[논문]KORA 프로그램을 활용한 벤젠 누출사고 피해영향범위에 관한 연구

차정민

doi:10.7731/kifse.2019.33.4.112

KORA 프로그램을 활용한 벤젠 누출사고 피해영향범위에 관한 연구
A Study on the Range of Damage Effects of Benzene Leakage Accidents using the KORA Program 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.33 no.4, 2019년, pp.112 - 120

차정민 (경북전문대학교 소방안전관리과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 위험물안전관리법상 제4류 위험물에 해당하는 벤젠을 대상 물질로 선정하여 항만시설의 하역 과정에서 화재 및 누출사고가 발생하는 경우 가상의 시나리오를 통해 "독성(Toxic)"과 "액면화재(Pool fire)"에 대한 피해 규모를 정량적으로 평가하고자 하였다. 평가방법은 국내 화학물질안전원에서 범용프로그램으로 지원하는 KORA 프로그램을 활용하였으며, 벤젠의 화재 및 누출사고에 대한 피해영향 범위를 예측한 결과 독성으로 인한 피해 범위의 경우 누출공의 크기가 감소함에 따라 "최악의 사고시나리오" 대비 사고 피해영향 범위가 최대 5.11%까지 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 누출시간에 대한 피해영향 범위의 경우 누출시간 5 min 대비 10 min에서 145.12% 증가하였으며 20 min에서는 212.29%로 증가하였다. 또한, 액면화재로 인한 피해의 경우 "최악의 사고시나리오"에서 복사열에 의한 피해영향 범위는 취급시설을 중심으로 반경 228.8 m로 나타났으며, "대안의 사고시나리오"의 경우 복사열에 의한 피해영향 범위는 누출공의 크기가 배관 단면적이 감소함에 따라 "최악의 사고시나리오" 대비 사고 피해영향 범위가 최대 8.26%까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Benzene is a class 4 hazardous material according to the Act on the Safety Control of Hazardous Substances. This study qualitatively evaluated the damage size of a "toxic" accident and "pool fire" accidents based on benzene in a virtual scenario of a fire and leakage accident during unloading at a port facility. The KORA program was used as an evaluation method, which is supported as a universal program by the National Institute of Chemical Safety. The range of damage effects of a benzene-induced fire and leakage accident was predicted. In the case of toxic damage range, the accident's damage effect range for the "worst case scenario" was reduced by up to 5.11% with a decrease in the size of the leakage hole. In the case of the leakage time, the damage effect range increased to 145.12% with a 10 min leakage time compared to that of a 5 min leakage time and went up to 20 min (212.29%) with a 20 min leakage time. In the case of pool-fire-induced damage, the damage effect range by radiant heat in the "worst case scenario" was 228.8 m in radius from the center of the handling facility. In the "alternative scenario," the damage effect range by radiant heat was reduced by up to 8.26% compared to that in the "worst case scenario" since the size of the leakage hole was decreased by reducing the cross-sectional area of the pipe.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

또한, 액체화물의 누출에 따른 Toxic (독성), Pool fire (액면화재)의 사고 피해영향 범위를 측정하고자 하였으며 사고 조건에 따른 피해영향 범위를 비교하고자 “최악의 사고시나리오”와 “대안의 사고시나리오”를 산정한 후 연구를 통해 사고 피해영향 범위를 감소시킬 방안을 고찰함으로써 위험물 하역 항만에 대한 안전성 확보를 위한 신뢰성 있는 기초자료를 얻고자 하였다.
본 연구에서는 국내에서 유류 및 액체 화물의 물동량이 가장 많은 울산항을 중심으로 주요 취급화물 중 인화성 액체로서 벤젠을 대상 물질로 하여 누출 및 화재폭발 사고의 위험 특성을 정량적으로 평가하고자 하였다. 보통 국내에서 유해화학물질의 누출사고 시 화학사고 시나리오별로 피해영향 범위를 평가해야 하는데, 이때 사용되는 대표적인 Software로는 환경부 산하 화학물질안전원에서 개발한 Korea off-site risk assessment supporting tool (KORA) 프로그램이 있다.
본 연구에서는 울산항에서 선박을 통해 하역되는 위험물의 누출·화재 등의 사고로 인한 위험성 및 피해 규모를 정량적으로 평가하고자 ｢화학물질관리법｣｢사고시나리오 선정에 관한 기술지침｣에 근거하여 “최악의 사고시나리오” 및 “대안의 사고시나리오”를 선정하여 피해영향 범위를 예측·비교하였다.
본 연구에서는 이와 같은 KORA 프로그램을 활용하여 위험물안전관리법에서 제4류 위험물(인화성액체)로 분류 되는 벤젠을 대상물질로 누출 시 피해영향범위에 대해 대해 알아보고자 하였다. 화학물질관리법과 동시에 시행된 장외영향평가 제도의 조속한 안착을 지원하기 위해 개발된 KORA는 지금까지 제출된 장외영향평가서가 모두 이 프로그램을 활용하여 작성되었다는 점을 고려할 때⁽¹¹⁾, 신뢰성 측면에서 그 개발목적을 충족했다고 할 수 있다.
Table 2에서 I-12로 분류되는 “입·출하 시설 누출”의 발생 빈도수인 10^-1은 10년에 1회 발생할 수 있는 확률로 환산이 가능하다. 이는 10개의 시설에서는 연간 1회 정도 사고가 발생할 수 있다는 의미로 볼 수 있으며, 본 연구에서는 울산의 기상 조건 등을 고려하여 누출조건에 따른 피해영향 범위를 환경부에서 개발한 KORA 프로그램을 통해 예측하고자 하였다.

