while the ammonia storage tank shows a difference in the reduction rate of 0.64 when sealed. The extent of impact increased with increasing leakage depending on storage temperature and pressure, and when storing higher than the saturation vapor pressure, the impact range showed an average growth rate of 3.45 % per 0.1 Mpa($45^{\circ}C$). The influence ranges based on the size of the leakage holes is shown to be proportional to the area of the leakage zone.
따라서 본 연구는 장외 피해거리를 산출함에있어 암모니아 독성 영향에 주로 기여하는 요인의 특성을 KORA를 활용하여 분석하고 안전성 확보 방안을 효과적으로 수립하는 데 도움을 주고자 한다.
제안 방법
암모니아 저장탱크의 누출 영향범위 평가는 4가지 변수인 지면 굴곡도, 취급시설 밀폐여부, 운전 온도ㆍ압력, 누출공 크기에 따라 수행되었다.
연구 대상 취급설비는 수평실린더 형태의 암모니아 저장탱크로 지면에서 독성물질이 누출되는 사고시나리오를 모델링하였다.
장외영향평가시 암모니아 누출 영향을 산정하기 위해 평가툴인 KORA(버젼 2.1.0.13)를 이용하여 입력변수별로 산정된 영향범위의 차이를 비교하였다. 물질 특성은 KORA에 저장된 물성치 데이터를 통해서 입력 가능하고 유해화학물질 정보는 DIPPR (Design Institute for Physical Properties)과 『화학 물질의 분류 및 표시 등에 관한 규정』(국립환경과학원 고시 제2017-46호)의 정보로 활용하였다.
대상 데이터
본 연구는 KORA에서 평가 가능한 물질 중 증기압이 높거나 공기보다 가벼운 물질로 평가시 영향 범위가 넓은 물질인 암모니아를 선정하여 평가하였다. KORA를 이용하여 4가지 환경인자인 지면굴곡도, 밀폐여부, 운전온도ㆍ압력, 누출공 크기를 달리하여 영향범위를 산출하였고 그 결과 주요요인별 대기확산 범위에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
데이터처리
이렇게 도출된 결과는 범용 통계분석 프로그램인 SPSS(Statistical Package for Social Science) 10.0 for windows를 활용하여 분석하였다.
이론/모형
13)를 이용하여 입력변수별로 산정된 영향범위의 차이를 비교하였다. 물질 특성은 KORA에 저장된 물성치 데이터를 통해서 입력 가능하고 유해화학물질 정보는 DIPPR (Design Institute for Physical Properties)과 『화학 물질의 분류 및 표시 등에 관한 규정』(국립환경과학원 고시 제2017-46호)의 정보로 활용하였다. 끝점 농도는 2016년도 독성 우려농도 기준인 ERPG(Emergency Response Planning Guideline)-2 150 ppm으로 평가하였다.
성능/효과
넷째, 누출공 크기에 따른 영향범위 평가 결과 저장용기의 이상누출 방정식을 보면 누출구의 면적에 비례하는 것으로 나타났으며 결과값 또한 비례적으로 증가하는 양상을 보였다. 하지만 『사고시나리오 선정에 관한 기술지침』(화학물질안전원 지침 제2017-6호)에 따라 2인치 미만 배관은 100% 적용 을 해야 하기 때문에 실제 KORA를 통해서 영향평가를 수행하면 50 mm배관에서 영향범위 저감이 가장 높게 나타났다.
둘째, 암모니아 저장탱크의 위치별 영향범위 평가는 동일한 조건에서 누출이 발생하였을 때 실내와 옥외의 경우 실제로 약 0.64의 저감율 차이가 나는 것으로 확인되었다. 실질적으로 암모니아 입ㆍ 출하 및 저장탱크가 옥외에 노출되거나 일부만 외벽으로 차단된 경우가 많은데 암모니아 업-로딩시 밀폐된 공간에서 작업을 수행한다면 장외 영향범위를 효과적으로 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
셋째, 액화암모니아 저장탱크의 온도에 따른 압력의 변화는 포화증기압 곡선을 따라 온도가 증가하면서 저장 압력 또한 상승하는 것으로 나타났으며 온도와 압력에 따라 누출률이 증가되어 암모니아 영향범위가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 포화증기압 이상으로 저장시 영향범위는 동일 운전 온도시 0.1 Mpa 당 평균 3.45%의 증가율을 나타냈다. 따라서 액화가스는 포화증기압을 급격히 초과해서 저장되지 않도록 운전 온도와 압력을 적절히 통제해야 하며 주변 기온에 따라 저장탱크의 운전 조건이 크게 변동되지 않도록 일정하게 제어가 가능해야 한다.
셋째, 액화암모니아 저장탱크의 온도에 따른 압력의 변화는 포화증기압 곡선을 따라 온도가 증가하면서 저장 압력 또한 상승하는 것으로 나타났으며 온도와 압력에 따라 누출률이 증가되어 암모니아 영향범위가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 포화증기압 이상으로 저장시 영향범위는 동일 운전 온도시 0.
첫째, 장외영향평가시 영향범위 산정 및 보호대상 검토에 있어서 주요 환경인자 중 하나인 지면 굴곡도는 독성물질 확산에 미치는 영향이 큰 것으 로 나타났으며 도시지형과 전원지형에 따른 영향범위 차이는 약 4.62배로 주변 지형지물을 잘 살펴보고 조건을 입력해야 현장에 부합되는 평가가 이루어질 수 있다.
