[논문]충주의 주민대피 대비물질 누출사고 시 사고대응·예방을 위한 피해영향거리 산정식 개발 연구

전병한; 김현섭; 이명지; 윤정현; 정웅열; 오승보

doi:10.5762/kais.2021.22.1.703

충주의 주민대피 대비물질 누출사고 시 사고대응·예방을 위한 피해영향거리 산정식 개발 연구
A Study on Development of Damage Impact Distance Calculation Formula for Accident Response and Prevention in case of Leakage of Substances Prepared for Evacuation of Residents in Chungju 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.22 no.1, 2021년, pp.703 - 712

전병한 (전북대학교 환경공학과) , 김현섭 (환경부) , 이명지 (환경부) , 윤정현 (충북대학교 안전공학과) , 정웅열 (안산시청) , 오승보 (환경부)

초록
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본 연구에서는 주민대피 대비물질 16종 중 급성노출기준 AEGL값이 존재하는 13종에 대하여 지방자치단체에서 주민대피 및 알림을 결정할 수 있도록 화학물질사고대응정보시스템을 활용한 피해영향거리 산정식을 도출하고자 하였다. 화학물질안전원에서는 2018년 사고대비물질 97종 중 물리·화학적 특성 및 독성, 발화성, 반응성, 사고발생 가능성 등을 고려하여 누출 시 사고 원점 인근의 주민에게 피해가 예상되는 물질 16종을 선정하여 주민대피 대비물질로 명명하였으며, 주민대피 대비물질의 화학사고 발생 시에는 실내대피 또는 주민소산 등의 가능성이 있으므로 지방자치단체는 긴급재난문자 등 주민알림에 대비하여야 한다. 충청북도 충주시를 중심으로 화학물질사고대응정보시스템을 사용하여 주민대피 대비물질 13종의 피해영향거리를 모델링 하였으며, 모델링 결과를 바탕으로 각각의 AEGL-2조건에서의 적합한 피해영향거리 산정식을 도출하였다. 모든 조건에서 결정계수 R2은 0.99 이상이었으며 최소 0.9921~최대 0.9999의 범위를 나타내었다. 도출된 산정식으로 얻어진 피해영향거리와 화학물질사고대응정보시스템 모델링으로 얻어진 피해영향거리 수치간의 상대표준편차를 비교하였으며, 실제 화학사고 대응 상황을 고려하여 최소 이격거리를 보정한 결과 0.58~5.97 % 범위로 조사되었다. 주민대피 대비물질 13종에 의한 누출사고 발생 시 연구에서 도출된 산정식을 사용하여 현장에서는 피해영향거리를 산정할 수 있으며, 지방자치단체는 주민대피 및 알림 여부를 결정할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a formula was derived to calculate the damage impact distance using the Chemical Accident Response Information System (CARIS) so that local governments can decide on the evacuation and notification of 13 types of substances. The National Institute of Chemical Safety selected 16 out of 97 types of accident preparedness substances in 2018 and called them residents' evacuation preparedness substances. In a chemical accident, local governments should prepare for resident notification, such as emergency disaster texts. Using the CARIS in Chungju, this study modeled the damage-affected distances of 13 types of substances for the evacuation of residents. Under all conditions, the coefficient of determination R2 was 0.99 or higher, representing a range of at least 0.9921 to a maximum 0.9999. The relative standard deviation between the damage impact distance obtained using the calculation formula, and the CARIS result was compared. The minimum separation distance was corrected considering the actual chemical accident response situation, and the range was found to be between 0.58 and 5.97%. The damage impact distance can be calculated at the site using the calculation formula derived from the research, and local governments can determine whether to evacuate or notify residents.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Number of chemical accidents and substances prepared for evacuation of residents.
표 Table 2. Average weather for 5 years in Chungju.
그림 Fig. 1. Damage impact distance according to the amount of leakage.
표 Table 3. Regression function and coefficient of determination by substance.
표 Table 4. Formula and constants for calculating damage impact distance by substance.
표 Table 5. Mean and range of relative standard deviation(RSD) by substance.
표 Table 6. Mean and range of modified relative standard deviation(RSD) by substance.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 주민대피 대비물질 16종 중 노출 지속시간에 따른 농도기준이 있고, 어린이 및 노인 등의 취약집단에도 적용이 가능한 AEGL 값을 갖는 13종에 대하여 충주지역에서의 누출 사고 시 지역사회의 주민대피 및 알림 결정을 위한 물질별 피해영향거리 산정식을 도출하였다. 산정식 도출에 활용한 사고시나리오 및 기상 조건은 기술지침에 따라 현실적으로 발생 가능성이 높으며, 사업장 밖까지 미치는 영향범위가 최대인 경우의 시나리오인 대안의 시나리오와 해당지역의 연평균 기온을 고려하여 적용하였다.
본 연구에서는 주민대피 대비물질에 의한 누출사고 발생 시 실제 현장에서 주민소산 및 알림 등을 포함하는 주민대피를 결정하기 위하여 손쉽게 사용할 수 있는 피해 영향 거리 간이 산정식을 조사하였다.

