한국위험물학회지제 5 권제 1 호 Ⅰ. 서론국내에는 4만 4천종이상의화학물질이유통되고, 매년 300여종이상의신규화학물질이국내시장에진입되는등화학물질의사용량은지속적으로증가하고있다. 또한화학산업은국내외큰비중을차지하고, 2012년 9 월구미불산누출사고이후화학사고에대한국민의관심

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지유 봉
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1 Korean Journal of Hazardous Materials, Vol. 5, No. 1, pp. 65~71, June 2017 by Korean Institute of Hazardous Materials (ISSN ) All right reserved. 위험분석프로그램을이용한독성가스누출사고 안전거리산출에관한연구 옥재민, 곽영민, 홍민선, 정승호 * 경기수원시영통구월드컵로 206 아주대학교환경안전공학과 ( 접수 / 수정 / 채택 ) A Study on Safety Distance of Toxic Gas Leak Accident Using Hazard Modeling Program. Jaemin Oak, Youngmin Kawg, Minsun Hong, Seungho Jung Department of Environmental & Safety Engineering, Ajou University, 206 Worldcup-ro Yeongtong-gu, Suwon, Gyeonggi, 16499, Korea (Received May 24, 2017 / Revised June 1, 2017 / Accepted June 16, 2017) Abstract Domestic chemical accidents are continuously increasing. The public interest and anxiety about chemical accidents remain. In particular, in the case of a toxic gas leakage accident, a small amount of leakage may spread to the atmosphere, resulting in a large accident. In this study, 17 kinds of toxic gases were selected from 69 kinds of accident - prone materials and ALOHA, an accident damage prediction program, was used to calculate the emergency evacuation distance according to the leakage amount. The ERPG-2 concentration was used as the criterion for emergency evacuation distance. Based on the guidelines of the Chemical Safety Agency and the Korea Occupational Safety and Health Agency, we set the worst case scenario and calculated the emergency evacuation distance according to weather conditions and terrain conditions. These results are derived from look-up graphs and mathematical expressions and can be used as a pre-prepared data necessary for the initial response in case of a leak accident. Keywords : Toxic gas, ALOHA, ERPG-2, Safety Distance, Emergency response distance * Processsafety@ajou.ac.kr, Tel :

한국위험물학회지제 5 권제 1 호 Ⅰ. 서론국내에는 4만 4천종이상의화학물질이유통되고, 매년 300여종이상의신규화학물질이국내시장에진입되는등화학물질의사용량은지속적으로증가하고있다. 또한화학산업은국내외큰비중을차지하고, 2012년 9 월구미불산누출사고이후화학사고에대한국민의관심과불안감이증가하면서화학물질에대한안전관리가중요한과제로대두되고있다1).

kr) 을통하여 2011년 1월부터 2015 년 12월까지의화학사고를확인해보았다. 최근 5년간발생한화학사고의건수는 325건으로연도별발생현황은 Fig. 1과같고화학사고의발생건수는매년증가하는것으로나타났다 2).

