Off-site Consequence Estimation에서의 Scenario 설정에 관한 연구

김구회, 강병관, 윤인섭

서울대학교 응용화학부

A Study on Scenario Selection in Off-Site Consequence Estimation System

Kuhoy Kim, Byounggwan Kang, En Sup Yoon

School of Chemical Engineering, Seoul National University, Seoul 151-742, Korea

서 론

화학공장에서의 사고로 인한 Off-site로의 영향의 평가는 그 결과가 지역사회 및 환경에 방대한 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대한 적절한 response planning을 마련하는데 활용할 수 있다. 물론 Off-site로의 영향 평가는 설계단계에서 수행되어 그 결과가 반영되어야 하며 영향 평가시 평가결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 사고시나리오를 잘 구성하는 것이 중요하다. 이를 위해 미국 EPA에서 활용하는 있는 WCS와 ACS에 대한 고찰과 본 연구에서 제시하는 시나리오 설정절차의 결과를 비교, 분석해 보도록 하겠다.

이 론

EPA에서는 1996년 공표된 40CFR Part68의 Risk Managment Program(RMP)을 통해 특정물질의 사고로 인한 Off-site에서의 영향 평가에 대해 작성하도록 하고 있다. 이러한 RM Program의 가장 큰 특징은 각각의 물질에 대해 Worst Case Scenario(WCS)와 Alternative Case Scenario(ARS)에 대한 영향 평가를 수행하도록 규정하고 있다는 점이다. Worst Case Release란 용기나 line failure로부터 규제물질의 최대량이 누출되는 것으로 정의하며 일반적으로 이러한 물질은 endpoint가 될 때까지의 영향거리가 매우 큰 양상을 나타낸다. 최대량은 제어하에서 저장될 수 있는 최대량을 의미한다. 또한 WCS에서는 이러한 사고가 발생하게 되는 원인이나 발생할 수 있는 가능성 등은 고려하지 않는다.

아래 그림에서 볼 수 있듯이 각각의 경우에 대한 강도산정을 수행하였을 경우 EPA RMP에서 제시하는 WCS는 B의 경우가 되어야 한다. 물론 영향범위의 측면에서는 A의 경우가 가장 큰 범위를 보이지만 Off-Site로의 영향은 B의 경우가 가장 넓은 영향을 보이므로 이 경우에는 B의 경우가 WCS가 된다.

그림 1. 영향결과에 따른 WCS와 ACS의 결정

표 1. 모델링에 필요한 파리미터

WORST CASE SCENARIO	ALTERNATIVE CASE SCENARIO
Endpoint
각각의 독성물질에 대한 Endpoint가 정해져 있으며, 가연성물질에 대한 Endpoint는 증기운폭발의 경우에 1psi로 한다.	각각의 독성물질에 대한 Endpoint가 정해져 있으며, 가연성물질에 대한 Endpoint는 증기운폭발의 경우에 1psi로 하며, 화재로 인한 radiant heat level은 40초 동안 5kW/m2으로 한다.
Wind Speed/Stability
안정도등급 : F Class 바람 속도 : 1.5m/s	해당지역의 적절한 기상데이터 활용. 잘 모를 경우 D등급과 3m/s를 사용
Ambient Temperature/Humidity
평균온도 : 25℃ 평균습도 : 50%	평균온도와 습도 사용
Topograpy
Urban 또는 Rural topograpy 사용	Urban 또는 Rural topograpy 사용

본 연구에서는 시나리오 설정 기술의 신뢰성 향상을 위한 방법으로 사고분석기법을 응용하기로 한다. 즉 시나리오 설정의 신뢰성 증가를 위해 해당공정의 사고분석을 통한 시나리오를 추론하기로 한다. 기존의 방법들은 WCS(Worst Case Scenario)를 결정하기 위해 가능한 시나리오를 사용하여 계산결과를 분석하는 단계를 거치므로 인력 및 계산의 반복으로 인한 시간의 낭비를 초래하게 된다는 단점이 있다. 하지만 본 연구에서는 기존의 공정내 사고를 토대로 해당공정내에서 발생할 수 있는 사고의 형태를 사전에 추론함으로써 이에 대한 mitigation procedure 설정에 활용할 수 있게 하였다. 제안된 시나리오를 사용한 off-site에 대한 영향의 계산결과를 통해서 공정내의 안전장치의 종류나 크기를 결정할 수 있고 인근 주거지역에 대한 emergency planning을 세우는데 좀 더 유연한 결과를 산출할 수 있다. 시나리오를 결정하는 추론구조는 다음의 그림과 같다.

그림 2. 시나리오 추론 구조

물론 이러한 추론알고리즘을 통해 구해진 시나리오는 WCS(Worst Case Scenario)를 의미하지는 않는다. 즉, 해당 공정에서의 사고의 유형 및 사고의 원인 등을 분석하여 off-site에의 영향 평가에 응용하고자 하는 것이다. 여기서 결정된 시나리오는 EPA RM Program에의 응용과 함께 국내에 도입될 off-site의 영향평가 등에 응용될 수 있다.

결 론

본 연구는 공장내의 사고에 대한 영향평가 단계에서 사용되는 시나리오의 유연성 확보를 위한 방법을 제시하며, 이를 EPA의 RM Program에서 사용되는 WCS(Worst Case Scenario)와 비교해보았다. 이러한 방법론은 공정의 설계단계에서의 사고영향 평가의 신뢰성을 확보함으로써 좀더 정확하고 유연한 Emergency Planning을 제시할 수 있도록 도와주며, 사고 시나리오의 근거를 마련할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 공정설계단계에서 이를 고려하여 안전성의 확보 뿐 아니라 인적, 물적 절감의 효과도 얻을 수 있음을 알 수 있다. 사고분석에 근거한 시나리오 결정기법은 향후 정량적 공정 안전성 평가시스템의 일부로 구축되어 off-site의 영향 평가에 활용될 수 있을 것이다.

감사의 글

본 연구는 포항공과대학교 지능자동화연구센터를 통한 한국과학재단 우수연구센터와 과학기술정책관리연구소의 지원금에 의한 것입니다.

참고문헌

1. CCPS, "Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis", CCPS of the AIChE, 1989

2. Crowl, Daniel A. and J.F. Louvar, "Chemical Process Safety: Fundamentals with Applications", Prentice Hall, 1990

3. Lees, Frank P., "Loss Prevention in the Process Industries", Butterworths, 1986

4. CCPS, "Vapor Cloud Source Dispersion Models", CCPS of the AIChE, 1989

5. "RMP Offsite Consequence Analysis Guidance", EPA, 1996