[논문]항만에서 위험물 운송 중 유해화학물질 누출 위험성에 관한 연구

윤수경; 윤자연; 한지윤; 정승호

doi:10.26748/ksoe.2018.6.32.4.272

항만에서 위험물 운송 중 유해화학물질 누출 위험성에 관한 연구
Risk Analysis of Transporting Hazardous Substances in Harbor Using Modeling Program 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.32 no.4, 2018년, pp.272 - 278

윤수경 (아주대학교 환경안전공학과) , 윤자연 (아주대학교 환경안전공학과) , 한지윤 (아주대학교 환경안전공학과) , 정승호 (아주대학교 환경안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, the use of hazardous chemicals has been continuously increasing. Therefore, the international trade volume is growing and chemical accidents have increased. Nowadays, the safety awareness of the public has increased. As a result, the management and supervision of hazardous chemicals have been strengthened. However, the port policy of Korea has focused on increasing the volume of cargo through facility development. Thus, the port management of hazardous chemicals has been relatively neglected. For national economic growth and society, the port management of hazardous chemicals should be considered to efficiently ensure safety and economic growth. Therefore, this study assumed scenarios where hazardous materials were moved in a dangerous container, not only on appropriate wharfs but also in ports that were close to a big city. The BTX substances were selected among the toxic chemicals with large import and export volumes, and the risk distance and damage effects were predicted using various risk assessment programs. It is expected that this could be used to improve a port safety management system and could be utilized to determine the safety distance in case of an accident.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 항만에서 BTX 물질 중 벤젠과 톨루엔의 누출사고를 가정하여 피해영향범위 및 개인적 위험도(IR)를 구하였다.

가설 설정

하지만, BTX 물질은 사고 발생 우려가 높고, 사고가 발생하여 흡입할 경우 급성 중독을 일으키는 물질이며, CA결과 ERPG-2 농도보다 높게 나오는 것 또한 무시할 수 없는 요소이다. BTX 물질은 대기 중으로 배출 시 광화학반응(Photochemical reaction)에 의하여 오존 등을 생성함에 따라 자체의 환경영향 및 2차 반응에 의한 위험이 존재한다. 더불어 항만이라는 지역적인 특성을 고려했을 때, 바다의 기상적인 상황이나 해상에서 발생할 수 있는 자연재해에 의해 위험도가 급격히 증가할 가능성이 존재한다.
5m/s, 5m/s로 가정하였으며, 특히 이 경우는 컨테이너의 일종인 탱크테이너를 단일 용기로 가정하여 전량누출된 것으로 가정하였다. 소량 누출일 경우는 RIVM(Reference manual Bevi risk assessments)에 따라 30m³이 누출된다고 가정하였다. 이 때 온도의 변화에 따른 영향범위는 크게 다르지 않아 이를 낮과 밤의 풍속을 기준으로 비교하였다.
4hr/척을 구하였다. 연간환적수(N)는 해양 수산부의 부산 지방 해양수산청의 2016년 통계 자료를 이용하여 f₀를 구하고(Ministry of Oceans and Fisheries, 2017), 이를 외부 충격으로 인한 대량 누출, 소량 누출 두 가지의 경우로 가정하여 최종 사고 빈도는 대량누출의 경우 0.0325, 소량누출의 경우 0.065를 적용하여 IR(Individual risk)을 구하였다. 더불어 인구 및 인구밀도는 국가통계포털(KOSIS, 2017)을 통하여 부산 남구의 인구밀도와 낮, 밤에 따른 주간인구와 상주인구를 각각 따로 적용하여 위험성 평가를 수행하였으며 이에 대한 정확한 수치는 Table 7, Table 8에 명시하였다(NFPA, 2017).
, 2016)를 외부 충격이 있을 수 있다는 전제하에 대량 누출과 소량 누출의 경우로 나누어 Contour를 그림으로 나타내었다. 이때 대량 누출의 경우는 KOSHA의 최악의 시나리오를 기반으로 위험물컨테이너의 일종인 탱크테이너에서의 누출상황을 가정하였으며 이와 비교하기 위한 소량 누출일 경우는 RIVM에 따라 30m³의 양이 누출된다고 가정하였다.
, 1998). 이론상으로 20ft 컨테이너에는 약 20톤까지 적재할 수 있기에 KOSHA Guide의 최악의 누출 시나리오(NICS, 2016)에 적용하여 대량누출의 경우 20톤의 BTX 물질이 10분 전량 누출되고, 기상 조건 역시 위의 기술지침에 따라 상온 상압(25℃, 1기압)에서 밤, 낮의 풍속은 각각 1.5m/s, 5m/s로 가정하였으며, 특히 이 경우는 컨테이너의 일종인 탱크테이너를 단일 용기로 가정하여 전량누출된 것으로 가정하였다. 소량 누출일 경우는 RIVM(Reference manual Bevi risk assessments)에 따라 30m³이 누출된다고 가정하였다.
위험물은 보통 전용부두를 통하여 산적 형태로 이동한다. 하지만 본 연구에서는 대도시와 밀접해 있는 항만에서 위험물 누출 시의 위험성을 알아보기 위하여 위험물 컨테이너 형태로 항만으로 운송되는 경우로 가정하였으며, 우리나라의 대표적 항만 중 전체 컨테이너 처리물량의 76.9%를 차지하는 부산항에서의 영향성 평가를 실시하였다. 이를 Fig.