제안 방법

AEGL 급성노출기준이 존재하는 주민대피 대비물질 13종(Ammonia, Formaldehyde, Hydrogen chloride, Hydrogen fluoride, Chlorine, Fluorine, Ethylene oxide, Hydrogen sulfide, Phosgene, Chlorine dioxide, Hydrogen cyanide, Methylamine, Trichlorosilane) 에 대하여 노출시간 10분, 30분, 60분, 4시간, 8시간에 해당하는 AEGL-2농도를 끝점으로 삼아 누출량 10 kg~10 ton 범위의 조건에서 CARIS를 사용하여 피해 영향 거리를 산정하였다. Fig.
연구에서는 ERPG, PAC에 비해 노출지속 시간에 따른 농도 기준이 있고 어린이 및 노인 등의 취약집단에도 적용이 가능한 AEGL을 끝점으로 선정하였다. 그리고 주민대피 대비물질 16종 중 Hexafluoro-1, 3-butadiene, Trimethylamine, Boron trichloride을 제외한 급성 노출 기준 AEGL값이 존재하는 13종에 대하여 피해 영향 거리를 산정하였다.
기술지침에 따라 대안의 사고시나리오에서 기상 조건은 연평균 기상을 적용하였으며, 끝점은 AEGL을 적용하였다.
현장에서는 누출된 화학물질에 대한 정확한 확인이 선행되어야 하며 이후 적합한 산정식을 적용한다. 사고시점으로부터 경과한 시간을 고려하여 산정식을 적용하며, 경과시간이 AEGL 시간별 기준의 사이 값에 해당되는 경우 피해영향거리를 보수적으로 적용하고자 해당 시점보다 짧은 시간의 AEGL기준을 적용한다. 누출량에 따른 산정식에서 누출량이 사이 값에 해당되는 경우에는 보다 더 많은 누출량 기준을 적용한다.
산정식 도출에 활용한 사고시나리오 및 기상 조건은 기술지침에 따라 현실적으로 발생 가능성이 높으며, 사업장 밖까지 미치는 영향범위가 최대인 경우의 시나리오인 대안의 시나리오와 해당지역의 연평균 기온을 고려하여 적용하였다.
PAC(은 미국에너지부에서 지정하는 기준으로 비상 대응하는데 있어서 상황의 심각성 및 잠재적 경과를 식별하기 위해 사용되며 AEGL과 ERPG을 포함하는 database를 구성하고 있다. 연구에서는 ERPG, PAC에 비해 노출지속 시간에 따른 농도 기준이 있고 어린이 및 노인 등의 취약집단에도 적용이 가능한 AEGL을 끝점으로 선정하였다. 그리고 주민대피 대비물질 16종 중 Hexafluoro-1, 3-butadiene, Trimethylamine, Boron trichloride을 제외한 급성 노출 기준 AEGL값이 존재하는 13종에 대하여 피해 영향 거리를 산정하였다.
주민대피 대비물질 13종의 CARIS를 이용한 피해 영향 거리 산정 결과를 바탕으로 적합한 회귀분석 모델을 도출하였다. 회귀분석 모델은 결정계수(R²)를 비교하여 각각의 조건에서 최소 0.
주민대피 대비물질별 및 AEGL-2의 시간에 따른 급성 노출 기준별로 도출된 상관관계식을 CARIS를 이용한 피해 영향 거리 산정결과와 비교 검증하였다. 화학물질의 누출량과 누출시간이 동일한 조건일 때의 산정결과를 대상으로 피해영향거리 수치 간 상대표준편차(RSD) 계산하였으며 Table 5에 나타내었다.
회귀분석 모델은 결정계수(R²)를 비교하여 각각의 조건에서 최소 0.99 이상인 모델을 선정하고자 하였으며, 데이터에 음수가 존재하지 않고 특정비율에 따라 증가하는 측정값을 가지므로 거듭제곱 함수 모델을 우선 적용하였다. CAIRS를 사용한 피해영향거리 산정 데이터에 따라서 거듭제곱 함수 모델 적용이 어려운 경우에는 1차~3차 함수 모델을 적용하여 상관관계식을 도출하였다.

