[논문]화학사고 피해영향 범위의 합리적 산정방안에 대한 연구

조규선; 임준택; 한정우; 백은성; 유원종; 박교식

doi:10.7842/kigas.2020.24.5.20

화학사고 피해영향 범위의 합리적 산정방안에 대한 연구
A Study on the Reasonable Estimation of Consequence of Chemical Release 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.24 no.5, 2020년, pp.20 - 28

조규선 (호서대학교) , 임준택 (숭실대학교) , 한정우 (숭실대학교) , 백은성 (숭실대학교) , 유원종 (숭실대학교) , 박교식 (숭실대학교)

초록
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불산 누출사고 발생 시 피해영향범위 예측을 수계산, 영향평가 시뮬레이션, CFD 시뮬레이션을 활용하여서 예측하고 실제 환경영향보고서와 비교·분석하였다. 수계산은 누출원모델과 확산모델을 활용하여서 계산하였으며 영향평가 시뮬레이션은 우리나라 환경부에서 제공하는 KORA, 미국 환경부의 ALOHA, 상용화 프로그램 중 비교적 널리 사용 중인 PHAST를 사용하였고, CFD 시뮬레이션은 STAR-CMM+ 프로그램을 활용하였다. 사용자 입장에서 편리성, 신속성, 수용성, 경제성 등을 고려할 때 불산 누출사고 영향예측에 가장 적절하게 사용할 수 있는 프로그램은 ALOHA와 KORA 이었다. 아울러, 본 연구결과는 정부의 정책개발과 기업의 안전부서에서 피해영향범위 프레임워크를 선정하고 불필요한 규제, 불필요한 안전투자를 최적화하여 정부 또는 기업의 제한된 자원을 효율적으로 활용하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the damage impact range in the case of a hydrofluoric acid leak accident was predicted using formula calculation, impact assessment simulations, and CFD simulations, and the results were compared and analyzed with the actual environmental impact report. Formula calculation was performed by using the leak source model and diffusion model. Impact assessment simulation was performed by KORA provided by the Korean Ministry of Environment, ALOHA by the United States Ministry of Environment, and PHAST, which is relatively widely used among commercialization programs, and the STAD-CMM+program for CFD simulation. Was utilized. Considering convenience, speed, acceptability, and economics from the user's perspective, ALOHA and KORA were the most appropriate methods for predicting the impact of hydrofluoric acid leakage. In addition, the results of this study will help to reduce unnecessary regulations in the process of government policy development and optimize the investment in the safety field of the company, effectively utilizing the limited resources of the government and the company.

주제어

표/그림 (24)

그림 Fig. 1. Statistics of chemical accidents in recent 5 years(February 2020).
그림 Fig. 2. A procedure to suggest optimum simula-tion.
표 Table 1. Properties of fluoric acid (HF55%)
표 Table 2. Health risk of ERPGs
그림 Fig. 3. Site of fluoric acid release (June 2016).
표 Table 3. Meteorological data as of accident
표 Table 4. Diffusion coefficient(σ_y)
표 Table 5. Diffusion coefficient(σ_z)
표 Table 6. σ_z according to atmospheric stability
그림 Fig. 4. CFD Conducting procedure.
그림 Fig. 5. The CFD analysis procedure.
그림 Fig. 6. The Boundary conditions and Mesh mo-deling.
$Fig. 7. The HF release (mass fraction (1e-6) con-tour).$ 그림 Fig. 7. The HF release (mass fraction (1e-6) con-tour).
표 Table 7. Average concentration of stability C
표 Table 8. Average concentration of stability D
그림 Fig. 8. Estimation of consequence range and goo-gle mapping.
그림 Fig. 9. Estimation of consequence range and google mapping.
표 Table 9. Consequence range (ALOHA ver 5.4.7, 2016)
표 Table 10. Consequence range (KORA ver 3.0.8, 2019)
표 Table 11. Consequence range (PHAST ver 8.22)
그림 Fig. 11. Comparison of the extent of damage from leak sources.
그림 Fig. 10. Consequence range distance and height.
표 Table 12. Field data obtained by MoE
표 Table 13. Consequence analysis comparison

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 2016.6 발생한 금산 불산누출 사고를 수계산, ALOHA, KORA, PHAST, STAR-CMM+를 활용하여 피해영향 범위를 예측하고 시뮬레이션을 통해 기업에서 가장 적합하게 사용할 수 있는 방법을 제시하고자 하였다.
또한, 불산은 급성독성 물질, 사고대비물질로 특별히 규제하고 있고 2012년 구미사고로 피해가 입증되었다. 본 연구에서는 불산누출 시 피해 범위를 여러 가지 방법으로 예측하고 이를 실제 사고조사 데이터와 비교하여 합리적인 예측방법을 찾고자 하였다.