제안 방법

본 연구는 부산 남구의 인구분포 및 밤, 낮 인구를 적용하여 개인적인 위험도(IR)를 나타내었다. 누출사고시 계절별 영향범위는 온도의 변화만 있을 뿐 큰 차이가 나타나지 않았고, 풍속의 영향이 강한 것을 볼 수 있어 낮과 밤으로만 나누어 이를 비교하였다. 사고 빈도는 선박에서 환적 중 누출되는 사고의 빈도를 이용하였는데(Uijt de Haag and Ale, 2005) Zone 1은 IR ≤ 1.
따라서 본 연구에서는 사회적 위험도(SR)를 제외한 사고 발생 시 주거지역의 개인에게 미칠 수 있는 위험성을 알 수 있는 개인적 위험도(Individual risk, IR)(Martins et al., 2016)를 외부 충격이 있을 수 있다는 전제하에 대량 누출과 소량 누출의 경우로 나누어 Contour를 그림으로 나타내었다. 이때 대량 누출의 경우는 KOSHA의 최악의 시나리오를 기반으로 위험물컨테이너의 일종인 탱크테이너에서의 누출상황을 가정하였으며 이와 비교하기 위한 소량 누출일 경우는 RIVM에 따라 30m³의 양이 누출된다고 가정하였다.
이에 본 연구는 BTX(Benzene, Toluene, Xylene) 물질 중 벤젠과 톨루엔을 선정하였고, 화학물질을 항만에서 컨테이너로 운송하는 경우 하역, 적재 작업 도중 유해화학물질이 누출된 경우의 시나리오를 다양한 위험성평가 프로그램을 사용하여 피해영향범위를 산정하였다.
항만 위험물 누출사고는 수송수단 고유의 고장이나 적재 및 하역 활동(외부 영향에 의한 것)으로 나눌 수 있는데(Lees, 1996) 이 중 환적 상황 시 충돌 LOC(Loss of containment)가 고려 될 경우의 누출 시나리오로 선정하였다.

대상 데이터

따라서, 본 연구에서는 최근 항만에서 비교적 사고가 잦은 물질 중 수입 및 수출양이 많으며, 국내 7개 유역(지방)환경청에서 가장 사용량이 많은 BTX 물질 중 벤젠과 톨루엔을 선정하였다.
본 연구는 부산 남구의 인구분포 및 밤, 낮 인구를 적용하여 개인적인 위험도(IR)를 나타내었다. 누출사고시 계절별 영향범위는 온도의 변화만 있을 뿐 큰 차이가 나타나지 않았고, 풍속의 영향이 강한 것을 볼 수 있어 낮과 밤으로만 나누어 이를 비교하였다.
식 (2)를 통해 사고 빈도를 최종적으로 구할 수 있다. 이 때, 연간입출항선박수(T)는 해양수산부의 부산지방해양수산청의 2016년 통계자료를 이용하여 193,312건, 선박별하역평균시간(t)은 부산지방해양수산청의 2016년 통계자료인 항만하역능력현황 354,015,000ton/year과 부산항만공사의 2016년 통계자료인 20ft 컨테이너 실적을 이용하여 4.4hr/척을 구하였다. 연간환적수(N)는 해양 수산부의 부산 지방 해양수산청의 2016년 통계 자료를 이용하여 f₀를 구하고(Ministry of Oceans and Fisheries, 2017), 이를 외부 충격으로 인한 대량 누출, 소량 누출 두 가지의 경우로 가정하여 최종 사고 빈도는 대량누출의 경우 0.
이에 보수적인 결과를 도출하고자 벤젠과 톨루엔을 대표물질로 선정하였다. 항만 지역 내 위험물 컨테이너의 운영관리제도는 국제해사기구가 제정한 국제해상위험물규칙(International maritime dangerous goods cord, IMDG cord) 등의 국제 협약에 기초를 두고 있으며, 이에 대한 정보는 Table 1에 나타내었다(Ministry of Oceans and Fisheries, 2016; IMO, 2014).