2 한국위험물학회지제 5 권제 1 호 Ⅰ. 서론국내에는 4만 4천종이상의화학물질이유통되고, 매년 300여종이상의신규화학물질이국내시장에진입되는등화학물질의사용량은지속적으로증가하고있다. 또한화학산업은국내외큰비중을차지하고, 2012년 9 월구미불산누출사고이후화학사고에대한국민의관심과불안감이증가하면서화학물질에대한안전관리가중요한과제로대두되고있다1). 이에따라국내에서 는화학사고예방 대응정책으로 유해화학물질관리법 이 화학물질관리법 으로전부개정 ( , 시행 ) 되었고장외영향평가 위해관리계획, 유해화학물질영업허가제, 현장수습조정관등의제도가도입되었다 1). 이와관련하여, 최근국내의화학사고발생현황을알아보고자화학물질안전원에서운영하는화학안전정보공유시스템 (csc.me.go.kr) 을통하여 2011년 1월부터 2015 년 12월까지의화학사고를확인해보았다. 최근 5년간발생한화학사고의건수는 325건으로연도별발생현황은 Fig. 1과같고화학사고의발생건수는매년증가하는것으로나타났다 2). 또한, 사고물질별로살펴보면질산 31 건, 염화수소 30 건, 암모니아 25 건, 황산 20 건, 불화수소 13 건순으로 발생하였고, 이중염화수소, 암모니아, 불화수소와같은 화학물질은사고대비물질이면서고압가스안전관리법에 지정되어있는독성가스물질이었다. 이와같은독성가스는대기압에서가스상으로대기 중에확산되어피해영향범위가커질수있는물질이고, 화학물질의끓는점, 휘발성등이강한독성가스는소량 이라도누출되었을경우누출사고로발생하는데있어 높은위험빈도를보인다고할수있다 3). Table 1. Status of major chemical accidents in Korea. NO 1 2 사고년월사고지역사고형태 사고내용 ( 피해규모 ) 2012 년 06 월전라남도여수시누출 이송탱크로리에서저장탱크로이송하는준비과정에서이송탱크로리상부노즐파손되어트리클로로실란 누출 ( 근로자 49 명부상 ) 2012 년 06 월경상북도구미시누출 불산이송탱크로리에서저장탱크로옮기던중불산누출 ( 근로자 5 명사망, 경상 18 명, 인근지역 566 세대 피해 ) 2014 년 01 월경기도화성시누출 3 진공펌프실내작업중배관접속부에서디클로로실란가스누출 ( 근로자 1 명부상 ) Fig. 1. Status of chemical accident occurrence by year. 전체 325건의화학사고를 Fig. 2와같이발생형태 ( 사고형태 ) 로확인하였을때, 누출 233건 ( 약 72 %), 폭발 44건 ( 약 14 %) 으로대부분의화학사고는누출사고임을확인할수있었다 년 02 월경기도남양주시누출 건물내원인불명폭발로구조물일부구조물붕괴후, 지상에있는암모니아배관파손되어암모니아가스가누출 ( 근로자 1 명사망, 부상 3 명, 주민 455 명진 료 ) 2015 년 06 월전라북도군산시누출 폴리실리콘공정내탱크상부노출밸브를통해누출을감지, 지그이용누출방지시도중과압발생으 로실리콘테트라염화물누출 ( 부상 7 명, 주변농작물오염 ) 2015 년 10 월충청북도청원군누출 암모니아수 (98%) 저장탱크에서플로우미터파손으로 약 10kg 누출 ( 근로자 2 명부상 ) Fig. 2. Status of chemical accidents by accident type. 국내의화학사고중에서 2012 년구미불산누출사고 와같은독성가스누출사고는근로자및사고지역지역 주민에게영향을미치고, 이러한독성가스가가스상으로

