[논문]유해화학물질을 취급하는 실내시설에서의 인화폭발성에 따른 적정 환기량 산정에 대한 연구

박만수; 서청민; 윤효섭; 박교식

doi:10.15683/kosdi.2024.6.30.293

초록
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연구목적: 환경부 통계에 의하면 2014년부터 2023년까지 국내 화재·폭발사고가 132건 이상에 이르는 것을 알 수 있다. 이중 화재·폭발사고는 발생 시 규모나 영향이 상대적으로 매우 커서 주의가 필요하다. 본 연구에서는 인화성의 유해화학물질 취급 시 실내 취급시설의 적정 환기율을 계산하는 새로운 합리적인 방법을 제안하였다. 연구방법: 취급시설의 바닥면적만을 기준으로 한 현행 화학물질관리법 상 계산방법과 비교하여 보다 합리적인 새로운 방법은 취급하는 유해화학물질의 물리화학적인 특성을 기반으로 계산하는 방법이다. 연구결과:물리화학적 특성을 고려하여 계산한 결과 인화성물질 178종 중 168종인 약 94%이 환기량 기준에 적합하였다. 그러나 일부 물질은 과소환기 및 과대환기를 요구하는 것으로 나타났다. 결론:본 연구를 통해 합리적인 필요환기량 산정방법을 제안하였고 이를 통해 근로자의 안전을 확보하고 생명을 보호해야 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: Ministry of Environment statistics reveals more than 132 fire·explosion accidents in South Korea between 2014 and 2023. Among them, fire and/or explosion accidents are very impactive in their scale and consequence. This study aims to suggest a new method of reasonable way to calculat...

Purpose: Ministry of Environment statistics reveals more than 132 fire·explosion accidents in South Korea between 2014 and 2023. Among them, fire and/or explosion accidents are very impactive in their scale and consequence. This study aims to suggest a new method of reasonable way to calculate the ventilation rate of indoor facility handling hazardous chemicals based on their inflammability. Method: A new method to calculate the ventilation rate is based on the physicochemical properties of the chemicals handled, which is more reasonable compared with the current regulation based only on the floor area of the facility. Result: Considering the physicochemical properties, 178 chemicals based on their inflammability were studied and 168(94%) met the criteria for the current regulation. Some materials have been shown to require too much or too little ventilation rate. Conclusion: Through this study, a reasonable method of calculating the required ventilation rate was proposed. This should be applied to ensure the safety of workers to deal chemicals.

Keyword

표/그림 (3)

표 Table 1. Chemical accident of indoor facility in Korea between 2015 and 2023
그림 Fig. 1. Classification of hazardous chemicals
표 Table 2. Ratio of ventilation requirement

AI 본문요약
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문제 정의

유해화학물질의 사고 방지에 대한 연구는 다수 지속되어 왔다. 이 중 실내에서 취급되는 인화성물질의 필요환기량에 대한 부분을 물질수지를 적용한 산업안전보건법 등에서 검증된 방법을 고려하여 실내 취급시설 내 인화폭발성 화학물질의 적정환기량 산정에 대한 연구 및 제안을 하고자 한다. 산업안전보건법의 산업안전보건 기준에 관한 규칙에 따르면 환기와 배출을 통틀어 환기라는 의미로 사용하고 있고 환기 영역에 따라 전체환기 및 국소환기로 구별하고 있으며 배풍기 및 공기정화장치 등을 설명하여 환기설비 설치의 이해를 돕고 있다.

가설 설정

현재 국내·외에서 실내 취급 시설에서의 화학물질 규모·사용량 등에 따른 통계적 확인이 불가하여서 적정 환기량 계산을 위해 적절한 공학적 가정을 하였다.

제안 방법

화학물질정보종합시스템에 통계상 누출사고 빈도가 많은 물질은 톨루엔, 암모니아 등이었으며 이 중 암모니아를 대상으로 계산방식을 비교 설명하고자 한다.
하지만 필요 환기량의 경우 화학물질 관리법의 기준보다 더욱 합리적이고 구체적인 환기량 산정방식을 도입하여 근로자로부터 화재·폭발 위험성으로부터 보호할 필요가 있으며 본 연구에서는 이를위한 보다 합리적인 환기량 산정방법을 제안하였다.
물질수지식에서 유도된 화학물질의 농도를 계산한 식을 이용하여 인화성물질의 적정농도를 계산한 결과를 현재의 기준인 취급시설 바닥면적 기준식과 비교하여 보았다. 그 결과 관련 데이터가 확보된 178종의 물질 중 94%의 인화성 물질이 현재의 환기기준을 만족하였다.