데이터처리

최종적으로는, 정량적 소프트웨어인 DNV-GL사의 Safeti v6.7을 사용하여 피해범위 예측 및 사고 빈도를 분석하였고, 위험도 산정방법을 제시하였다.

이론/모형

대상지역이 부산항만이라는 지역적 특성을 고려하여 풍향은 기상청의 방재기상연보를 통하여 2016년 월별, 시간별 평균 풍속을 고려하였고(Meteorological Administration, 2017), 사고 빈도는 선박에 대한 누출사고 빈도를 적용하였으며(RIVM, 2009), 이를 Table 5, Table 6에 이를 나타내었다.
065를 적용하여 IR(Individual risk)을 구하였다. 더불어 인구 및 인구밀도는 국가통계포털(KOSIS, 2017)을 통하여 부산 남구의 인구밀도와 낮, 밤에 따른 주간인구와 상주인구를 각각 따로 적용하여 위험성 평가를 수행하였으며 이에 대한 정확한 수치는 Table 7, Table 8에 명시하였다(NFPA, 2017).
본 연구는 컨테이너 선박의 적재 능력의 표시기준(Twenty- foot equivalent unit, TEU)이 되는 20ft(2.4×2.4×6(m)) 컨테이너를 기준으로 하였다(Kim et al., 1998). 이론상으로 20ft 컨테이너에는 약 20톤까지 적재할 수 있기에 KOSHA Guide의 최악의 누출 시나리오(NICS, 2016)에 적용하여 대량누출의 경우 20톤의 BTX 물질이 10분 전량 누출되고, 기상 조건 역시 위의 기술지침에 따라 상온 상압(25℃, 1기압)에서 밤, 낮의 풍속은 각각 1.
비상대피 거리 산정을 위하여 프로그램 ALOHA(Areal location of hazardous atmospheres)와 Phast v6.7을 사용하였으며, 개인적인 위험도를 구하기 위하여 Safeti v6.7을 사용하였다.
시나리오의 기본적인 조건으로는 보수적인 영향범위를 산정하기 위하여 한국산업안전보건공단(KOSHA, Korea Occupational Safety ＆ Health Agency)에서 제정한 “사고 시나리오 선정에 관한 기술지침”을 적용하여 독성물질 누출 시 피해영향 범위를 산정하였다. 일반적으로 해상운송에서 사용하는 위험물 컨테이너는 일반적인 컨테이너의 형태와 탱크컨테이너(탱크테이너)의 형태로 구분되며 일반 컨테이너의 경우 20ft(2.

