[논문]할로겐화합물청정소화약제 안전기준 설정에 관한 연구

조중래; 이종호

doi:10.7731/kifse.2018.32.5.022

할로겐화합물청정소화약제 안전기준 설정에 관한 연구
Study on the Safety Standard Establishment of Halogen Clean Extinguishing Agents 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.32 no.5, 2018년, pp.22 - 33

조중래 (안전보건공단) , 이종호 (원광대학교 소방행정학과)

초록
AI-Helper

화재에 대한 우수한 소화력, 적응성 및 잔류물이 남지 않는 등의 장점으로 최근 할로겐화합물청정소화약제의 사용량이 증가하고 있다. 하지만 유해성에 대한 검증과 안전기준이 설정되지 않은 상태로 사용되어 사망사고 등의 재해가 다발하고 있는 실정이다. 본 논문은 문헌 및 실험연구를 통해 할로겐화합물청정소화약제의 안전한 사용을 위한 법적인 노출기준과 가스 모니터링과 연계된 정량적 환기시스템, 유해성 주지 및 적정 보호구 선정을 포함한 안전기준 설정을 제안하고자 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The amount of halogen clean fire extinguishing agents has been increased by the excellent features of extinguishing, adaptability and no residue. On the other hand in situations without a hazard assessment and safety standard of agents, chemical accidents by the agents occurs frequently. This study was performed to propose the halogen clean agents' regulatory exposure limit and safety standard including the quantitative ventilation system with gas leak monitoring, hazard recognition and optimal personal protection selection through a literature review and experimental research.

주제어

표/그림 (23)

표 Table 1. The Representative CFCs Substitutes⁽¹²⁾
표 Table 2. ASHRAE Standard 34, Designation and Safety Classification⁽¹²⁾
표 Table 3. Toxic Gas Classification of the National Acts
그림 Figure 1. Monitoring of O₂ concentration at disaster workplace by CFD modeling⁽²⁾.
표 Table 4. The HCFC-123 Concentration Assessment of Disaster Investigation⁽¹⁾
그림 Figure 2. The schematic diagram of OELs and safety standard setting.
그림 Figure 3. The chemical exposure control recommended by AIHA⁽¹⁰⁾.
그림 Figure 4. The flow diagram of chemical exposure limit setting⁽⁹⁾.
표 Table 5. The OELs Related Terms Definition⁽¹⁰⁾
표 Table 6. Experiment Conditions
그림 Figure 5. The picture of experimental apparatus.
그림 Figure 6. The schematic diagram of the experiment (Monitoring and ventilation system).
표 Table 7. The Results of Toxicological Hazard Assessment for HCFC-123⁽¹⁸⁾
표 Table 8. The Calculation of RfC_worker Value for HCFC-123⁽⁹⁾
표 Table 9. Uncertainty Factor (UF) for Calculating the RfC_worker⁽⁹⁾
그림 Figure 7. Experiment results for verifying the concentration reduction effects with the ventilation rate.
표 Table 10. The Occupational Exposure Limits (OELs) Establishment by Foreign Organization for HCFC-123
그림 Figure 8. The graph of ACH vs fan velocity.
그림 Figure 9. FTIR monitoring system of HCFC-123.
표 Table 11. CHEM-i Result of HCFC 123⁽¹⁹⁾
표 Table 12. Occupational Safety and Health Administration (OSHA) Respirator Selection Standard⁽²¹⁾
그림 Figure 10. Schematic diagram of setting the safety standards of halogen clean agents.
표 Table 13. Respirator Recommendation Example for each Toxic Gas (HCFC-123)⁽¹⁷⁾

