[논문]염소 누출 사고사례연구를 통한 Flexible hose 설계 및 관리 방안 고찰

박수율; 임지표

doi:10.9713/kcer.2019.57.3.351

염소 누출 사고사례연구를 통한 Flexible hose 설계 및 관리 방안 고찰
Consideration on Design and Management of Flexible Hose through the Case Study of Chlorine Leak 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.57 no.3, 2019년, pp.351 - 357

박수율 (한국산업안전보건공단 울산지역본부 화학사고예방센터) , 임지표 (한국산업안전보건공단 울산지역본부 화학사고예방센터)

초록
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2018년 울산에서 Flexible hose의 파단으로 발생한 염소 누출사고를 분석하여 국내 설계 및 관리 기준을 제시하기 위한 연구를 수행하였다. 누출 사고가 발생한데는 다양한 원인이 있지만, 본 논문에서는 직접적 원인인 Flexible hose의 파단을 분석하는데 초점을 맞추었다. 분석 결과, 사고가 발생한 사업장에서 염소 이송에 사용하는 Flexible hose 는 재질 및 사용 두께 측면에서 부적절 했고, 사용 전 압력 테스트도 운전압력 이하에서 하는 등 문제가 있었다. 설문조사를 통하여 염소를 취급하는 울산지역의 다섯 곳의 사업장을 확인한 결과, 한 곳을 제외하고 염소 이송에 부적절한 Flexible hose를 사용하고 있었다. 현재 염소 이송용 Flexible hose의 설계에 대한 국내 기준이 없어 사용하는 Flexible hose의 적정성을 검토하는데 어려움이 있다. 본 연구를 통하여 국내에 적용할 수 있는 염소 이송용 Flexible hose의 설계 기준을 제시하였다. 본 논문에서 제시한 기준을 설계 및 검토에 적용한다면 염소 이송 시 발생할 수 있는 Flexible hose 파단의 위험성을 경감시키는데 기여할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This research was performed to propose domestic standard for design and management of flexible hose by analyzing chlorine leak caused by breakage of the hose in Ulsan, 2018. The leak had multiple causes but this paper focuses on analyzing the cause of breakage of flexible hose, the direct cause. According to the analysis, flexible hose that the company of the accident used for chlorine transfer was inappropriate in several aspects including material and wall thickness. And even pressure test had been conducted below operating pressure. Upon investigation on five companies that handle chlorine in Ulsan, four companies were using inappropriate flexible hose for chlorine transfer. Since there is no domestic standard for the design of flexible hose for chlorine transfer at present, it is hard to examine its design adequacy. Design standard of flexible hose used in chlorine transfer that is applicable domestically is proposed based on this research. It will contribute to the reduction in risk of breakage of the hose if the proposed standard could be applied in design and examination of flexible hose.

주제어

표/그림 (13)

표 Table 1. Specification of flexible hose that companies used for chlorine transfer in Ulsan
그림 Fig. 1. Overview of the accident.
그림 Fig. 2. Flexible hose for chlorine transfer.
그림 Fig. 3. Burst pressure and MAWP by outside diameter.
표 Table 2. Specification of burst flexible hose
표 Table 3. Property of PTFE used in burst flexible hose
그림 Fig. 4. Flexible hose after deformation.
그림 Fig. 5. Burst pressure by wall thickness of flexible hose.
그림 Fig. 6. Permeability of nonmetallic material [16].
그림 Fig. 7. Corroded flexible hose.
표 Table 4. Flexible hose before/after deformation
그림 Fig. 8. Vapor pressure of Chlorine.
그림 Fig. 9. Optimal thickness by outside diameter.

AI 본문요약
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문제 정의

사고를 통해 습득한 기술이 사고가 발생한 사업장만의 노하우로 국한된다면, 같은 사고가 반복적으로 발생할 위험이있다[6]. 명확한 사고 원인 분석을 통하여 같은 사고의 발생을 예방하기 위해 연구를 시작했다. 본 연구에서는 2018년 5월 울산에서 하역작업 중 Flexible hose 파단으로 발생한 염소 누출 사고사례 분석을 통하여 기존에 사용되어온 염소 이송용 Flexible hose의 적정성을 검토하고, 염소 이송용 Flexible hose에 대한 국외 기준을 분석하고 이를 바탕으로 국내에 적용할 수 있는 설계 기준을 제시하였다.
본 연구를 통해서 Euro Chlor, The Chlorine Institute의 권고사항을 토대로 국내 실정에 맞는 Flexible hose의 설계 기준을 제안 한다.
명확한 사고 원인 분석을 통하여 같은 사고의 발생을 예방하기 위해 연구를 시작했다. 본 연구에서는 2018년 5월 울산에서 하역작업 중 Flexible hose 파단으로 발생한 염소 누출 사고사례 분석을 통하여 기존에 사용되어온 염소 이송용 Flexible hose의 적정성을 검토하고, 염소 이송용 Flexible hose에 대한 국외 기준을 분석하고 이를 바탕으로 국내에 적용할 수 있는 설계 기준을 제시하였다.
본 연구에서는 Flexible hose의 파단으로 발생한 염소 누출 사고에 대하여 Flexible hose의 파단이 발생한 원인을 중심으로 분석하였다. 분석 결과 염소 이송에 사용하였던 Flexible hose는 설계 및 재질 측면에서 부적절했다.