가설 설정

누출공 크기에 따른 누출조건은 “최악의 사고시나리오”의 경우 총 저장량이 모두 누출되는 것으로 가정하였으며 “대안의 사고시나리오”의 경우 누출공의 크기를 단면적의 100%, 66%, 20%인 6 in, 4 in, 1.2 in로 가정하여 20 min 동안 누출되는 양으로 가정하였다.
벤젠의 누출시간에 따른 피해영향 범위를 비교하고자 누출공의 크기를 4 in로 고정한 후 누출시간을 5 min, 10 min, 20 min 동안 누출되는 것으로 가정하여 시뮬레이션을 진행하였다. 벤젠의 독성 피해영향 범위는 다음 Figure 6과 같이 누출시간 5 min에서의 피해영향 범위는 78.

제안 방법

KORA 프로그램을 활용하여 울산항만시설에서 벤젠 누출에 따른 독성 위험성을 예측하고자 “최악의 사고시나리오”와 누출공 크기에 따른 사고 피해영향 범위를 비교하기 위하여 “대안의 사고시나리오”로 시뮬레이션을 진행하였다.
따라서, 본 연구에서도 여러 연구자로부터 검증된 KORA 를 활용하여 방호계층분석(Layer of protection analysissimplified process risk assessment, LOPA)⁽¹⁴⁾에 근거하여 위험물 하역 항만시설에서 있을 수 있는 주요 개시사건을 중심으로 사고 발생 빈도가 비교적 높게 나타나는 배관누출로 시뮬레이션을 진행하였다. 또한, 액체화물의 누출에 따른 Toxic (독성), Pool fire (액면화재)의 사고 피해영향 범위를 측정하고자 하였으며 사고 조건에 따른 피해영향 범위를 비교하고자 “최악의 사고시나리오”와 “대안의 사고시나리오”를 산정한 후 연구를 통해 사고 피해영향 범위를 감소시킬 방안을 고찰함으로써 위험물 하역 항만에 대한 안전성 확보를 위한 신뢰성 있는 기초자료를 얻고자 하였다.
또한, 누출시간에 따른 독성 피해영향 범위를 비교·분석하고자 API-581 code에서 누출량 기준으로 제시되는 누출되는 위험물의 감지, 차단형태에 따라서 누출공 4 in를 기준으로 Table 4와 같이 누출시간에 따른 시뮬레이션을 진행하였다.
또한, 액체화물로서 벤젠의 누출에 따른 Toxic (독성), Pool fire (액면화재)의 사고 피해영향 범위 측정하고자 하였으며 사고 조건에 따른 피해영향 범위를 비교하고자 “최악의 사고시나리오”와 “대안의 사고시나리오”를 산정한 후 연구를 통해 사고 피해영향 범위를 감소시킬 방안을 고찰함으로써 위험물 하역 항만에 대한 안전성 확보를 위해 다음과 같은 신뢰성 있는 기초자료를 얻었다.
벤젠 누출에 따른 액면화재의 위험성을 예측하고자 “최악의 사고시나리오”와 누출공 크기에 따른 사고 피해영향 범위를 비교하기 위하여 “대안의 사고시나리오Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ”으로 시뮬레이션을 진행하였으며 벤젠 액면화재의 직경 및 화염최대높이는 다음 Table 5와 같이 나타났다.
본 연구에서는 여러 연구자로부터 검증된 KORA 프로그램을 활용하여 위험물안전관리법상 인화성액체에 해당하는 벤젠을 대상 물질로 선정하여 LOPA (방호계층분석)에 근거하여 위험물 하역 항만시설에서 발생할 수 있는 주요 개시사건을 중심으로 사고 발생 빈도가 비교적 높게 나타나는 배관누출로 시뮬레이션을 진행하여 피해영향 규모를 평가하였다. 또한, 액체화물로서 벤젠의 누출에 따른 Toxic (독성), Pool fire (액면화재)의 사고 피해영향 범위 측정하고자 하였으며 사고 조건에 따른 피해영향 범위를 비교하고자 “최악의 사고시나리오”와 “대안의 사고시나리오”를 산정한 후 연구를 통해 사고 피해영향 범위를 감소시킬 방안을 고찰함으로써 위험물 하역 항만에 대한 안전성 확보를 위해 다음과 같은 신뢰성 있는 기초자료를 얻었다.
이는 API-581(미국 석유화학협회의 위험기반 검사기준)에 근거한 누출양으로 하역설비 배관의 경우 일반적으로 누출에 대해 육안으로 감지하여 수동으로 차단하는 Class를 기준으로 누출량을 20 min으로 가정하여 누출공에 따른 피해영향 범위를 비교·분석하고자 하였다.