3 옥재민등 / 위험분석프로그램을이용한독성가스누출사고안전거리산출에관한연구 누출되었을경우에는피해확산이빠르고, 방재가어렵다. 또한, 근로자와지역주민등많은인명피해가발생하는것은물론, 주변환경및동식물에유해한영향을미칠수있으며사고피해는장시간에걸쳐만성적으로나타나사고후피해영향을예측하는것은매우어렵기때문에독성가스누출사고에대한사전예방및사고대응은매우중요하다 4). 이에따라본연구는화학물질관리법에서지정한사고대비물질 69종중에서고압가스안전관리법에서독성가스로해당되는 16종의독성가스를선정하고피해예측시뮬레이션프로그램인 ALOHA를사용하여독성가스를취급 저장하는사업장에서누출사고가발생하였을때신속한비상대응및대피거리를위한사전대비성격의자료를작성하고자한다 5). Ⅱ. 방법론 1. 사고피해예측방법대부분의화학사고는화재 폭발 누출과같은형태로발생하고복사열 폭발과압 파편및독성가스의누출로피해를미친다. 이러한화학사고를예방하기위하여사고피해정도및범위를정량적으로평가하는데있어사고피해예측방법을사용한다. 일반적인독성가스누출로인한사고피해예측방법의계통도는 Fig. 3과같으며, 본연구에서는독성가스누출에따른대피거리를산정하는것으로 2단계 Dispersion modeling 까지만수행하였다 6). Source(Release) Modeling Dispersion Modeling 이높거나화학사고가발생한경우에그피해규모가클것이라고우려되는화학물질 로사고대비물질을지정하고있다. 고압가스안전관리법시행규칙제2조 ( 정의 ) 에의하면독성가스는 아크릴로니트릴 아크릴알데히드 아황산가스 암모니아 일산화탄소 이황화탄소 불소 염소 브롬화메탄 염화메탄 염화프렌 산화에틸렌 시안화수소 황화수소 모노메틸아민 디메틸아민 트리메틸아민 벤젠 포스겐 요오드화수소 브롬화수소 염화수소 불화수소 겨자가스 알진 모노실란 디실란 디보레인 세렌화수소 포스핀 모노게르만및그밖에공기중에일정량이상존재하는경우인체에유해한독성을가진가스로서허용농도 ( 해당가스를성숙한흰쥐집단에게대기중에서 1시간동안계속하여노출시킨경우 14일이내에그흰쥐의 2분의 1 이상이죽게되는가스의농도를말한다. 이하같다 ) 가 100만분의 5000 이하인것 으로규정하고있다 7). 이에본연구에서는사고대비물질 69종중에서상온 상압에서가스상인독성가스 16종을선정하였으며, 선정된독성가스는 Table 2와같다. Table 2. Determined toxic gases. No. 국문명영문명 ERPG-2 농도 1 암모니아 Ammonia 150 ppm 2 일산화탄소 Carbon Monoxide 350 ppm 3 염소 Chlorine 3 ppm 4 산화에틸렌 Ethylene Oxide 50 ppm 5 염화수소 Chloride 20 ppm 6 시안화수소 Cyanide 10 ppm 7 불화수소 Fluoride 20 ppm 8 황화수소 Sulfide 30 ppm 9 모노메틸아민 Methylamine 100 ppm Effect Modeling Fig. 3. Schematic diagram of consequence analysis procedure. 2. 대상물질의선정화학물질관리법제39조 ( 사고대비물질의지정 ) 에서는 급성독성 폭발성등이강하여화학사고의발생가능성 10 포스겐 Phosgene 0.5 ppm 11 트리메틸아민 Trimethylamine 100 ppm 12 알진 Arsine 0.5 ppm 13 염화메탄 Chloromethane 1000 ppm 14 디보레인 Diborane 1 ppm 15 불소 Fluorine 5 ppm 16 포스핀 Phosphine 0.5 ppm

4 한국위험물학회지제 5 권제 1 호 3. 시뮬레이션을이용한비상대피거리산정 (1) 비상대피거리산정을위한연구방법을 도식화하면 Fig. 4 와같으며, 본연구에서는피해예측시뮬레이션프 로그램으로 ALOHA(Areal Location of Hazardous Atmospheres) 를사용하였다. ALOHA 는미국환경보호청 (Environmental Protection Agency) 홈페이지에서무료 로제공하는위험모델링프로그램으로화학사고비상 대응과계획에사용되며, 실제또는잠재적인화학물질 누출에대한정보를입력하여다양한사고유형 (Toxic gas cloud, Flammable gas cloud, BLEVE, Jet fire, Pool fire, Vapor cloud explosion) 에대하여피해영향결과를 모델링할수있다 8). Day 3 m/s, D Rural or Urban Determine Toxic gas Calculating a Discharge rate using ALOHA for release scenario Night 1.5 m/s, F Rural or Urban 누출률 min 누출량 또한, 독성가스는저장탱크및용기등단일용기에최 소 10 kg 부터화학물질관리법시행규칙에있는 사고대 비물질별수량기준 에따라보관 저장할수있는최대 수량까지저장되어있다고가정하고, 식 (1) 을바탕으로각 저장량에따른누출률을계산하였다. 2) 대기확산모델링 ALOHA 에서는누출된독성가스가대기중으로확산될 때가우시안모델과 DEGADIS 모델을사용하며일반적 으로공기보다가벼운가스는가우시안모델, 무거운가 스는 DEGADIS 모델을사용한다. 암모니아등과같은가벼운독성가스가액화상태로 저장된상태에서누출될때에는기체와작은액적 (droplet) 및연무질 (aerosol) 등과같이두상이혼합되어 누출될수있다. 이러한경우누출되는증기운의밀도가 커지고온도가낮아지기때문에 DEGADIS 모델을사용 하여대기확산을모사하는것도검토해야한다. 이에따라공기보다가벼운독성가스에대해서는두 가지확산모델을각기상및지형조건별로확인하고, 보 수적인대피거리를산정하고자하였다. ERPG-2 Endpoint Distances 3) 시나리오조건분석 대기온도는 25, 대기습도는 50 % 를적용하고, 누 출원의높이는지표면에서누출되는것을가정하였다. Look-up Graph Deriving formulas using Curve Fitting Fig. 4. Methods and procedure of this study. 1) 누출사고시나리오선정독성가스누출시독성에따른피해영향범위를보수적으로산정하기위하여화학물질안전원의 사고시나리오선정에관한기술지침 9) 에의하여누출사고시나리오를선정하였다. 4) 독성영향기준선정본연구에서는 ALOHA프로그램을사용하여시나리오에따른사고피해영향거리를예측하였다. 16종에대한독성물질의끝점농도는일반적으로독성물질의영향을평가하는기준으로 화학물질폭로영향지수산정에관한기술지침 10) 에서규정하는 ERPG-2을기준으로하였다 11). (1) ERPG-2 : 거의모든사람들이 1시간의노출에도보호조치를취하는능력을손실할수있는경험, 회복불능상태로의발전등기타심각한건강에대한영향이나징후가나타나지않는최고농도를말한다

