[논문]유해화학물질 누출궤적 평가모듈 개발을 통한 화학공장 방류벽 높이의 적정성 평가

유병태; 김형기

doi:10.7731/kifse.2019.33.4.121

유해화학물질 누출궤적 평가모듈 개발을 통한 화학공장 방류벽 높이의 적정성 평가
Appropriateness Assessment of Dike Height of a Chemical Plant through Development of a Hazardous Chemical Leakage Trajectory Evaluation Module 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.33 no.4, 2019년, pp.121 - 129

유병태 (환경부 화학물질안전원) , 김형기 (한국소방안전원 대전충남지부 사무국)

초록
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정부는 2015년 보다 체계적이고 안전하게 화학물질을 관리하고 취급 할 수 있도록 법 제명 변경과 함께 「화학물질관리법」을 전부개정 하였으며, 특히 유해화학물질을 제조·저장·보관하는 취급시설의 설치 및 관리 기준을 대폭 강화하였다. 하지만, 일부 취급시설 기준의 경우 물리적인 공간부족과 시설개선과정 중 사고발생우려 등의 이유로 강화된 기준을 이행하기 어려운 상황이 생김에 따라 이러한 시설에 대해 2018년부터 "안전성평가"라는 특례를 운영하고 있다. 본 연구에서는 유해화학물질 누출궤적 평가모듈 개발을 통해 현장에 설치된 염산과 황산 저장탱크의 방류벽 높이 적정성을 검증하고 이격거리에 따른 방류벽 높이를 제시하였다. 이를 활용하여 산업현장에서는 보다 손쉽게 해당 취급시설의 안전성 평가 특례신청이 가능할 것으로 판단된다. 또한, 본 연구의 결과는 유해화학물질 취급시설의 설계에도 활용하여 유해화학물질 취급시설의 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Chemical Control Act of 2015 was enhanced to ensure the safe management of hazardous chemicals. In particular, there have been substantial changes in the standards for the installation and management of handling facilities for manufacturing and storing hazardous chemicals. However, some standards for handling facilities are difficult to implement due to a lack of physical space or because of safety accidents during facility improvements. Therefore, the Safety assessment system (SAS) has been operating for such facilities since 2018. This study developed a leakage trajectory evaluation module that can easily evaluate the outside of a dike for safety evaluation. We analyzed two case studies on a dike for hydrochloric acid and sulfuric acid storage tanks with this module and suggest a reasonable plan for the facility. We believe that it will be possible to more easily submit SAS reports at chemical plants by using this evaluation module. This study is expected to contribute to the improvement of the safety design of hazardous chemical handling facilities.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기존에 설치된 방류벽이 저장탱크에서 누출된 화학물질을 차단할 수 있는지 평가하기 위해 종형 저장탱크의 일정 높이에서 누출된 물질의 누출속도(m/s)와 지면으로 낙하하는 물질의 궤적을 계산하여 방류벽이 설치 된 위치에서 누출물질이 방류벽에 의해 차단되는지를 평가하였다.
본 연구에서는 유해화학물질을 취급하는 사업장의 저장 탱크에서 화학물질이 유ㆍ누출되었을 때 사업장 내외부로 확산되는 것을 막는 시설인 방류벽이 ｢화학물질관리법｣ 개 정에 따른 기존시설 소급적용 정책으로 인하여 법적 기준 을 준수하지 못하는 시설에 대해 추가 안전성을 확보하기 위해 활용할 수 있는 유해화학물질 누출 궤적 모듈을 개발 하였다.

가설 설정

외부 시설물 간섭 등으로 ｢화학물질관리법｣에 따른 취급시설 기준을 충족하지 못하여 안전성평가서 제출 대상인 염산(35 wt%), 황산(98 wt%) 옥외저장탱크를 대상으로 본 연구에서 개발한 평가모듈을 적용하여 현재 설치되어 있는 방류벽의 추가설치 여부 및 최소 필요 높이, 시간에 따른 지면도달거리 등을 평가하였다. 다만, 평가 시 화학물질 누출 시 영향을 미칠 정도의 바람은 없는 것으로 가정하였다.
0 m 지점에서 누출을 가정하여 누출속도, 지면도달거리 및 도달시간 그리고 외부유출을 방지하기 위해 필요한 방류벽 높이 등을 평가하였다. 저장 조건은 대기압 상태(0.0 kgf/cm², 0.1 kgf/cm²)로 구분하였으며 누출공 사이즈는 10 mm, 대기온도는 25 ℃로 가정하였다(Table 4).
접합부를 사고지점으로 선정한 이유로는 저장탱크 자체의 결함에 따른 누출위험보다 접합부의 위치가 사고위험이 높기 때문에 해당 위치를 누출지점으로 선정하였다. 저장조건은 대기압 상태(0.0 kgf/cm², 0.1 kgf/cm²)로 구분하였으며 누출공사이즈는 10 mm, 대기온도는 20 ℃로 가정하였다(Table 2).

