KORA를 활용한 정수장 염소 취급시설의 운영조건에 따른 피해범위 변화 평가 Evaluation of Damage Range Variation Based on Operation System of Chlorine Facility in Water Purification Plant using KORA원문보기
정수장에서 염소 누출 사고 시 피해를 최소화하는 방안을 연구하였다. 장외영향평가의 위험도는 영향범위내 주민수와 사고 발생 빈도의 조합으로, 취급시설 운전온도, 긴급차단밸브 설치 위치 및 시설의 밀폐정도에 따른 피해범위 변화를 분석하여 피해범위 내 주민 수를 줄일 수 있는 최적의 조건을 제시하였다. 피해범위 산정은 KORA(Korea Off-site Risk Assessment Supporting Tool) 프로그램을 이용하였고, 운전온도가 낮아질수록, 용기의 브렌치 배관마다 긴급차단밸브가 설치될수록, 시설의 밀폐수준이 높을수록 피해범위가 감소하였다. 최악의 사고시나리오에서 감소율은 각각 17.6%, 71%, 34.5% 이며, 대안의 사고시나리오에는 각각 31.6%, 69.0%, 34.8% 이다.
정수장에서 염소 누출 사고 시 피해를 최소화하는 방안을 연구하였다. 장외영향평가의 위험도는 영향범위내 주민수와 사고 발생 빈도의 조합으로, 취급시설 운전온도, 긴급차단밸브 설치 위치 및 시설의 밀폐정도에 따른 피해범위 변화를 분석하여 피해범위 내 주민 수를 줄일 수 있는 최적의 조건을 제시하였다. 피해범위 산정은 KORA(Korea Off-site Risk Assessment Supporting Tool) 프로그램을 이용하였고, 운전온도가 낮아질수록, 용기의 브렌치 배관마다 긴급차단밸브가 설치될수록, 시설의 밀폐수준이 높을수록 피해범위가 감소하였다. 최악의 사고시나리오에서 감소율은 각각 17.6%, 71%, 34.5% 이며, 대안의 사고시나리오에는 각각 31.6%, 69.0%, 34.8% 이다.
We researched the way to minimize the damage when the chlorine-leak accident take place in a purification plant. Since the level of risk based on the Off-site Risk Assessment(ORA) is a combination of proportional to the number of residents in the damaged area and frequency of accidents, we suggested...
We researched the way to minimize the damage when the chlorine-leak accident take place in a purification plant. Since the level of risk based on the Off-site Risk Assessment(ORA) is a combination of proportional to the number of residents in the damaged area and frequency of accidents, we suggested the adequate conditions to reduce the number of residents in the damaged area by means of the operating temperature of a handling facility, installation of a emergency shut-off valve, and the analysis of the variation of the damaging range in accordance with the type of enclosure. The coverage of damage was calculated by the 'KORA(Korea Off-site Risk Assessment Supporting Tool) program. The research shows that the lower operating temperature gets, the more emergency shut-off valve being installed and the higher enclosure level of facility becomes, the extent of damage gets decreased. The decreasing rate of worst case was 17.6%, 71%, 34.5% respectively, the decreasing rate of alternative case was 31.6%, 69.0%, 34.8% respectively.
We researched the way to minimize the damage when the chlorine-leak accident take place in a purification plant. Since the level of risk based on the Off-site Risk Assessment(ORA) is a combination of proportional to the number of residents in the damaged area and frequency of accidents, we suggested the adequate conditions to reduce the number of residents in the damaged area by means of the operating temperature of a handling facility, installation of a emergency shut-off valve, and the analysis of the variation of the damaging range in accordance with the type of enclosure. The coverage of damage was calculated by the 'KORA(Korea Off-site Risk Assessment Supporting Tool) program. The research shows that the lower operating temperature gets, the more emergency shut-off valve being installed and the higher enclosure level of facility becomes, the extent of damage gets decreased. The decreasing rate of worst case was 17.6%, 71%, 34.5% respectively, the decreasing rate of alternative case was 31.6%, 69.0%, 34.8% respectively.
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문제 정의
본 연구는 염소를 취급하는 정수처리공정에서 누출사고의 피해범위를 감소시킬 수 있는 방안 중, 취급공정의 운전온도, 긴급차단밸브 설치 및 건물 내부 형태 등이 미치는 효과에 대해 연구하였다. 연구에 사용된 사고시나리오 조건과 기상조건 등은 환경부 화학물질안전원 기술지침에 따랐고 피해범위 산정은 환경부 화학물질안전원의 KORA 프로그램을 활용하였다.