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 HCFC-123 등 일부 할로겐화합물청정소화약제는 독성화학물질이지만 산업안전보건법상 법적 규제대상물질로 분류되어 있지 않아 적정 안전관리가 이루어지지 않고 있는 실정이다. 본 연구는 노출기준과 안전기준이 없어 사고위험성이 높은 할로겐화합 물청정소화약제의 안전한 사용을 위한 법적인 노출기준과 안전기준 설정(안)을 제시하기 위해 실시되었다.
본 연구는 할로겐화합물청정소화약제의 안전한 취급을 위한 (1) 할로겐화합물청정소화약제 노출기준과 (2) 세부 안전기준(안) 설정을 목적으로 진행되었다. 노출기준설정은 국내외 독성자료와 EPA의 신규화학물질 노출기준 산출 기법인 RfC_worker (Reference concentration) methodology를 활용하였고 안전기준설정은 KOSHA Guide, 화재안전기준(NFSC), AIHA, National fire protection association (NFPA)등 해외규정과 국내외 연구논문 등을 활용하였으며 현장 적용가능성 검토를 위해 실험연구를 병행하였다.
본 연구에서는 급성 독성간질환이 발생된 유해화학물질인 HCFC-123을 포함한 할로겐화합물청정소화약제에 대한 노출기준과 안전기준을 설정하기 위해 실시되었다. HCFC-123의 노출기준은 동물독성자료를 활용한 유해성평가, 인체 안전기준으로 외삽(extrapolation), RfC_worker 산정 및 사회 경제적 · 기술적 합의과정을 통해 최종 노출기준 10 ppm을 제안하였다.
할로겐화합물과 같은 독성가스는 인체 노출 시 건강장해를 유발할 수 있어 특별한 안전관리가 필요하다. 최근 국내에서 발생한 할로겐화합물사망사고사례⁽²²⁾를 통해 사고의 원인과 대응방안에 대해 고찰해보고자 한다. 2건의 사망사고 사례로서 2017년 7월 HCFC-123을 원재료로 할로겐청정소 화기를 제조 하던 근로자 1명이 독성 간염(중독)으로 사망한 사고와 2011년 7월 대형마트 지하터보냉동기실에서 냉동기 수리작업을 하던 근로자 4명이 잔류냉매인 HCFC-123의 누출로 질식 사망한 사고이다.