대상 데이터

사고 물질별로 폭발, 화구화재, 풀화재, 독성확산 형태의 피해영향거리를 산정할 수 있으며 실시간 기상정보와 주변지형의 거칠기 등을 반영한다. CARIS를 사용하여 주민대피 대비물질별 피해영향거리를 산정하기 위한 지역은 충청북도 충주시로 선정하였으며, 모델링에 적용할 기상자료는 기상청 국가기후데이터센터(National Climate Data Service System, NCDSS) 2015년 1월부터 2019년 12월까지의 충주시(관측지점 No.127) 지상기상관측자료를 사용하였다[6]. Table 2는 충주시의 5 년간 기온, 습도, 풍속을 나타내고 있으며, 기온은 5년 평균 12.

데이터처리

2. 주민대피 대비물질 및 급성노출기준별로 도출된 상관관계식을 CARIS를 이용한 피해영향거리 산정 결과와 상대표준편차를 비교 검증하였다. 화학사고 발생 시 원점으로부터 이격거리를 최소한 30 m 이상을 갖도록 하여 조정된 상대표준편차를 조사한 결과 0.
산정결과와 비교 검증하였다. 화학물질의 누출량과 누출시간이 동일한 조건일 때의 산정결과를 대상으로 피해영향거리 수치 간 상대표준편차(RSD) 계산하였으며 Table 5에 나타내었다.

이론/모형

피해영향거리 산정 사고 시나리오는 화학물질 안전원의 ‘사고시나리오 선정에 관한 기술지침(제2018-5호)’ 및 ‘사고 영향범위 산정에 관한 기술지침(제2015-1호)’, 한국산업안전보건공단의 ‘최악 및 대안의 누출 시나 리오선정에 관한 기술지침(KOSHA GUIDE, P-107-2016)’ 에 따라 대안의 사고시나리오 분석 조건을 적용하였다 [3-5]. 기술지침에 따라 대안의 사고시나리오에서 기상 조건은 연평균 기상을 적용하였으며, 끝점은 AEGL을 적용하였다.

성능/효과

1. CARIS를 이용한 피해영향거리 산정 결과를 바탕으로 적합한 회귀분석 모델을 적용한 결과 화학물질 종류와 노출시간에 따라서 거듭제곱 함수 모델 및 2~3차 함수 모델을 적용할 수 있었다. 모든 조건에서 결정계수 R²은 0.
주민대피 대비물질 및 급성노출기준별로 도출된 상관관계식을 CARIS를 이용한 피해영향거리 산정 결과와 상대표준편차를 비교 검증하였다. 화학사고 발생 시 원점으로부터 이격거리를 최소한 30 m 이상을 갖도록 하여 조정된 상대표준편차를 조사한 결과 0.58~5.97 % 범위로 나타났으며, 각각의 조건에서 조사된 상대표준편차는 피해영향거리 산정 결과에 보정값으로 사용될 수 있다.

후속연구

3. 물질별로 도출된 산정식은 충주지역에서 주민대피 대비물질에 의한 누출사고 발생 시 지방자치단체가 준 위험 지역의 주민을 소산시키거나 실내대피 알림을 결정하기 위한 자료로서 실제 사고 현장에서 AEGL-2에 따른 피해영향거리 산정에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
각 누출량에 따른 조건별 RSD값을 최종 결과값에 보정해준다. 단, 누출량이 10 ton을 초과하는 경우에는 해당 조건에서의 RSD 평균값을 보정값으로 사용할 것 제안한다.

참고문헌 (8)

Ministry of the Interior and Safety, "Local government chemical accident countermeasures", Ministry of the Interior and Safety, 2019, pp.138.
National Institute of Chemical Safety, Chemical integrated Information system, Available From : https://icis.me.go.kr (accessed August. 12, 2020)
National Institute of Chemical Safety, "Technical Guidelines for the Selection of Accident Scenarios", National Institute of Chemical Safety, 2016.
Korea Occupational Safety & Health Agency, "Technical Guidelines for Leakage Source Modeling(KOSHA GUIDE P-92-2012)", Korea Occupational Safety & Health Agency, 2012
Korea Occupational Safety & Health Agency, "Technical guidance on the selection of worst-case and alternative leak scenarios", Korea Occupational Safety & Health Agency, 2016, pp.14
Korea Meteorological Administration, National Climate Data Service System, Available From : https://data.kma.go.kr (accessed August. 15, 2020)
National Institute of Chemical Safety, "Key Info Guide for Accident Preparedness Substances", National Institute of Chemical Safety, 2019, pp.253.
National Institute of Chemical Safety, "2016 Emergency Response Guidebook", National Institute of Chemical Safety, 2016, pp.560.

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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