안전성 확보방안은 사고의 영향을 줄일 수 있는 방법과 사고의 발생 빈도를 낮추는 방법으로 나눌 수 있으나, 본 연구에서는 염소 취급시설의 피해범위를 줄여 위험도를 낮출 수 있는 최적의 조건을 찾는데 그 목적이 있다. 이를 위해 KORA 프로그램을 이용하여 운전온도, 긴급 차단밸브의 설치 위치 및 시설의 밀폐정도에 따른 피해범위 변화를 분석하고, 이를 바탕으로 사고로 인한 영향을 최소화 할 수 있는 최적조건을 제시하고자 하였다.
안전성 확보방안은 사고의 영향을 줄일 수 있는 방법과 사고의 발생 빈도를 낮추는 방법으로 나눌 수 있으나, 본 연구에서는 염소 취급시설의 피해범위를 줄여 위험도를 낮출 수 있는 최적의 조건을 찾는데 그 목적이 있다. 이를 위해 KORA 프로그램을 이용하여 운전온도, 긴급 차단밸브의 설치 위치 및 시설의 밀폐정도에 따른 피해범위 변화를 분석하고, 이를 바탕으로 사고로 인한 영향을 최소화 할 수 있는 최적조건을 제시하고자 하였다.
가설 설정
밀폐조건에 따른 영향범위 산정을 위해서는 사고시나리오는 용기 1개(1,000 kg)의 매니폴더 배관및 브렌치 배관에서 누출이 발생하여 건물 외부로 확산이 발생할 경우를 가정한다.
제안 방법
현재 국내 정수장에서는 긴급차단밸브가 설치되어 있는 매니폴더 배관은 25A, 브렌치 배관의 사이즈는 10A를 사용하고 있다. 본 연구에서는 긴급차단밸브를 매니폴더 배관에 설치된 경우와 각 브랜치 배관에 긴급차 단밸브가 설치된 경우를 구분하여 피해범위를 산정하였다.
밀폐형이 적용되기 위해서는 (1) 누출 감지 시 전동 댐퍼들이 자동으로 닫혀 누출이 감지된 실의 공기만을 중화하고 (2) 흡입팬을 통하여 누출된 가스를 중화탑에 이송시켜 중화하여 대기로 방출하는 시스템에 해당할 경우 밀폐형이 적용 가능하다. 봉쇄형의 경우는 완전히 밀폐된 시설에 해당하므로 본 연구에서 봉쇄형은 제외하고, 동일 노출조건에서 밀폐정도에 따른 피해범위 감소율을 일반형과 밀폐형으로 구분하여 분석하였다.
빠른 기화속도가 요구되는 경우에는 강제기화방식을 사용하고 그렇지 않은 경우(주입량이 20 kg/h 미만)에는 기화기를 사용하지 않고 대기온도로 액체염소를 기화시킨다. 이와 같이 정수장 염소 취급시설에서는 상온을 유지하기 위하여 겨울철에는 냉방기로 여름철에는 난방기로 내부 온도를 조절하여 사용하고 있으나 본 연구에서는 적정온도가 유지되지 않을 경우 온도 변화(20 ℃, 25 ℃, 30 ℃ 및 35 ℃)에따른 피해범위를 살펴보았다.
이론/모형
사고의 형태는 액화염소가 기화되어 배관 등을 통해 흐르다가 플랜지 등에서 누출된 경우로 한정하였으며, 그 피해범위를 산정하기 위해 KORA 프로그램(KORA-Ver 2.1.0.11)을 활용하였다. 최악 및 대안의 사고시나리오 평가를 위한 기상조건은 Table 2와 같이 장외영향평가서에 사고 시나리오 선정에 관한 기술지침의 표준조건을 적용하였다[7].
본 연구는 염소를 취급하는 정수처리공정에서 누출사고의 피해범위를 감소시킬 수 있는 방안 중, 취급공정의 운전온도, 긴급차단밸브 설치 및 건물 내부 형태 등이 미치는 효과에 대해 연구하였다. 연구에 사용된 사고시나리오 조건과 기상조건 등은 환경부 화학물질안전원 기술지침에 따랐고 피해범위 산정은 환경부 화학물질안전원의 KORA 프로그램을 활용하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
이러한 이유로 염소를 일일취급량 50 kg, 보관·저장량 750 kg 이상을 취급하는 사업장은 화학물질관리법 제23조에 따라 장외영향평가서를 작성하여 시설의 위험도를 계산하고 관리를 해야한다. 위험도 계산은 환경부에서 개발한 KORA(Korea Off-site Risk Assessment Supporting Tool) 프로그램을 활용한다. KORA는 각 사고시나리오별 누출 확산에 대한 피해범위 및 사고빈도, 완화조치 등을 도출하고 여기에 영향 범위 내의 주민 수 등을 종합하여 위험도를 최종적으로 계산한다.