5 옥재민등 / 위험분석프로그램을이용한독성가스누출사고안전거리산출에관한연구 Ⅲ. 결과 1. 최악의시나리오의 ERPG-2 거리 최악의시나리오에따라각독성가스별기상및지형 조건마다저장량에따른비상대피거리를산출하고 Fig. 5 와같이 Loop-up graph 로나타내보았다. Fig. 5. Look-up graph of toxic gases. 2. 곡선접합 (Curve Fitting) 을통한수식도출 누출량에따른대피거리를 Look-up Graph로작성한결과, 누출량에따른거리의데이터가일정한경향을보이고, 함수모양이식 (2) 와같이오목함수의형태로나타났다. (2) 거리 저장량 Minitab 17 를사용하여곡선접합 (Curve Fitting) 을하 였으며, 독성가스별기상및지형조건에따른수식을 Table 3 과같이도출하였다 12). Ⅳ. 결론및고찰 화학사고가발생하면사업장에서는위해관리계획에따라초동대응을실시해야하며, 즉시관할지방자치단체, 지방환경관서, 국가경찰관서, 소방관서또는지방고용관서에 15분이내에신고하여야한다. 더욱이독성가스누출사고의경우에는대기중으로확산되어독성으로인하여인체와환경등에피해규모가커질수있기때문에신속하고정확한사고의대응및수습이필요하다. 이러한독성가스누출사고로인한피해를최소화하고정확한피해영향범위를예측하기위해서는사전에취급하고있는독성가스의종류와저장량, 성상등사업장에구축된정보를기반으로정확하게예측할수있는

6 한국위험물학회지제 5 권제 1 호 Table 3. Formulas for calculating toxic gases. 물질명 기상조건 지형조건 산출수식 최대오차 물질명 기상조건 지형조건 산출수식 최대오차 Ammonia Carbon monoxide Chlorine Ethylene oxide chloride cyanide fluoride sulfide 밤낮밤낮밤낮밤낮밤낮밤낮밤낮밤낮 시골 757 m 시골 98 m 밤도시 109 m 도시 96 m Methylamine 시골 270 m 시골 38 m 낮도시 42 m 도시 32 m 시골 64 m 시골 43 m 밤 도시시골 79 m 43 m Nitrogen monoxide 도시시골 47 m 35 m 낮 도시 6 m 도시 64 m 시골 154 m 시골 328 m 밤도시 199 m 도시 355 m Phosgen 시골 395 m 시골 120 m 낮도시 395 m 도시 119 m 시골 68 m 시골 50 m 밤도시 73 m 도시 47 m Trimethylamine 시골 44 m 시골 31 m 낮도시 48 m 도시 23 m 시골 193 m 시골 287 m 밤도시 192 m 도시 269 m Arsine 시골 621 m 시골 84 m 낮도시 332 m 도시 68 m 시골 100 m 시골 41 m 밤도시 71 m 도시 6 m Chloromethane 시골 88 m 시골 5 m 낮도시 35 m 도시 4 m 시골 67 m 시골 223 m 밤도시 74 m 도시 55 m Diborane 시골 55 m 시골 254 m 낮도시 31 m 도시 122 m 시골 106 m 시골 263 m 밤도시 88 m 도시 285 m Fluordine 시골 34 m 시골 63 m 낮도시 40 m 도시 55 m