대상 데이터

화학물질관리법에서는 2023년 8월 기준의 유해화학물질 1,439종을 규정하고 있으며 본 연구에서는 이들 대상 중에서 물리화학적인 특성을 고려하여 환기량이 적정한지를 확인가능한 178종의 인화성물질을 선별하였다. 화학물질관리법에서는 필요환기량 계산시 바닥면적만을 고려하지만 본 연구에서는 선정된 178종의 유해화학물질을 실내에서 취급할 경우의 환기량을 단위부피당 농도 및 증발 등이 고려된 Daniel A.

이론/모형

화학물질관리법에서는 필요환기량 계산시 바닥면적만을 고려하지만 본 연구에서는 선정된 178종의 유해화학물질을 실내에서 취급할 경우의 환기량을 단위부피당 농도 및 증발 등이 고려된 Daniel A. Crowl의 환기량 관련 계산방법을 적용하여 분석하고자 한다. 현재 국내·외에서 실내 취급 시설에서의 화학물질 규모·사용량 등에 따른 통계적 확인이 불가하여서 적정 환기량 계산을 위해 적절한 공학적 가정을 하였다.

성능/효과

따라서 안전보건공단의 KOSHA Guide (W-1-2014) “산업환기설비에 관한 기술지침”에서 활용 중인 환기량 관련 산정방식을 고려할 필요가 있으며 인화성의 방폭을 위한 환기량의 LFL은 vol%를 사용한다.
환기량이 적정한지 여부를 확인 가능한 인화성 물질은 대상물질 1,439종 중에서 178종(12.4%)정도이며 새로운 방법으로 계산한 결과 화학물질관리법에서의 환기량 기준을 만족하는 인화성 물질은 168종(94%)으로 도출되었다.
위 계산결과에 따르면 동일한 공간이더라도 취급하는 대상물질의 종류에 따라 물리화학적 특성인 증기압, 취급량 등에 따른 필요환기량이 모두 다르므로, 바닥면적만을 고려한 현행 화학물질관리법의 계산법을 개선하여 보다 합리적으로 환기량을 설정할 필요가 있다는 것을 보여준다. 환기량에 영향을 미치는 인자로는 물질의 비중, 증기압, 분자량, 인화하한값(LFL)등이 있으며 분자량이 작거나 증기압이 클수록, 인화하한값(LFL)이 작을수록, 필요 환기량이 증가한다.
Table 2에서는 유해화학물질 1,439종 중 계산에 필요한 물성을 나와있는 178종을 대상으로 현행 화학물질관리법과 새로운 방법으로 계산된 값의 환기량 비를 나타내었다. 178종 중 168종인 94%가 환기량 기준에 적합하였음으로 미루어 새로운 계산방법에 큰 문제가 없는 것으로 나타났다. 단, 디부틸프랄레이드와 같이 현행법의 계산방식의 필요량의 약 1,000배의 환기량의 필요한 인화성물질도 있었고 반대로 아닐린, 포르말린과 같이 현행법의 필요량의 약 1/1,000배의 환기량이 필요한 인화성 물질이 있었다.
단, 디부틸프랄레이드와 같이 현행법의 계산방식의 필요량의 약 1,000배의 환기량의 필요한 인화성물질도 있었고 반대로 아닐린, 포르말린과 같이 현행법의 필요량의 약 1/1,000배의 환기량이 필요한 인화성 물질이 있었다. 구체적으로 환기량 비가 1/10 이하인 톨루엔, 벤젠, 포르말린 등 124종 물질을 다루는 실내설비는 과대환기가 행하여 지고 있으며 10배 이상인 포스핀, 디부틸프탈레이트의 2개 물질을 다루는 실내설비는 안전을 확보하기 위한 조치가 더욱 필요함을 알 수 있었다.
물질수지식에서 유도된 화학물질의 농도를 계산한 식을 이용하여 인화성물질의 적정농도를 계산한 결과를 현재의 기준인 취급시설 바닥면적 기준식과 비교하여 보았다. 그 결과 관련 데이터가 확보된 178종의 물질 중 94%의 인화성 물질이 현재의 환기기준을 만족하였다. 이로 미루어 새로운 방식을 적용하기 위하여 연구자가 세운 공학적인 가정은 어느 정도 합리성을 확보하였다고 볼 수 있다.