성능/효과
1) 염소 취급공정에서 운전온도(20 ℃, 25 ℃, 30℃, 35 ℃)에 따른 피해범위를 산정한 결과, 35 ℃를 기준하여 운전온도가 낮을수록 피해범위가 감소함을 알 수 있었다. 최악의 사고시나리오의 경우는약 17.
2) 다수의 염소 용기를 매니폴더 배관에 연결하여 공급하는 시스템에서는 염소가스의 흐름을 신속하게 차단할 수 있도록 긴급차단밸브를 매니폴더 배관에 설치하거나, 각 용기의 연결부위에 각각 설치할 수 있다. 긴급차단밸브의 설치위치에 따른 피해범위를 살펴보면, 용기별 브렌치 배관에 긴급차단밸브가 설치되어 있는 경우가 매니폴더 배관에 긴급차단밸브가 설치되어 있는 경우보다 최악의 사고시나리오는 71%, 대안의 사고시나리오는 69.
3) 염소 공급시스템이 건물내부에 설치될 경우에는 건물의 형태에 따라 피해범위가 달라지는 것을 확인할 수 있었다. 일반형 건물에 비해 밀폐형 건물은 매니폴더 배관에서 누출이 발생할 경우에 최악의 사고시나리오의 경우는 약 34.
반면에, 브렌치 배관별 긴급차단밸브가 설치되어 있는 경우는 직접 연결된 용기의 개수(1EA) 및 브렌치 배관의 직경(10A)을 반영된다. 그 결과, 최악의 사고시나리오 피해범위는 약 71.0% 감소하고, 대안의 사고시나리오에서는 약 69.0% 감소효과가 있을 것으로 예측된다.
2) 다수의 염소 용기를 매니폴더 배관에 연결하여 공급하는 시스템에서는 염소가스의 흐름을 신속하게 차단할 수 있도록 긴급차단밸브를 매니폴더 배관에 설치하거나, 각 용기의 연결부위에 각각 설치할 수 있다. 긴급차단밸브의 설치위치에 따른 피해범위를 살펴보면, 용기별 브렌치 배관에 긴급차단밸브가 설치되어 있는 경우가 매니폴더 배관에 긴급차단밸브가 설치되어 있는 경우보다 최악의 사고시나리오는 71%, 대안의 사고시나리오는 69.0%가 감소하였다. 이처럼, 사고영향을 완화하기 위해서는 다수의 용기를 설치하는 것보다 최소한의 용기를 설치하여 사용하는 것이 효과적이며, 부득이 다수의 용기를 연결하여 사용할 경우에는 각 용기에 긴급차단밸브를 설치하여 매니폴더 배관 또는 브렌치 배관에서 누출되더라도 각 차단밸브를 신속하게 작동시켜 누출량을 최소화 하여야 한다.
Table 7은 최악 및 대안의 사고시나리오 조건에서 피해범위를 나타낸다. 먼저, 최악의 사고시나리오 조건에서 일반형 건물(완화율 45%) 은 1,230 m까지 영향을 미쳤고, 밀폐형 건물(완화율 70%)에서의 피해범위는 806 m로 나타났다. 이러한 결과는 밀폐형 건물에서 누출된 경우에는 피해범위가 약 34.
그 결과, Table 4와 같이 온도가 낮아질수록 기화비율이 낮아지며 피해범위가 감소하는 것을 알 수 있었다. 즉, 최악의 사고시 나리오에서는 온도가 35 ℃에서 20 ℃까지 감소하면 피해범위는 약 17.6% 감소하였고, 대안의 사고 시나리오에서는 약 31.6%가 감소하는 것으로 나타났다. 이는, 온도가 낮을수록 운전 압력이 감소하고 동시에 누출지점에서의 기화율 또한 감소하여 피해 범위가 줄어드는 것으로 예측된다.