성능/효과

따라서 인구 차이로 인한 밤낮의 차이는 거의 없다고 볼 수 있다. 개인적 위험도(IR)는 외부 충격으로 인한 대량 누출 시 밤의 경우, 2.32E+02/year, 낮의 경우, 3.1E-08/year로 계산되었으며, 외부 충격으로 인한 소량 누출 시 밤의 경우 8.19E+0/year, 낮의 경우, 1.75E-09/year로 NFPA의 허용 가능한 범위에 포함되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 RIVM에 따라 네덜란드 기준을 확인해보면 개인적 위험도(IR)를 10^-6/year로 제한하고 있다.
따라서 항만 내 근로자의 비상대피거리 및 개인적 위험도(IR) 를 예측 및 분석할 수 있으나, 주거지역의 일반 주민들에게 미치는 영향이나 개인적 위험도(IR)는 낮음을 확인할 수 있었다.
이에 따라 위험물질의 운송 및 운반량 역시 증가하여 해상으로 운송되는 화학물질의 양과 종류가 급증하였다. 우리나라 항만정책은 항만의 시설 개발을 통한 물동량 증가, 하역생산성에만 주력하였기에, 항만 위험물 관리에 대한 논의가 상대적으로 소홀하였다. 화학물질의 양이 증가함에 따라 크고 작은 화학사고의 발생가능성과 위험성이 증가하였고, 국민들의 관심도 높아졌으며, 유해화학물질 사고의 잠재적인 위험성이 논의되기 시작하였다.
CA(Consequence assessment) 결과 부산 컨테이너 터미널에서 20톤의 BTX 물질 중 벤젠과 톨루엔이 누출되었을 경우 항만에서 1시간 동안 노출되었을 때 거의 모든 사람이 보호조치 불능의 증상을 유발하거나 회복 불가능 또는 심각한 건강상의 영향이 나타나지 않는 공기 중 최대 농도인 ERPG-2 농도보다 높은 농도에 노출되는 것으로 나타났다. 하지만 개인적 위험도(IR)는 항만 내에서만 형성되는 것으로 나타났고 주거지역에는 특별한 영향이 미치지 않는 것을 확인할 수 있었다.
항만지역의 지역적인 특성에 따라 밤에는 육풍에 의하여 육지에서 바다로, 낮에는 해풍에 의하여 바다에서 육지로 바람이 부는 것을 Contour를 통하여 확인할 수 있었다. 일반적으로 밤의 기상조건에서 독성물질이 대기 중에 빠르게 확산되기 때문에 더 큰 영향을 보였다.
우리나라 항만정책은 항만의 시설 개발을 통한 물동량 증가, 하역생산성에만 주력하였기에, 항만 위험물 관리에 대한 논의가 상대적으로 소홀하였다. 화학물질의 양이 증가함에 따라 크고 작은 화학사고의 발생가능성과 위험성이 증가하였고, 국민들의 관심도 높아졌으며, 유해화학물질 사고의 잠재적인 위험성이 논의되기 시작하였다. 국내에서는 이를 해결하기 위하여 화학물질관리법 및 화학물질등록 및 평가 방법에 관한 법률 등 이에 관련된 법 체계를 강화하여 화학물질을 보다 체계적으로 사용하고 사고를 예방하기 위해 노력하고 있다.

후속연구

4×6(m)) 기준 5-10개)의 컨테이너의 연쇄적인 누출이 일어날 경우에는 화재 등이 발생할 수 있으며, 주거지역에도 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구 결과가 항만에서 사고 발생 시 비상대응계획을 수립하고, 작업자 및 주거지역의 개인의 위험도 산정을 통해 사고 시 피해를 최소화할 수 있는 예방 방안으로 활용될 것을 기대 한다.
/year로 제한하는 등 주거지역의 위험도를 낮추기 위한 법을 시행하고 있다. 하지만 우리나라의 경우에는 네덜란드와 달리 개인적 위험도(IR)를 제한하는 기준이 없기 때문에 항만 및 사업장에서도 이러한 기준을 적용하기 위한 연구가 진행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화학물질관리법이 적용받지 않는 곳은 어디인가?	국내에서는 이를 해결하기 위하여 화학물질관리법 및 화학물질등록 및 평가 방법에 관한 법률 등 이에 관련된 법 체계를 강화하여 화학물질을 보다 체계적으로 사용하고 사고를 예방하기 위해 노력하고 있다. 하지만 화학물질관리법상에서 항공, 철도, 선박은 제외되어 있어 법적 사각지대에 놓여있는 상태이다.
	해상으로 운송되는 화학물질이 유통되는 장소는 어디며, 장소의 지리적 문제점은 무엇인가?	또한 많은 종류의 화학물질이 유통되고 있으며 이에 따라 물질마다 각각 다른 조건 (온도, 압력, 기상 등)에서 다른 방식의 관리가 필요하다. 국내 항만에서는 많은 위험물이 유통되고 있는데, 이러한 위험물의 취급장소가 주거지역과 근접해 있어 사고 발생 시 위험을 키울 수 있는 요인들이 많다(Kim et al, 2016).
	사고대비물질이란 무엇인가?	유해화학물질관리법 제2조에 의하면 “사고대비물질”이란 급성독성, 폭발성 등이 강하여 사고 발생의 가능성이 높거나 사고가 발생한 경우에 그 피해 규모가 클 것으로 우려되는 화학물질로서 사고 대비 및 대응 계획이 필요하다고 인정될 정도의 치명적인 물질이다. BTX 물질은 사고대비물질이며 동시에 위험물안전관리법상 위험물에 해당되는 물질이다.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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