제안 방법

HCFC-123의 노출기준은 동물독성자료를 활용한 유해성평가, 인체 안전기준으로 외삽(extrapolation), RfCworker 산정 및 사회 경제적 · 기술적 합의과정을 통해 최종 노출기준 10 ppm을 제안하였다.
HCFC-123의 노출기준은 동물독성자료를 활용한 유해성평가, 인체 안전기준으로 외삽(extrapolation), RfC_worker 산정 및 사회 경제적 · 기술적 합의과정을 통해 최종 노출기준 10 ppm을 제안하였다. 기타의 독성이 있는 할로겐화합물청정소화약제(HCFCs, HFCs 등)에 대해서도 동일한 절차로 노출기준을 설정할 것을 추가적으로 제안하였다. 할로겐화합물청정 소화약제의 안전한 사용을 위한 안전기준은 (1) 가스농도 모니터링 (2) 노출기준이하 농도유지를 위한 정량적 기계 환기시스템 (3) 유해성 주지 (4) 개인보호구 착용 등 4가지 항목을 제안하였다.
노출기준 이하의 안전한 상태를 유지하기 위한 안전기준은 AIHA, ACGIH Industrial Ventilation, NFPA, ASHRAE 및 등 화학물질 안전보건 문헌자료를 통해 검토한 결과 가스감지경보설비(모니터링) 및 이와 연동된 환기설비 설치 · 가동, 독성화학물질 유해성 주지 및 적정보 호구 지급 · 착용을 필수항목으로 도출하였다.
AIHA 등 산업안전 · 보건관련 전문기관에서 독성화학물질(가스) 안전을 위한 필수사항으로 Figure 3과 같이 환기, 모니터링 등 (1) 공학적 대책과 유해성주지, 보호구 착용 등 (2) 관리적 대책을 제시하고 있었다. 따라서 할로겐화합물청정소화약제 안전기 준의 필수항목으로 가스감지경보시스템, 환기설비, 유해성 주지 및 보호구 착용 등 4가지 항목이 포함될 것을 제안하였다. 가스감지경보 및 환기시스템 구축 등 공학적 안전기준에 대해서는 실험연구를 통해 현장 적용가능성을 재확인하였다.
노출기준 이하의 안전한 상태를 유지하기 위한 안전기준은 AIHA, ACGIH Industrial Ventilation, NFPA, ASHRAE 및 등 화학물질 안전보건 문헌자료를 통해 검토한 결과 가스감지경보설비(모니터링) 및 이와 연동된 환기설비 설치 · 가동, 독성화학물질 유해성 주지 및 적정보 호구 지급 · 착용을 필수항목으로 도출하였다. 먼저 환기기준 적용을 위해 모형실험과 문헌조사를 병행하였는데 환기효과(환기효율) 검증을 위해 3가지 조건(밀폐, 창문개방 자연환기, 팬을 이용한 기계환기)에서 HCFC-123의 시간에 따른 농도변화를 확인하였다. 환기효과는 ASHRAE에서 제안 하는 환기효율 지표인 Air change per hour (ACH) (11) 를 활용 하였는데 환기효과 검증 결과 기계환기(팬)가 실내 오염물질 감소에 기여함을 확인할 수 있었고 기계환기(팬)의 속도가(유량) 증가할수록 농도저감 효과가 급격히 증가하는 것을 알 수 있었다.
Figure 5는 주요 실험 장비와 실험 모습을 Figure 6은 실험 개략도를 보여주고 있다. 본 실험은 독성화학물질로 인한 안전성확보를 위해 보호구를 착용하고 실험실 후드 내에서 실험을 실시하였다.
기타의 독성이 있는 할로겐화합물청정소화약제(HCFCs, HFCs 등)에 대해서도 동일한 절차로 노출기준을 설정할 것을 추가적으로 제안하였다. 할로겐화합물청정 소화약제의 안전한 사용을 위한 안전기준은 (1) 가스농도 모니터링 (2) 노출기준이하 농도유지를 위한 정량적 기계 환기시스템 (3) 유해성 주지 (4) 개인보호구 착용 등 4가지 항목을 제안하였다. 안전기준은 국내외 독성가스안전관련 문헌자료 검토를 통해 제안하였고 Figure 10은 상기의 4가지 안전기준이 적용된 공간을 보여주고 있다.
할로겐화합물청정소화약제 안전기준의 설정은 먼저 국내외 문헌자료를 통해 국내안전기준에 필수적으로 포함되어야 할 항목(기준)을 검토하였다. AIHA 등 산업안전 · 보건관련 전문기관에서 독성화학물질(가스) 안전을 위한 필수사항으로 Figure 3과 같이 환기, 모니터링 등 (1) 공학적 대책과 유해성주지, 보호구 착용 등 (2) 관리적 대책을 제시하고 있었다.

대상 데이터

Table 7은 HCFC-123의 노출기준 설정을 위해 국제적으로 공인된 독성정보제공 데이터베이스 TOXNET(18)을 통해 NOAEL 자료를 확보한 사례이다. HCFC-123의 노출기준제정의 목적은 HCFC-123흡입으로 인한 간독성을 예방하기 위한 것으로서 동물실험 자료 중 간 독성(Liver injury) 자료인 NOAEL 1,000 ppm을 선정하였다.
두 번째 사례는 2011년 7월 대형마트 지하터보냉동기실 에서 냉동기 수리과정 중 잔류냉매(HCFC-123)의 고농도 누출로 지하공간의 산소농도가 급격히 감소(HCFC-123누출에 의한 산소치환작용)하여 근로자 4명이 산소결핍에 의한 질식으로 사망한 사례이다. Figure 1은 정밀재해조사 과정에서 Computational fluid dynamics (CFD)모델링을 통해 HCFC-123 누출량에 따른 산소농도변화를 예측한 결과로 누출 후 약 20~40 s 이내에 산소농도가 12~14% 정도의 위험한 농도수준에 도달하는 것을 추정할 수 있었다(산업안 전보건법 적정 산소농도기준: 18~23.
소화약제가 분사에 따른 가스농도 모니터링과 환기효율평가를 위한 실내공간모형은 정육면체의 아크릴박스(L30 cm × W30 cm × H30 cm)형태로 제작하였고 소화약 제는 국내에서 판매되는 HCFC-123 휴대용소화기(270 g)를사용하였다.