제안 방법

둘째, 평가결과 부분은 앞서 설명한 것처럼 최대거리의 누출높이 및 도달거리와 저장압력, 저장높이 및 누출지점에 따른 누출속도, 지면도달거리를 도달시간과 함께 나타낸다. 결과적으로 기존에 설치되어 있는 방류벽 이격거리와 높이를 비교하여 방류벽 외부누출 여부를 확인할 수 있으며 외부누출 시 이를 차단하기 위해 필요한 최소 방류벽 높이(Dh2)를 산정할 수 있도록 설계하였다.
마지막으로 저장탱크 정보와 누출 결과를 손쉽게 이해할 수 있도록 해당 정보를 도식화하여 구성하였다.
0 m로 저장되어 있다. 먼저, 현장에 설치되어 있는 실제 사례를 바탕으로 현재 높이의 방류벽이 외부확산을 방지할 수 있는 누출지점을 분석하였으며, 저장탱크 접합부가 있는 2.0 m 지점에서 누출을 가정하여 누출속도, 지면도달거리 및 도달시간 그리고 외부유출을 방지하기 위해 필요한 방류벽 높이 등을 평가하였다. 접합부를 사고지점으로 선정한 이유로는 저장탱크 자체의 결함에 따른 누출위험보다 접합부의 위치가 사고위험이 높기 때문에 해당 위치를 누출지점으로 선정하였다.
5 m로 저장되어 있다(Table 4). 본 연구에서 개발한 평가모듈을 통해 현재 높이의 방류벽이 외부확산을 방지할 수 있는 누출지점을 분석하였으며, 저장탱크 접합부가 있는 3.0 m 지점에서 누출을 가정하여 누출속도, 지면도달거리 및 도달시간 그리고 외부유출을 방지하기 위해 필요한 방류벽 높이 등을 평가하였다. 저장 조건은 대기압 상태(0.
이를 활용하여 실제 화학공장에 설치되어 운영되고 있는 염산(35 wt%)과 황산(98 wt%) 저장탱크를 대상으로 현재 수준의 방류벽 설치 현황을 분석하였다. 실제 운전조건을 고려하여 현재 설치되어 있는 방류벽 정보를 바탕으로 사고시나리오에 따른 저장압력 및 노출지점을 고려한 방류벽 외부 누출 여부, 지면도달거리 및 시간 등을 평가하여 외부누출 차단을 위해 필요한 방류벽 최소 높이를 제시하였다.
외부 시설물 간섭 등으로 ｢화학물질관리법｣에 따른 취급시설 기준을 충족하지 못하여 안전성평가서 제출 대상인 염산(35 wt%), 황산(98 wt%) 옥외저장탱크를 대상으로 본 연구에서 개발한 평가모듈을 적용하여 현재 설치되어 있는 방류벽의 추가설치 여부 및 최소 필요 높이, 시간에 따른 지면도달거리 등을 평가하였다. 다만, 평가 시 화학물질 누출 시 영향을 미칠 정도의 바람은 없는 것으로 가정하였다.
이를 활용하여 실제 화학공장에 설치되어 운영되고 있는 염산(35 wt%)과 황산(98 wt%) 저장탱크를 대상으로 현재 수준의 방류벽 설치 현황을 분석하였다. 실제 운전조건을 고려하여 현재 설치되어 있는 방류벽 정보를 바탕으로 사고시나리오에 따른 저장압력 및 노출지점을 고려한 방류벽 외부 누출 여부, 지면도달거리 및 시간 등을 평가하여 외부누출 차단을 위해 필요한 방류벽 최소 높이를 제시하였다.
따라서 본 연구에서는 ｢화학물질관리법｣에 따른 취급시설 설치 및 관리기준을 준수하지 못하는 시설 중 방류벽 내에 설치되어 있는 액상저장탱크에서 누출지점 및 탱크압력 등 운전조건에 따라 외부누출 여부를 손쉽게 분석할 수 있는 평가 모듈을 Bernoulli’s 원리를 기반으로 한 Torricelli 의 법칙을 이용하여 평가하였다. 이를 활용하여 염산(35 wt%), 황산(98 wt%) 저장탱크에 설치되어 있는 방류벽 사례연구를 통해 해당 모듈에 대한 효율성을 분석하였으며, 방류벽에 대한 합리적 방안을 제시하였다.
특히, 취급시설에 대한 기준을 70여개에서 413개로 대폭 확대·강화하였으며 확대·강화된 새로운 기준을 기존 시설에 소급하여 적용하였다.
누출궤적 평가 모듈은 누구나 손쉽게 사용할 수 있도록 개발하였다. 평가모듈 구성은 취급저장물질, 온도, 압력 및 방류벽 조건 등 저장탱크 기본정보 부분과 최대누출거리, 도달시간 및 누출속도 등 누출결과를 보여주는 부분, 그리고 해당 결과의 이해를 돕기 위해 저장탱크에 대한 도식화 부분으로 구성하였다(Figure 5).

