화학공장 밀집지역에서 지진발생시 유독물질의 피해범위 평가

이성운, 유민수*

한국산업안전공단, 전남대학교 화학공학부

A Consequence Estimation Earthquake for Release of Hazardous Materials to Chemical Complex

Sungwoon Lee, Minsu Ryu*

Korea Occupational Safety & Healthy Agency, Chonnam National University Department of Chemical Engineering*

서론

우리나라의 경우 지진 발생은 1978년 이래 총 473건이 발생하였으며, 지진의 발생횟수가 최근 10여년간 급격히 증가하였다. 따라서 급증하고 있는 지진이 발생시 화학공장 밀집지역에서는 막대한 피해가 발생된다고 볼수 있다. 따라서 이러한 재난에 대비하여 재해가 발생시 유독물질인 포스겐과 염소가 누출시 피해영향을 예측하였다. 누출시 가정된 조건은 지진의 발생시 공업단지의 화재 폭발로 인한 설비의 비산 및 폭발로 인해 간접적인 피해 및 지진에 의한 직접적인 원인에 의해 누출이 동시에 여러 공장에서 일어난다는 가정하에 추정하였으며 사고 발생시 최소 안전거리등을 제시함으로서 주민대피등에 이용할수 있도록 하였다.

이론 및 가정

사고발생시의 누출모델 및 분산모델을 정확하게 추정하기 위해서는 포스겐과 염소를 사용하는 공장들의 정확한 공정 및 사용량등이 제시되어야 하나 대부분 회사기밀로 분류되어 있어 자세한 정보를 입수할 수가 없어서 누출모델은 추정하지 못하고 분산모델만을 추정하였다.

각 개별회사들의 포스겐과 염소의 사용량은 노동부에서 □99년도에 조사한 제품 생산량과 제조업체 작업환경 실태조사시 조사된 양을 근거로 하여 추정하였다.

분산모델은 가장 쉽게 응용할수 있는 Pasquill-Gifford 모델과 DNV Technica의 PHAST(Process Hazard Analysis Software Tools) 프로그램을 이용하여 추정하였다.

1. Pasquill-Gifford Model

Pasquill-Gifford Model은 정상상태 분포의 대표적인 모델로 2가지로 추정하였다. 통상의 기상상태를 적용하여 추정하였으며, 나머지는 최악의 기상상태를 가정하여 추정하였다.

통상의 기상상태는 최근 20년간의 월별 평균풍속, 최고풍속, 월평균온도를 이용하였으며 최악의 누출시나리오에서는 KOSHA Code에서 정한대로 풍속을 1.5m/s, 대기안정도를 □F'급으로 가정하고 대기압은 1기압, 대기온도는 25□로 가정하고 지표면의 상태는 도시지역으로 하여 추정하였으며 누출량은 포스겐 2.6kg/sec, 염소 2.25kg/sec으로 가정하였다.

최종 도달 농도는 NIOSH에서 정한 IDLH 농도를 기준으로 하였는데 포스겐의 IDLH는 10ppm, 염소의 IDLH는 2ppm이다.

(A)                        (B)

Fig. 1. 최악의 누출시나리오를 적용할경우의 등농도선(A:포스겐, B:염소)

2. PHAST 프로그램을 이용한 추정

PHAST(Process Hazard Analysis Software Tools)는 DNV Technica에서 개발하여 시판하고 있는 프로그램을 이용하였다.

Fig. 2. PHAST 프로그램을 이용하여 추정할 경우 등 농도선

프로그램을 이용한 추정은 대기조건은 풍속 1.5m/sec, 4m/sec, 대기안정도는 □F'급, 누출시간은 10분, 누출온도는 302K,  최종 도달 농도는 NIOSH에서 정한 포스겐의 IDLH 10ppm, 염소의 IDLH 2ppm으로 하였으며 누출량은 포스겐 2.6kg/sec, 염소 2.25kg/sec으로 가정하였다.

결론

분산모델을 Pasquill-Gifford 모델과 PHAST 프로그램을 이용하여 추정한 결과 Pasquill-Gifford모델의 경우 최악의 누출시나리오를 적용한 결과 IDLH 농도에  도달하는 거리가 포스겐의 경우에는 바람부는 방향의 경우 약 4,100m이며 최대폭은 약 229m정도였으며, 염소의 경우 바람부는 방향의 거리는 1,450m이고 최대폭은 104m정도이었다.

PHAST 프로그램을 이용하여 추정한 결과 IDLH에 바람부는 방향으로 도달하는 거리가 약 1,500m, 폭은 약 150m, 염소의 경우에는 약 1,900m, 폭은 160m정도가 되었다.

Pasquill-Gifford 모델과 PHAST 프로그램을 이용한 결과가 차이가 나는 이유는 Pasquill-Gifford 모델의 경우에는 무거운 물질에 대한 고려가 되지 않아서이며, 특히 포스겐의 경우 차이가 많이 나는 이유는 포스겐은 분자량이 공기의 3배정도가 되기 때문이라고 생각되어진다.

따라서 화학공장에서 최악의 누출이 발생할 경우 두가지를 비교한 결과 피해지역이 넓은 모델을 선택해야 하므로 발생지점으로부터 안전한 최소거리는 포스겐의 경우 약 4km, 염소의 경우 약 2.8km로 추정됨을 알수 있다.

지진과 같은 자연재해나 화학공장의 대규모 폭발이 발생할 경우 확산거리를 고려하여 안전거리 산정을 해서 재난관리 대책등을 수립해야 할것이다.

참고문헌

1. Center for Chemical Process Safety of the AICHE, " Guidelines for Consequence Analysis of Chemical Releases", 2nd Ed., 1999

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

3. Robert H. Perry, "Perry's Chemical Engineering Handbook", 7th Ed., McGraw-Hill, 1997

4. Center for Chemical Process Safety of the AICHE, "Guidelines for Consequence Analysis of Chemical Release", 1999