이론/모형

노출기준(Occupational exposure limits, OELs)의 설정은 역학조사나 동물실험 등 독성자료를 활용해 독성화학물질에 노출되는 근로자의 안전 용량(Safety dose), 즉 인체에 독성 영향을 나타내지 않을 것으로 기대되는 농도를 산출하여 인체에 적용하여 노출기준을 산정하는 방법인 RfC_worker methodology를 활용한다. Figure 4는 EPA에서 제시하는 RfC_worker methodology 세부절차이며, 노출기준 산정을 위한 독성자료는 EPA, KOSHA, TOXNET, European chemical agency (ECHA), Hazardous substances data bank (HSDB), International programme on chemical safety (IPCS), Integrated risk information system (IRIS) 등 국제적으로 신뢰성이 인정된 독성자료를 활용한다.
본 연구는 할로겐화합물청정소화약제의 안전한 취급을 위한 (1) 할로겐화합물청정소화약제 노출기준과 (2) 세부 안전기준(안) 설정을 목적으로 진행되었다. 노출기준설정은 국내외 독성자료와 EPA의 신규화학물질 노출기준 산출 기법인 RfC_worker (Reference concentration) methodology를 활용하였고 안전기준설정은 KOSHA Guide, 화재안전기준(NFSC), AIHA, National fire protection association (NFPA)등 해외규정과 국내외 연구논문 등을 활용하였으며 현장 적용가능성 검토를 위해 실험연구를 병행하였다. Figure 2는 노출기준과 할로겐화합물청정소화약제 안전기준을 설정하는 절차를, Figure 3은 AIHA 등 국내외 산업보건전문기관에서 제안하는 화학물질 안전관리 개념도를 보여주고 있다.
노출기준은 국내외 공인 독성자료(동물실험, 역학조사 결과 등)를 통해 인체 안전농도를 추정하는 EPA의 RfC worker methodology를 활용하여 산정하였다.
46 m/s로 증가함에 따라 ACH가 15에서 196 으로 약 13배 정도로 급격히 증가하는 것을 보여주고 있다. 본 실험에서 ACH산출은 ASHRAE에서 제시하는 ACH 계산공식(시간에 따른 농도변화 값을 로그변환한 후 ACH계산)을 활용하였다. 현재 국내 환기관련 규정(건축물 설비기준 규칙, 사무실공기질, 실내공기질, 다중이용시설 필요 환기량 등)에는 실내 오염원의 노출기준과 연계하여 필요 환기량을 정량적으로 제시하지 않고 ACH나 인당 환기량(m3/ 인 · hr) 등 정성적인 환기량을 제시하고 있어 독성물질의 체계적인 안전관리(노출기준 이하 유지)가 이루어지지 있지 않다.
소화약제가 분사에 따른 가스농도 모니터링과 환기효율평가를 위한 실내공간모형은 정육면체의 아크릴박스(L30 cm × W30 cm × H30 cm)형태로 제작하였고 소화약 제는 국내에서 판매되는 HCFC-123 휴대용소화기(270 g)를사용하였다. 소화약제 분사 후 실내의 HCFC-123농도 모니터링은 EPA에서 제시하는 측정방법인 Fourier transform infrared (FTIR)을 활용하였고 Table 6과 같은 실험조건에서 소화약제 분사에 따른 농도모니터링 및 환기효율을 측정하였다. Figure 5는 주요 실험 장비와 실험 모습을 Figure 6은 실험 개략도를 보여주고 있다.