제안 방법

본 연구를 통해 퍼들(Puddle) 형태의 누출사고 발생 시 피해영향범위를 수계산, CA 시뮬레이션, CFD 시뮬레이션을 활용하여 예측하였고 실제 환경영향 조사서와 비교하였다. 사고의 시급성, 기업의 수용성, 편리성, 경제성, 가독성 등을 고려할 때 가장 최적화된 시뮬레이션 방법으로 EPA의 ALOHA와 화학물질안전원의 KORA인 것으로 판단되었다.
화학사고 발생 현장의 설비, 장치, 건물 등 장애물, 지형과 밀집도, 난류, 바람, 대기 상태 등 추가적인 기상정보를 입력하여 시간에 따라 변화하는 결과를 3D화 한다. CFD는 3차원 가상공간에 장애물의 CAD 형상을 입히고 공기의 난류 흐름과 확산을 시뮬레이션하는 복잡하고 어려운 과정을 요구하여 시간과 예산이 많이 소요되므로 화학사고의 정밀조사 등에 제한적으로 사용된다.

대상 데이터

2016.6 18시경 충남 금산 0000㈜ 옥외 입출하장에서 55% 불산 550kg이 누출(Puddle 형태)되어 그 중 29kg이 60분 동안 대기 중으로 확산되었다.

성능/효과

넷째, 수계산은 ALOHA, KORA, 환경부의 환경 영향조사서와 비슷한 결과를 보이며 계산이 번거로운 점은 있으나 서로 상이한 결과나 물리적으로 엉뚱한 결과를 프로그램이 보일 때 검증용으로 활용할 수 있다.
둘째, PHAST는 유료이고 상대적으로 입력이 어려우며 구글맵핑을 지원하지 않아 시인성이 떨어진다. KORA는 환경부 프로그램으로 무료이고 한글지원이 되어 편리하나 바람의 영향을 고려하지 못해 바람이 부는 방향으로도 피해영역이 원으로 산정된다.
본 연구를 통해 퍼들(Puddle) 형태의 누출사고 발생 시 피해영향범위를 수계산, CA 시뮬레이션, CFD 시뮬레이션을 활용하여 예측하였고 실제 환경영향 조사서와 비교하였다. 사고의 시급성, 기업의 수용성, 편리성, 경제성, 가독성 등을 고려할 때 가장 최적화된 시뮬레이션 방법으로 EPA의 ALOHA와 화학물질안전원의 KORA인 것으로 판단되었다.
셋째, CFD 시뮬레이션은 고가이며 입력이 어렵고 해석에 수일의 시간이 걸린다. 지형의 영향을 반영할 수 있으나 공기 중 농도가 부정확하여 난류에 따른 거동확인은 용이하나 이 연구에서는 피해 영향범위 예측에서 다른 2차원 매핑용 프로그램에 비해 노력대비 효과가 크지 못하였다.
아울러, 연중 풍속이 안정된 금산지역의 가상 시나리오에서 불산 누출량에 비해 넓은 범위의 피해가 예상되었으며, 누출 시 초동대처가 부실하였을 때의 피해범위도 증가할 것으로 예측되는 등 관리의 중요성도 확인하였다.
현장 근로자 5명이 사망(18명 부상)하였고 인근 주민 건강검진 12,243건, 기업과 농축산물 피해 등 총 544억원의 재산피해가 발생하였다. 이후, 항공 근적외선 영상분석을 통해 사고지점으로부터 반경 2.5 km인 673 ha의 식생피해(농작물 160 ha, 산림 460 ha)를 입은 것으로 확인되었다. [5]
첫째, 환경부의 환경영향조사서와 비교하면 PHAST가 가장 보수적이고 수계산, ALOHA, KORA는 비슷한 결과를 보인다.

후속연구

본 연구결과는 정부의 정책개발과 기업의 안전 부서에서 피해영향범위 프레임워크 선정 시 불필요한 규제, 불필요한 안전투자를 최적화하여 정부 또는 기업의 제한된 자원을 효율적으로 활용하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

참고문헌 (21)

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상세보기
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원문보기 상세보기
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Jae, S. K. "Study on the Consequence Effect Analysis & Process Hazard Review at Gas Release from Hydrogen Fluoride Storage Tank", Society of Disaster Information, 9(4), 449-461, (2013)

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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