제안 방법

그러나 염소 이송용 Flexible hose에 대하여 관련 기준을 적용하기에는 어려움이 있다. 고압가스안전관리법은 사용압력이 3.3 kPa 이하인 액화석유가스 또는 도시가스용 Stainless steel 재질의 Flexible hose에 대한 기술기준을 제안한다. 이는 염소 하역에 사용하는 질소 압력 및 염소의 부식성으로 인한 재질을 고려하였을 시 적합하지 않다.
0 mm로 감소하였다. 두께가 감소됨과 동시에 외경의 증가가 발생하였으나, 본 연구에서는 두께의 변화만 고려하였다. Barlow’s equation을 적용하여 변형이 발생하기 전·후의 Burst pressure과 최대사용압력을 계산하면 Table 4 및 Fig.
Equation (1998) (식 (5)) 등을 통해 추산할 수 있으며, 일반적인 형태의 두꺼운 Flexible hose의 연성파괴는 Lame’ Equation (식 (6))을 통해 추산할 수 있다[11,23]. 본 연구에서는 세 가지의 식을 모두 적용하여 가장 보수적인 값을 설계에 적용한다.
본 연구에서는 탱크로리로부터 상·하역시 사용하는 Flexible hose에 대한 설계 기준을 제시하는 것으로, The Chlorine Institute의 1/2'' 미만 Tube에 대한 설계압력은 제시하지 않는다.
사고가 발생한 사업장을 포함하여 울산지역에서 염소를 생산 또는 사용하기 위하여 입·출하 설비를 갖춘 업체 다섯 곳의 실태를 확인 하였다.
세 개의 식을 검토한 결과, Lame’ Equation이 Burst pressure (125 bar,g)를 기준으로 외경에 따른 두께를 가장 보수적으로 제안하였다.
염소의 독성을 고려하였을 때, 염소가 누출될 가능성이 있는 설비는 적정한 기준을 바탕으로 설계 및 검토되고 관리되어야 하나, 국내에 관련 기준이 없어 본 연구를 통하여 국내 실정에 맞도록 설계 및 검토 기준을 제시하였다.
배관에 잔류 염소가 존재할 경우 외기의 온도에 의해 증기압이 상승하여 설계압력을 초과할 경우 배관의 파단이 발생할 수 있다. 이러한 이유로 본 연구에서는 설계압력은 설계온도에서 온도에 대한 설계마진을 적용하고 그 온도에서의 염소의 증기압을 기준으로 제시하였다.
설계 마진을 고려 한 온도(80 ^oC)에서의 염소의 증기압은 약 25 bar,g 이다. 이를 고려하여 MAWP를 25 bar로 설계한다.

대상 데이터

4 bar,g) 이상에서 사용되고 있었다. Braid 재질은 염소가 침투되었을 시 부식에 취약한 SUS304를 사용하였다.
사고가 발생한 하역 작업에서 염소를 이송하는데 사용된 Flexible hose의 사양을 Table 2에나타내었다. Polytetrafluoroethylene (PTFE)의 내관에 SUS304 재질의 Braid를 사용하였으며, Braid를 보호하기 위한 Guard는 없었다. Flexible hose 제작사로부터 제공받은 제품사양서를 확인한 결과 사용 전 7 bar,g의 압력(운전압력: 9.
2018년 5월 울산시 소재 B공장에서 염소를 하역하는 도중 내압에 의해 Flexible hose가 파단 되어 염소가 누출되는 사고가 발생하였다. 이 사고로 28명이 호흡계통에 불편을 느껴 병원 진료를 받았다. Flexible hose의 파단으로 염소가 누출되는 사고가 연이어 발생하면서 염소의 이송에 사용하는 Flexible hose 관리 필요성이 대두되고 있다.

이론/모형

사고원인분석 시 Flexible hose의 내압에 따른 두께의 설계를 검토하기 위하여 Barlow Equation을 사용하였다. Barlow Equation은 한 방향(1D, for plane)만을 가정하여 Burst pressure를 추산 한 것 으로, 얇은 벽(t/Do < 0.
설계온도는 액체염소의 저장설비의 설계온도(-35 °C)와 여름철 최대 온도를 기준으로 하며, Euro Chlor, The Chlorine Institute에서 제안하는 설계온도를 준용한다[18,19].
사용하는 염소가 Dry condition 이라도 외기로 침투되면 Wet condition이 되기 때문이다. 염소에 대한 부식성을 고려하여 재질을 선정하여야 하며 본 연구에서는 설계에 Euro Chlor, The Chlorine Institute의 권고 사항을 적용 한다[5,19].
염소의 증기압은 Antoie equation[21], 실험값[22]을 참고 하였다. 50 ^oC에서 염소의 증기압은 약 14~15 bar이다.