성능/효과

9 ppm으로 평가되었다. HCFC-123의 RfC_worker 5.55 ppm, 최근 국내에서 발생한 HCFC-123 사망사고가 발생한 현장의 TWA 농도측정결과 19.1~20.9 ppm 농도수준, 해외의 노출기준 등을 고려할 때 HCFC-123의 국내 노출기준 10 ppm이 적정할 것으로 제안해 본다. HCFC-123 노출기준의 설정에서와 같이 기타의 할로겐화합물청정소화약제의 경우에도 독성이 있는 경우 반드시 노출기준 설정이 필요할 것으로 판단된다.
에 해외노출기준을 비교하고 국가별 사회경제적, 기술적 상황 등을 종합적으로 고려해최종결정하게 된다. HCFC-123의 경우 노출기준이 설정된 국가는 미국, 핀란드, 일본 등 3개국이었으며, 미국 AIHA, 핀란드 Ministry of social affairs and health (MoSH), 일본 JSOH의 OELs을 비교했을 때 TWA를 기준으로 핀란드와 일본에서는 노출기준 10 ppm으로 미국의 50 ppm보다 엄격한 기준으로 관리되고 있음을 알 수 있었다.
최근 국내 할로겐화합물청정소화기 제조사업장에서 HCFC-123 취급 근로자 1명이 사망하는 화학물질 중독사고가 발생하였다. 고용노동부 중대재해원인조사결과 최종 사고의 원인은 간독성화학물질인 HCFC-123을 취급하던 근로자가 환기가 불충분한 작업공간에서 HCFC-123에 고농도 노출되어 중독 사망한 것으로 밝혀졌다. 독성화학물질은 산업안 전보건법 등 법에서 정한 노출기준과 안전기준을 준수하고 취급하도록 규정되어 있으나 현재 국내에서 사용 중인 할로겐화합물청정소화약제는 고 독성물질임에도 불구하고 노출기준과 안전기준이 설정되어 있지 않아 사고발생 위험성이 높은 상황이다.
상기의 사망사고 건은 고용노동부와 안전보건공단(KOSHA) 합동으로 정밀사망원인 조사를 수행한 사례로 첫 번째 사례는 할로겐청정소화기를 제조하는 공장에서 HCFC-123을 원재료로 하여 이동식 소화기를 제조하던 근로자(충진 · 포장 작업) 2명이 13일 가량 작업 후 급성 간염으로 1명이 사망하고 1명이 질병에 이환된 사례이다. 원인조사결과 사고원인은 HCFC-123이 고독성화학물질임에도 노출기준이 설정되지 않았고 환기설비가동, 보호구착용 등 화학물질 안전조치가 취해지지 않은 상태로 취급되어 근로자가 고농도의 HCFC-123을 흡입했기 때문인 것으로 밝혀졌다. Table 4는 재해원인조사과정에서 작업 당시 상황을 재현하여 노출수준을 평가한 결과로 HCFC-123의 농도는 Time weighted average (TWA)기준으로 19.
먼저 환기기준 적용을 위해 모형실험과 문헌조사를 병행하였는데 환기효과(환기효율) 검증을 위해 3가지 조건(밀폐, 창문개방 자연환기, 팬을 이용한 기계환기)에서 HCFC-123의 시간에 따른 농도변화를 확인하였다. 환기효과는 ASHRAE에서 제안 하는 환기효율 지표인 Air change per hour (ACH) (11) 를 활용 하였는데 환기효과 검증 결과 기계환기(팬)가 실내 오염물질 감소에 기여함을 확인할 수 있었고 기계환기(팬)의 속도가(유량) 증가할수록 농도저감 효과가 급격히 증가하는 것을 알 수 있었다. Figure 7은 환기조건(밀폐→기계환기)에 따른 환기효과를 ACH를 통해 보여주고 있는데 별도의 환기조건이 없는 공간에서는 환기효율 ACH가 5.