대상 데이터

“독성(Toxic)”, “액면화재(Pool fire)”에 대한 사고 피해영향 범위를 측정하였으며 시뮬레이션에 사용된 벤젠의 물질 정보는 MSDS에서 제시하는 정보를 사용하였다.
사고시나리오의 대상 물질은 울산항에서 취급하는 주요 위험물 중 비교적 물동량이 많고 위험성이 높은 액체화물로 벤젠으로 선정하였으며 개시사건으로는 방호계층분석(14)에 근거하여 위험물 하역 항만시설에서 발생할 수 있는 주요 개시사건을 중심으로 Table 2와 같이 사고 발생 빈도가 비교적 높게 나타나는 사건 중 “입·출하 시설 누출” (Unloading/ Loading Hose Failure)을 선정하였다.

성능/효과

1) 벤젠의 누출로 인한 독성 피해영향 범위는 취급시설을 중심으로 누출공의 크기가 감소함에 따라 “최악의 사고 시나리오” 대비 사고 피해영향 범위가 최대 5.11%까지 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 누출시간에 대한 피해영향 범위의 경우 누출시간 5 min 대비 20 min에서 212.29%로 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
2) 벤젠의 액면화재로 인한 복사열에 의한 피해영향 범위는 취급시설을 중심으로 누출공의 크기가 감소함에 따라 “최악의 사고시나리오” 대비 사고 피해영향 범위가 최대 8.26%까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
3) 위험물 하역 항만시설에서 발생할 수 있는 주요 개시 사건 중 발생 빈도가 비교적 높게 나타나는 “입·출하 시설 누출”에 의한 사고 등으로 위험물의 누출사고가 발생했을 때 누출 양을 감소시킬 수 있다면 사고 피해영향 범위 또한 감소시킬 수 있을 것으로 예측할 수 있으며, 누출시간의 경우 감지 및 차단형태에 따라 제어할 수 있을 것으로 사료된다.
그림에서 볼 수 있듯이 누출공의 크기가 배관 단면적의 100%, 66%, 20%로 감소함에 따라 “최악의 사고시나리오” 대비 사고피해영향 범위가 각각 59.53%, 36.89%, 8.26%로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 벤젠의 풀화재에 대한 피해영향범위를 분석한 결과 최악의 사고시나리오에서 228.8 m로 나타났다. “대안의 사고시나리오Ⅰ”의 경우 피해영향범위는 136.
위험물질을 하역하는 과정에서 발생한 사고사례를 조사한 결과 대표적인 원인으로는 고압용기 파열, 배관 파열, 플랜지 파손, 조절 밸브 고장, 화물선 충돌, 송유관 충돌 등으로 나타났으며 이로 인해 화재·폭발 및 위험물이 누출되는 피해가 발생하였다.
9 m 로 나타났다. 최악의 사고시나리오 대비 대안의 사고시나리오의 경우 피해영향범위는 8.26%까지 감소함을 알 수 있었다.
2 m 로 나타났다. 최악의 사고시나리오 대비 대안의 사고시나리오의 경우 화염최대높이는 27.68%까지 감소함을 알 수 있었다.

후속연구

4) 항만에서의 액면화재 발생 시 복사열로 인한 피해영향 범위를 감소시키기 위해서는 위험물을 하역하는 선박과 항만 사이 중 최소한 매니폴더에 화재 시뮬레이션을 활용하여 소화 활동이 가능한 이격거리를 산정 후 복사열 차단 설비 및 소화설비를 설치하는 것이 위험물 하역 항만에서 화재 등의 사고로부터 안전을 확보하는데 중요할 것으로 사료된다.
26%로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 항만에서의 액면화재 발생 시 복사열로 인한 피해영향범위를 감소시키기 위해서는 위험물을 하역하는 선박과 항만 사이 중 최소한 매니폴더에 화재 시뮬레이션을 활용하여 소화활동이 가능한 이격거리를 산정 후 복사열 차단설비 및 소화설비를 설치하는 것이 위험물 하역 항만에서 화재 등의 사고로부터 안전을 확보하는데 중요할 것으로 사료된다.
36%) 순으로 나타났으며 해양안전심판원 해양사고 현황 통계에 따르면 2013~2017년까지 해양에서 발생한 485건의 화재·폭발사고 중 울산항이 포함된 부산 해양심판원 관할에서의 화재·폭발 사고는 99건으로 이는 국내 전체 항만에서의 화재·폭발사고의 20% 정도에 해당한다. 이는 화재 개연성이 비교적 높은 것으로 분류되는 유류 화물을 많이 취급함에 기인하는 것으로 사료되며, 향후 항만의 주요 취급화물의 위험 특성에 따라 그에 따른 소방 안전확보 방안이 마련되어야 할 것으로 사료된다.

참고문헌 (15)

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J. M. Cha, "A Study on Risk Characterization of Discharging Flammable Liquid Cargo in Port Area and Application of Fire Safety Standards", Ph.D. Dissertation, University of Seoul (2016).

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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