대상 데이터

안전성평가 대상시설은 4가지이며 그 중 대표적인 시설이 방류벽(Dike)이다. 방류벽은 용어의 차이가 있지만 안전 관련 부처의 관련법령에서 설치 및 관리 기준을 규정하고 있다.

이론/모형

따라서 본 연구에서는 ｢화학물질관리법｣에 따른 취급시설 설치 및 관리기준을 준수하지 못하는 시설 중 방류벽 내에 설치되어 있는 액상저장탱크에서 누출지점 및 탱크압력 등 운전조건에 따라 외부누출 여부를 손쉽게 분석할 수 있는 평가 모듈을 Bernoulli’s 원리를 기반으로 한 Torricelli 의 법칙을 이용하여 평가하였다.
여기에서 낙하하는 물질의 궤적 계산은 Bernoulli’s 원리를 기반으로 한 Torricelli의 법 칙을 적용하여 계산하였다(18).

성능/효과

사례연구 결과 염산(35 wt%) 저장탱크 방류벽의 경우, 저장탱크 압력이 0 kgf/cm² , 누출지점이 1.5 m에서 지면도 달거리는 1.9 m로 외부 유출이 차단되는 것으로 평가되었으며 저장탱크 압력이 0.1 kgf/cm²누출지점이 2.0 m의 경우 지면도달거리는 2.44 m로 이때 외부 유출을 위해 필요한 방류벽 높이는 1.94 m로 현재 방류벽 높이보다 최소 0.44 m 추가 설치가 필요한 것으로 평가되었다. 황산(98 wt%) 저장 탱크 방류벽의 경우, 저장탱크 압력이 0 kgf/cm², 누출지점 이 1.
평가 결과 저장탱크 압력이 0 kgf/cm² , 누출지점이 1.5 m에서 지면도달 거리는 1.9 m, 도달시간은 0.55 s 이었으며 외부 확산이 차단되는 것으로 평가되었다. 저장탱크 압력이 0.
평가 결과 저장탱크 압력이 0 kgf/cm², 누출지점이 1.7 m 에서 지면도달 거리는 3.0 m, 도달시간은 0.59 s 이었으며 외부 확산이 차단되는 것으로 평가되었다. 저장탱크 압력이 0.

후속연구

본 연구결과는 화학물질 사전예방 및 화학물질 누출 시 피해 최소화를 위해 2018년부터 새롭게 시행되고 있는 안전성평가제도에 대해 대기업뿐만 아니라 상대적으로 전문 인력과 경험이 부족한 중·소기업 환경안전담당자에 합리적 완화시스템을 마련하는데 많은 도움이 될 것으로 판단된다. 또한, 향후 본 연구를 바탕으로 다양한 액체 화학물질을 저장하는 탱크의 방류벽 이격거리와 높이가 적정한지 여부를 평가할 수 있으며, 더 나아가 설계단계부터 방류벽의 필요높이를 적용할 수 있을 것이다. 이를 통해 현장 적용성이 높은 화학사고 피해경감을 위한 다양한 완화시스템 연구가 진행될 수 있을 것으로 기대된다.
이를 통해 현장 적용성이 높은 화학사고 피해경감을 위한 다양한 완화시스템 연구가 진행될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 향후 본 연구를 바탕으로 실효성 있는 화학물질 안전관리 제도가 운 영될 수 있도록 다양하고 지속적인 추가 연구가 필요하다.
본 연구결과는 화학물질 사전예방 및 화학물질 누출 시 피해 최소화를 위해 2018년부터 새롭게 시행되고 있는 안전성평가제도에 대해 대기업뿐만 아니라 상대적으로 전문 인력과 경험이 부족한 중·소기업 환경안전담당자에 합리적 완화시스템을 마련하는데 많은 도움이 될 것으로 판단된다.
또한, 향후 본 연구를 바탕으로 다양한 액체 화학물질을 저장하는 탱크의 방류벽 이격거리와 높이가 적정한지 여부를 평가할 수 있으며, 더 나아가 설계단계부터 방류벽의 필요높이를 적용할 수 있을 것이다. 이를 통해 현장 적용성이 높은 화학사고 피해경감을 위한 다양한 완화시스템 연구가 진행될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 향후 본 연구를 바탕으로 실효성 있는 화학물질 안전관리 제도가 운 영될 수 있도록 다양하고 지속적인 추가 연구가 필요하다.

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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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