1) 염소 취급공정에서 운전온도(20 ℃, 25 ℃, 30℃, 35 ℃)에 따른 피해범위를 산정한 결과, 35 ℃를 기준하여 운전온도가 낮을수록 피해범위가 감소함을 알 수 있었다. 최악의 사고시나리오의 경우는약 17.6%, 대안의 사고시나리오의 경우는 약 31.6% 가 감소하였는데 이러한 결과는 온도가 낮을수록 액화염소의 기화량이 감소하고 동시에 누출지점에서의 기화율 또한 감소하여 피해범위가 줄어드는 것으로 예측된다. 따라서, 염소 공급시스템이 설치되는 건물은 태양의 복사열의 영향을 적게 받을 수 있는 구조로 설계하고 겨울철 내부의 온도는 적정 온도로 유지 관리하여야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시설의 위험도 계산은 어떻게 이루어 지는가?
이러한 이유로 염소를 일일취급량 50 kg, 보관·저장량 750 kg 이상을 취급하는 사업장은 화학물질관리법 제23조에 따라 장외영향평가서를 작성하여 시설의 위험도를 계산하고 관리를 해야한다. 위험도 계산은 환경부에서 개발한 KORA(Korea Off-site Risk Assessment Supporting Tool) 프로그램을 활용한다. KORA는 각 사고시나리오별 누출 확산에 대한 피해범위 및 사고빈도, 완화조치 등을 도출하고 여기에 영향 범위 내의 주민 수 등을 종합하여 위험도를 최종적으로 계산한다.
염소의 작업장 허용노출기준은 무엇인가?
특히나 염소 가스의 누출은 기체나 연기를 한 두 모금 흡입하면 사망할수 있다. 염소의 작업장 허용노출기준은 1일 작업 시간을 기준으로 0.5 ppm이며, 일반 인구집단 대상 급성노출기준은 60분 노출을 기준으로 불쾌감, 자극 또는 이에 준하는 상황이 발생할 수 있는 AEGL-1값은 0.5 ppm, 심각한, 오래 지속되는 건강의 악영 향과 손상을 일으킬 수 있는 AEGL-2값은 2 ppm, 생명을 위협하는 건강영향 또는 사망이 발생할 수 있는 AEGL-3값은 20 ppm이다[2].
염소가 누출되어 사망이 일어나는 정도는 어떻게 되는가?
염소가 누출되어 사망이 일어나는 정도는 누출 속도가 클수록, 거리가 짧을수록, 대기가 안정할수록 증가하였다[6]. 또한, 염소는 독성과 부식성이 있는 황록색 기체로 눈과 호흡기관을 자극[5]하며, 누출 후에는 곧바로 기화되어 무거운 가스(증기밀도는 공기의 2.
참고문헌 (16)
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화학물질안전원, "사고대비물질 키인포가이드", 48-49, (2017)
Robert, L. B., Charles, H. H., and David, W. W.,"A case study of chlorine transport and fate following a large accidental release", Atmospheric Environment, Volume 62, 184-185, (2012)
Yoon, Y, S., Ki, J. K., and Jin, S. L., "Development of Chemical Accident Response Information Sheets for Chlorine", Korean Journal of Hazardous Materials, 5(1), 26-34, (2015)
Kim, J, K., Byun, H. S., "Hazard Assessment on Chlorine Distribution Use of Chemical Transportation Risk Index", Korean Journal of Chemical Engineering, 52(6), 756-757, (2014)
Kim, S, M., Jang, S. I., and Kim, T. O., "Analysis of Toxic Effect in the Small Scale Release of Chlorine Gas", Journal of Chemical Engineering, 9(2), 3030-3033, (2003)
화학물질안전원, "사고시나리오 선정에 관한 기술지침", 3-5, (2017)
Adnan, M. A., Samih, S. A., and Aya, T. H., "Chlorine gas poisoning", Journal of the Royal medical services, 11(2), 34-37, (2003)
Finis Cavender, "Development of Emergency Response Planning Guidelines(ERPGs)", 129, (2008)
KOSHA, "긴급차단밸브의 설치에 관한 기술지침", D-11-2012, (2012)
EPA, "Risk Management Program Guide for Consequence Analysis(appendix D)", (2009)
한국가스안전공사, 액화염소 사용시설 안전관리 매뉴얼, 34-105, (2009)
Lee, J, Y., Chon, Y. W., and Hwang Y. W., "A Study on Risk Assessment According to Pool Vaporization of Liquefied Chlorine", Korean Journal of Hazardous Materials, 5(2), 68-71, (2018)
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