후속연구

따라서 취급하는 화학물질의 증기압 등 물리화학적 특성이나, 취급량 등이 고려된, 보다 합리적인 환기량 산정방법으로 화재·폭발사고를 효율적으로 예방할 필요가 있다.
환기량에 영향을 미치는 인자로는 물질의 비중, 증기압, 분자량, 인화하한값(LFL)등이 있으며 분자량이 작거나 증기압이 클수록, 인화하한값(LFL)이 작을수록, 필요 환기량이 증가한다. 즉, 증기압이 높은 물질의 경우 현행 법규보다 환기량이 더 요구되며, 증기압이 낮은 물질에 대해서는 환기량이 과다하게 책정되는 등 불합리함이 있으므로 이를 해소할 수 있도록 제도가 운영되어야 할 것이다. Table 2에서는 유해화학물질 1,439종 중 계산에 필요한 물성을 나와있는 178종을 대상으로 현행 화학물질관리법과 새로운 방법으로 계산된 값의 환기량 비를 나타내었다.
다음, Table 2에서 보이듯이 톨루엔, 벤젠, 포르말린 등 환기량의 비가 1/10 이하인 물질이 124종이나 되었고 이들에 대해서는 과다한 환기가 이루어지고 있음을 합리적으로 추론할 수 있으며 이 경우 에너지나 공간 등에서 큰 낭비요소가 발생하여 불합리한 것으로 판단된다. 반면 포스핀이나 디부틸프탈레이트 등은 필요환기량이 기존 법규의 수십~수백배가 되어서 이들 2종의 물질을 다루는 실내설비에는 추가로 국소배기설비나 방폭설비를 도입하는 등의 개선조치가 필요한 것으로 판단된다.
취급 시설 현장에서는 물질의 특성에 대한 고려 없이 시설 자체의 기준으로 보관·처리하고 있으며 그나마 체계적으로 하는 사업장도 1류~6류 정도의 구분으로 취급하는 실정이다. 이에 대하여 새로운 산정법을 적용할 경우 화학물질을 보관할 때 현행규정에 대비하여 환기량비가 1 미만인 물질에 대해서는 현행대로 시행하고 환기량비율이 1이상일 경우에는 위의 경우와는 별도의 장소에 보관하여 국소배기설비를 추가하고 방폭설비를 대폭 강화하는 등의 추가 조치가 필요하다고 본다. 또한 보다 정확하고 논리적인 법규의 수립·이행을 위하여 아직까지 국내·외에서 실내 취급시설에서의 시설규모·화학물질 종류 및 사용량 등에 따른 통계의 확인이 불가하므로 국가차원에서 관련 통계확보의 노력이 필요하다.
이에 대하여 새로운 산정법을 적용할 경우 화학물질을 보관할 때 현행규정에 대비하여 환기량비가 1 미만인 물질에 대해서는 현행대로 시행하고 환기량비율이 1이상일 경우에는 위의 경우와는 별도의 장소에 보관하여 국소배기설비를 추가하고 방폭설비를 대폭 강화하는 등의 추가 조치가 필요하다고 본다. 또한 보다 정확하고 논리적인 법규의 수립·이행을 위하여 아직까지 국내·외에서 실내 취급시설에서의 시설규모·화학물질 종류 및 사용량 등에 따른 통계의 확인이 불가하므로 국가차원에서 관련 통계확보의 노력이 필요하다.

참고문헌 (10)

Daniel, A.C. (2019). Chemical Process Safety: Fundamentals with Applications. Pearson Education, England.
Kim, Y.S. (2016). A Study on the Characteristics of the Natural Ventilators. Ph.D. Dissertation, Gyeongsang？National University.
Koh, J.S. (2019). "Study on the risk of flammability & combustion of liquid mixtures such as alcohols." Journal of？the Society of Disaster Information, Vol. 15, No. 4, pp. 634-647.
Lee, J.C. (2022). "A study on the improvement of the system to reduce damage on ammonia chemical accident."？Journal of the Society of Disaster Information, Vol. 18, No. 2, pp. 306-313.
Ministry of Employment and Labor (2023). Enforcement Rule of The Occupational Safety and Health Standards.
Ministry of Environment (2021). Enforcement Rule of The Chemical Substances Control Act.
Ministry of Environment (2022). Technical Guidelines for The Chemical Substances Emissions. pp. 96-99.
National Institute of Chemical Safety (2023). Installation and Management of Indoor Storage Facilities for？Hazardous Chemicals, Attached Form 1, Cheongju.
Park, K. (2017). "Offsite risk assessment on toxic release." Journal of the Korean Institute of Gas, Vol. 21, No. 3, pp.？9-16.
Seo, C.M. (2023). The Improvement of Ventilation and Exhaust Standards on Indoors Storage Handling Hazardous？Chemicals, Ph.D. Dissertation, Soongsil University.

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