후속연구

안전관리는 비법규적 가이드라인을 통해서도 관리될 수 있지만 사망사고 유발 화학물질의 안전관리는 반드시 법적 안전기준설정을 통해 철저한 관리가 이루어져야할 것으로 사료된다. 본 연구결과를 통해 독성 할로겐화합물청정소화약제의 안전한 사용을 위한 법적 노출기준과 안전기준의 설정에 기초자료가 되기를 기대해본다.
안전기준은 국내외 독성가스안전관련 문헌자료 검토를 통해 제안하였고 Figure 10은 상기의 4가지 안전기준이 적용된 공간을 보여주고 있다. 산업의 발달과 화재의 복잡 · 다양화에 따라 향후 할로겐화합물청정소 화약제의 사용량이 증가할 것으로 예상되고 화학물질 안전사고의 위험성도 증대될 것으로 추정된다. 안전관리는 비법규적 가이드라인을 통해서도 관리될 수 있지만 사망사고 유발 화학물질의 안전관리는 반드시 법적 안전기준설정을 통해 철저한 관리가 이루어져야할 것으로 사료된다.
즉 HCFC-123 등 할로겐청정소화약제가 취급되는 공간의 인명안전을 위해 FTIR을 통한 가스모니터링 · 경보 및 이와 연동하여 할로겐 소화약제 노출기준이하수준 유지를 위한 기계환기설비설 치가 필요하며, 산업안전보건법(근로자)과 화재안전기준등 안전관리를 위한 법적 안전기준에 할로겐청정소화약제 (화학물질) 안전조항을 신설하고 세부내용으로 실내 취급 장소에 가스감지경보기의 설치(고정형태로 바닥에서 30 cm 이내 위치의 누출 위험장소 주위)와 환기설비의 가동 (농도수준에 따라 연동된 환기설비 환기량설정(ACGIH 환기량기준 등))항목이 포함될 것을 제안한다.
/min), C는 목표 농도(OELs, ppm)를 의미한다. 즉, 할로겐화합물청정소화약제의 안전기준으로서 환기기 준에는 기계환기설비의 도입과 더불어 화학물질 발생량과 연계한 필요 환기량을 정량적으로 제시함이 필요할 것으로 판단된다. 화학물질은 눈, 코 등 오감으로는 정확한 인지하기 어렵기 때문에 독성물질의 감지와 경보시스템은 화학물질 안전관리의 필수사항으로 환기설비 연동하여 가스감지 경보장치가 구축되어야한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	할로겐화합물청정소화약제는 무엇인가?	할로겐화합물청정소화약제는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드 중 하나 이상의 원소를 포함하고 있는 유기화합물을 기본성분으로 하는 소화약제를 말한다. 국내에 사용 중인할로겐화합물소화약제는 HCFC-123, HCFC-124 등 HCFCs계열과 HFC-236fa, HFC-227ea 등 HFCs계열로 크게 구분되고 대표적인 소화약제는 Table 1과 같다.
	할로겐화합물청정소화약제의 사용량이 증가하고 있는 이유는?	화재에 대한 우수한 소화력, 적응성 및 잔류물이 남지 않는 등의 장점으로 최근 할로겐화합물청정소화약제의 사용량이 증가하고 있다. 하지만 유해성에 대한 검증과 안전기준이 설정되지 않은 상태로 사용되어 사망사고 등의 재해가 다발하고 있는 실정이다.
	독성화학물질 취급안전을 위한 필수 항목으로 고려되는 보호구착용에는 어떤 고려사항이 필요한가?	독성화학물질 취급안전을 위한 필수 항목으로 보호구착용을 고려할 수 있다. 가스검지 및 환기 등에 의한 공학적 안전관리는 오작동(작동 실패) 등에 의해 고 농도의 가스누출위험이 존재할 수 있다. 위험상황에서도 안전성 향상을 위해 다중성(Redundancy)을 고려함이 필요하고 이를 위해화학물질의 노출특성에 적합한 보호구를 선정하고 착용하는 절차가 필요하다. 증발속도가 빠르고 호흡기 노출 가능성이 높은 물질은 호흡용보호구를, 증발속도는 낮으나 지용성이 높아 피부로 빠르게 흡수되어 독성작용을 일으키는 물질은 호흡용보호구 외에 보호의, 보호 장갑, 보안경 등을추가로 착용토록 해야 한다. 호흡용보호구의 보호구 선정 절차를 예를 들어보면 호흡용 보호구는 근로자가 OELs이하의 수준을 노출을 유지하기 위해 독성가스의 노출공간의 농도수준에 따라 적정보호계수(Assigned protection factor, APF)의 보호구를 적용하는 것이 중요하다.

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원문보기 상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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