7 옥재민등 / 위험분석프로그램을이용한독성가스누출사고안전거리산출에관한연구 피해예측기법이필요하며, 누출모델로인한다양한독성 화재 폭발영향모델의피해예측또한필수적이라고볼수있다. 본연구에서는사고대비물질 69종중에서독성가스 16 종에대하여누출사고가발생하였을때, 누출량에따라비상대피거리를바로확인할수있는 Look-up 그래프와수식을도출하였다. 이러한자료는보수적인접근으로산정하여독성가스누출사고에있어초동대응에필요한사전대비성격의자료로활용할수있을것이다. 나아가다른종류및성상의독성가스에대하여화학사고초동대응및사전예방에필요한비상대피거리에관한연구가지속적으로진행되어야할것이다. 감사의글이논문은 2015년도정부 ( 미래창조과학부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수행된기초연구사업임 (NRF-2015R1C1A1A ) 되었음 References 1. Jung, B, G., Lee, C, J., Consequence Analysis Based Research for the Initial Response of Chemical Accidents, Ph.M, dissertation, Pukyong National University, CSC, 3. Ahn, S, R., Kim, S, B., Jin, H, L., Chun, K, S., Study on Chemical Incident Response Plan Identified as a Chemical Accident Statistics, Journal of Hazardous Materials, Vol. 2, No. 1, Sang, W, P., Jung, S, h., Recommended Evacuation Distance for Offsite Risk Assessment of Ammonia Release Scenarios, Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 31, No. 3, Jee, D, L., Park, G, D., A Status of Safety management of toxic gases by the High Pressure Gas Safety Control Act, and the trend of policy, Journal of Hazardous Materials, Vol. 1, No. 2, Kim, J, H., Jung, S, H., Offsite Consequence Modeling for Evacuation Distances against Accidental Fluoride (HF) Release Scenarios, Korean Chem. Eng. Res,. Vol. 54, No. 4, Ministry of Government Legislation, moleg.go.kr/main.html 8. Kim, S, Y., Hwang, Y, W., Lee, I, M., Moon, J, Y., A Study on the Safety Distances for High Pressure-toxic Gases by Specific Accident Scenarios, Journal of the Korean Institute of Gas, Vol. 20, No. 6, NICS, Technical Guidelines for Selecting Accident Scenarios, KOSHA, Determining guide for Chemical Exposure Index(CEI) (2012). 11. Sung, K, H., Moon, J, Y., Ji, W, M.., Baek, C, H., Reduction Plan and Analysis Effect Zone for Storage Facility in HCl Regeneration, Journal of Hazardous Materials, Vol. 4, No. 1, Jung, Y, K., Heo, H, J., Yoo, B, T., Yoon, Y., Yoon, J, H., Ma, B, C., A Study on the Simplified Estimating Method of Off-site Consequence Analysis for Aqueous Ammonia, Journal of the Korean Institute of Gas, Vol. 20, No. 2,

04_이근원_21~27.hwp

04_이근원_21~27.hwp 1) KIGAS Vol. 16, No. 5, pp 21~27, 2012 (Journal of the Korean Institute of Gas) http://dx.doi.org/10.7842/kigas.2012.16.5.21 실험실의 사례 분석에 관한 연구 이근원 이정석 한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원 (2012년 9월 5일 투고, 2012년 10월 19일