후속연구
더 나아가 건축물에 댐퍼를 통한 자동배기시스템, 비상전원, 감지기 등의 설비가 있다면 더 상향된 밀폐 정도를 선택하여 모델링을 수행하여 더 높은 저감율을 기대할 수 있다. 단, 작업공간 밀폐시 암모니아의 화재ㆍ폭발에 대비하여 폭발 분위기가 형성되지 않도록 초기 누출시 감지 후 대용량 살수설비 등을 연동하는 조치의 대안 마련이 필요하다.
실질적으로 암모니아 입ㆍ 출하 및 저장탱크가 옥외에 노출되거나 일부만 외벽으로 차단된 경우가 많은데 암모니아 업-로딩시 밀폐된 공간에서 작업을 수행한다면 장외 영향범위를 효과적으로 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 더 나아가 건축물에 댐퍼를 통한 자동배기시스템, 비상전원, 감지기 등의 설비가 있다면 더 상향된 밀폐 정도를 선택하여 모델링을 수행하여 더 높은 저감율을 기대할 수 있다. 단, 작업공간 밀폐시 암모니아의 화재ㆍ폭발에 대비하여 폭발 분위기가 형성되지 않도록 초기 누출시 감지 후 대용량 살수설비 등을 연동하는 조치의 대안 마련이 필요하다.
현재는 단지 도시지형과 전원지형으로 구분하여 평가가 가능하나, 향후에는 유해화학물질의 확산에 중요한 영향인자로써 지면굴곡도에 취급설비 주변 지형의 높낮이를 고려하여 평가할 수 있는 방안을 연구 개발할 필요가 있다. 따라서 평면으로 구성된 사업장 위치도에 수치지형도를 적용함으로써 대기 확산시 장애물에 의한 간섭으로 인한 영향을 검토 한다면 보다 정확한 영향범위 산정을 가능하게 하고 사업장 현실에 적합한 평가가 이루어질 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
암모니아의 특징은 무엇인가?
암모니아는 발전소의 탈질설비, 냉동장치의 냉매로 많이 사용되고 있으며, 증기압이 높고 공기보다 가벼운 물질로써 장외영향평가시 영향범위가 넓은 물질이다. KORA(Korea Off-site Risk Assessment supporting tool)를 활용하여 4가지 환경인자인 지면굴곡도, 밀폐여부, 운전온도 압력, 누출공 크기를 달리하여 영향범위를 산출하였다.
탈질공정이 특히 누출사고에서 영향범위가 넓은 이유는 무엇인가?
이렇게 누출된 암모니아는 주변으로 확산되어 독성 피해를 줄 수 있어 영향범위를 미리 예측하여 주변영향에 대비하고 사고가 일어날 경우 피해를 저감할 수 있는 방안을 수립해야 할 필요가 있다. 특히 탈질공정은 액화가스 암모니아를 대용량 저장하여 사용하므로 누출시 광범위 지역으로 확산이 가능하다.
KORA가 기존 해석프로그램인 ALOHA에 대해 가지는 장점은 무엇인가?
반면에 CFD(commercial Computational Fluid Dynamics) 툴인 FLACS(FLame ACceleration Simulator), PHAST(Process hazard analysis software)는 전문적 지식이 있어야 활용 가능하다. [7] 또한 산업계에서는 혼합물의 형태로 물질을 취급하는 경우가 많은데 기존 해석프로그램인 ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres)에 대비하여 수용액에 대한 이론적 기반을 구현하여 더 많은 물질에 대해서 평가가 가능하도록 제공하 고 있다. [8-9] KORA는 ALOHA와 비교해서 평가결과의 동일한 신뢰도를 갖추기 위해 향후 지속적으로 프로그램 고도화를 통해서 업데이트를 하고 있으며 무료 배포를 통해 앞으로 활용도는 더욱 높을 것으로 판단된다.
참고문헌 (16)
Ministry of Environment, Chemical Control Act, (2017)
Lee D et al., "Study on improvement measures for prevention and countermeasure of chemical accident", Fire Sci Eng., Vol. 30, No. 5, pp. 137-143, (2016)
Ha J, "Introduction of process safety management of chemical plant", Fire Sci Eng, Vol. 9, No. 2, pp. 65-70, (1995)
환경부, "2015년도 화학물질 배출량 조사결과 보고서", (2016)
화학물질안전원, 화학안전정보공유시스템[Internet], 사고사례정보. Available at:
SongYi Kom et al., "A study on the safety distances for high pressure-toxic gases by specific accident scenarios", Journal of the Korean Institue of Gas, Vol. 20, No. 6, pp. 1-8, (2016)
Jungkon Kim et al., "Suggestions for Increasing Utilization of KORA for Supporting the Off-site Risk Assessment System", Journal Of Environmental Health Sciences, Vol. 44, No. 2, pp.124-132, (2018)
Yukyung Jung et al., "A study on the simplified estimating method of off-site consequence analysis for aqueous ammonia", Journal of the Korean Institue of Gas, Vol. 20, No. 2, pp. 49-57, (2016)
Sangwook Park et al., "Recommended Evacuation Distance for Offsite Risk Assessment of Ammonia Release Scenarios", Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 31, No. 3, pp. 156-161, (2016)
Tseng JM et al., "Consequence evaluation of toxic chemical releases by ALOHA", Procedia Eng, Vol. 45, pp. 384-389, (2012)
USEPA, "Guidance on the Application of Refined Dispersion Models to Hazardous Air Pollutants Releases", EPA-454/R-93-002, April (1993)
Ku Hoy Kim et al., "A Consequence Estimation of Release of Hazardous Materials to Surrounding Area", The Korean journal of chemical engineering, Vol. 2, No. 2, pp. 3067-3070, (1996)
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