성능/효과

두 가지의 주요 원인을 분석한 결과를 요약하면 Flexible hose의 파단은 내관을 강화해주는 역할을 하는 Braid가염소에 의한 부식으로 역할을 하지 못하였으며, Flexible hose의 최대사용압력(MAWP) 이상에서의 운전으로 변형이 발생하였다. Braid 이상 및 압력 관리 실패로 염소 하역 작업 중 내압으로 부풀어 올라 직경이 증가하고, 두께가 감소하였다.
두 번째, 재질 선정 측면에서 파단의 원인을 보면, 내관을 비금속 재질을 사용할 경우 염소의 침투성(Permeability)을 고려하여 염소에 의한 부식에 저항력이 있는 재질의 Braid를 사용하여야 한다. 특히, PTFE 등 Fluoropolymer를 원료로 하는 배관에서 물질 이송 중 침투로 인하여 발생한 문제로 침투특성에 대한 많은 연구들이 수행되었다[12-15].
본 연구에서는 Flexible hose의 파단으로 발생한 염소 누출 사고에 대하여 Flexible hose의 파단이 발생한 원인을 중심으로 분석하였다. 분석 결과 염소 이송에 사용하였던 Flexible hose는 설계 및 재질 측면에서 부적절했다. Flexible hose의 운전압력(9.
사고가 발생한 후 파단 된 Flexible hose 단면의 두께를 측정한 결과(Fig. 4), 변형이 발생하여 두께가 1.5 mm에서 1.0 mm로 감소하였다. 두께가 감소됨과 동시에 외경의 증가가 발생하였으나, 본 연구에서는 두께의 변화만 고려하였다.
나머지 네 개의 업체에서는 염소 이송에 소요되는 시간을 기준으로 사업장 자체적으로 설계하였다. 조사 결과 네 개의 업체에서 사용하는 Flexible hose는 2018년 5월 파단이 발생한 설비와 유사한 사양의 Flexible hose를 사용하고 있었다.
첫 번째, 설계적인 측면에서 Flexible hose의 파단을 보면, 운전 시 사용하는 최대 압력은 질소의 공급 압력인 9.5 bar,g이고, Flexible hose의 설계압력은 21 bar,g이다. 염소 하역에 사용된 Flexible hose의 두께(1.

후속연구

본 논문에서 제시 한 설계기준을 바탕으로 현장에서 사용하는 염소 상·하역 설비에 적용한다면 동일 사고 예방에 기여할 뿐만 아니라, 안전밸브 후단, 위험물 이송용 배관 등에 사용되는 Flexible hose의 적정성을 검토하는 기준을 제시할 것이다.
본 연구를 통해 제시한 설계기준을 실제 현장에서 적용하기 위해서는 설계기준에 의해 제작된 Flexible hose의 Sampling을 통한 Burst pressure에 대한 실험적 검토가 필요하다. 본 논문에서 제시 한 설계기준을 바탕으로 현장에서 사용하는 염소 상·하역 설비에 적용한다면 동일 사고 예방에 기여할 뿐만 아니라, 안전밸브 후단, 위험물 이송용 배관 등에 사용되는 Flexible hose의 적정성을 검토하는 기준을 제시할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Flexible hose의 관리에 대한 국내 기준은 어떤 것들이 있는가?	Flexible hose의 관리에 대한 국내 기준으로는 고압가스안전관리법의 가스용 금속플렉시블호스 제조의 시설 기술 검사 기준[3], 안전보건공단의 유해·위험물 취급용 플렉시블 호스의 사용안전에 관한 기술지침[4]이 있다. 그러나 염소 이송용 Flexible hose에 대하여 관련 기준을 적용하기에는 어려움이 있다.
	고압가스안전관리법에 제안된 Flexible hose에 대한 기술기준을 적용하기 어려운 이유는?	3 kPa 이하인 액화석유가스 또는 도시가스용 Stainless steel 재질의 Flexible hose에 대한 기술기준을 제안한다. 이는 염소 하역에 사용하는 질소 압력 및 염소의 부식성으로 인한 재질을 고려하였을 시 적합하지 않다. 안전보건공단의 기술지침은 Flexible hose의 구성 및 사양, 설치, 점검 시 주의사항 등 일반적 관리사항을 기술하고 있어 염소 하역용 Flexible hose의 설계 및 적정성 검토에 적용할 수 없다.
	국내 업체에서 염소 누출 위험성이 높은 Flexible hose를 관리함에 있어 문제점은?	위험성을 고려하였을 때, 염소 이송용 Flexible hose에 배관 분류 코드를 부여하고 설계 기준을 확립하여 주기적인 점검과 교체가 이루어져야 한다. 그러나 염소를 취급하는 국내 업체에서는 염소 하역용 Flexible hose를 배관으로 관리하지 않아 점검 및 교체가 작업자의 주관적 판단에 의해 이루어지고 있다.

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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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