유해화학물질의 종합 위해 등급 알고리즘 개발에 관한 연구

고 재선 , 김 효

서울시립대학교 지진·방재연구소

서울시립대학교 대학원 화학공학과

Study on Total Hazard Level Algorithm Development for Hazardous Chemical Substances

Ko Jae-Sun , Kim Hyo

University of Seoul Urban Safety ＊ Security Research Institute

Department of Chemical Engineering

University of Seoul

I. 서론

1-1 연구배경 및 목적

전세계적으로 화학물질의 취급 및 물동량이 많아짐에 따라 화학물질로 인한 유출사고도 대형화되고 또 그 빈도도 많아지고 있다. 특히 1984년 인도 보팔에서 일어난 MIC누출사고 이후 각 국에서는 화학물질의 관리규제를 더욱 강화하고 비상사고에 대비한 많은 제도적 장치를 만들고 있다. 따라서 국내에서도 유해화학물질의 사고 대응을 위한 포괄적 방안(ERIS : Emergency Response Information)이 강구되어야 하며 이를 도출하기 위한 전 단계로서 적절한 □위해등급표준화□(Total Hazard Level Algorithm) 마련이 필요하다.

1-2 연구내용 및 방법

Fig. 1 위해등급의 지수화 개요.

Ⅱ. 위해등급을 위한 대상물질 선정

유해화학물질의 대상물질 설정은 국내의 사고사례를 중심으로 화재보험협회, 가스안전공사, 산업안전공단의 재해사례를 7가지로 대 분류하여 사망/상해 및 피해액 기준으로 상위 20개의 물질을 정하였다. 국외의 자료는 미국의 EPA 및 테네시 대학에서 환경 우선 순위화한 물질 30개를 선택하였다.

Ⅲ. 위해등급

3-1. 독성

1)기준(Nh)- NFPA

2) 취약 지역 추정(the estimation of vulnerable zones)에 이용되는 방정식

① 액체로 누출되어 공기로 운반되는 양의 추정

[eqn: QR= { 0.106TIMES { (u)}^{0.78 } TIMES{ MW{}}^{2/3 } TIMES A TIMES VP} over {R {}TIMES{} ( T1+{273} )}]	… (1)

여기서  QR : 대기중 누출량(lbs/min)

MW : 분자량(g/g mole)

u : 풍속(m/s)

A : 누출된 물질의 표면적(ft2)

VP : T1온도에서의 물질의 증기압(mmHg)

R : 기체상수(82.05atm cm3/g moleK)

T1 : 화학물 저장 온도(℃)

② 취약 지역 추정(Equation of Turner's Workbook)

[eqn: C= { QR} over { { pi sigma }_{y }{} { sigma }_{z {}{}} u }]	… (2)

여기서	C : Airborne concentration, mg/m3

□ : 3.14

□y □z : dispersion deviation in  horizontal(y) and vertical(z)  directions,                    respectively.

[eqn: { sigma }_{y } {}{ sigma }_{ z} = { QR{}(g/sec)} over {pi{} TIMES{} u{} TIMES{} C }]	… (3)

3-2. 화재·폭발

1) Nf : 연소성(NFPA의 위험물 판정기준)

2).  화재, 폭발 위험평가 및 피해예측 방법

◇ Vapor Cloud Explosion - Unconfined

W = □ M Ec / EcTNT          R = Z W1/3                   … (4)

여기서, W : equivalent mass of TNT(lb)

□: mass of flammable material release(lb)

M : empirical explosion yield or efficiency

(range from 0.01 to 0.1)

EC: lower heat of combustion of flammable gas(Btu/lb)

R : Real Distance(m)

3-3. 환경기준 (Ne)

위에서 선택된 대상물질(국내 20 / 국외30)을 기준으로  USCG 및 MSDS의 환경분류등급과 NFPA의 건강위해성 중 환경적인 factor를 조합하여 0-4등급의 5단계인 환경위해등급을 설정하였다.

Ⅳ. 종합위해등급

4-1.  알고리즘

Table 1. Scoring from three types of chemical plant accident

Type of accident	Probability of occurrence	Potential Fatality	Potential Economic Loss
Fire / Explosion	4(Pf)	3(Hf)	4(Ef)
Toxic Release	3(Ph)	4(Hh)	3(Eh)
Response	2(Pr)	2(Hr)	2(Er)
Environment	1(Pe)	1(He)	1(Ee)

사고발생의 잠재적 영향에 대한 Risk 산정식

RISK[eqn: 〓 SUM from { { i}〓1} to 4 P i (Hi +Ei)]

[eqn: 〓 [(Nf × Pf) (Nf×Hf + Nf×Ef) + (Nh×Ph)(Nh×Hh+Nh×E h)]

[eqn: + (Nr×Pr)(Nr×Hr+Nr×Er) + (N e TIMES Pe)(N e×H e+N e×E e)]]··(5)  여기서

Pi 〓 발생확률

Hi 〓 치명도

Ei 〓 경제적 손실

Nh, Nf, Nr, Ne 〓 NFPA(Nataional Fire Preventiom Association) and                               MSDS(Material Safety Data Sheet) 기준

Table 2. Hazard extent of total hazard level

Unit category	Total hazard level	Hazard extent	Color classification
0 - 188	E (0)	Light	gray
189 - 377	D (1)	Moderate	green
378 - 566	C (2)	Inter Mediate	yellow
567 - 755	B (3)	Heavy
756 - 944	A (4)	Severe	red

Ⅴ 종합 위해등급에 의한 Risk contour 작성

◇ 증기운 폭발사고(UVCE) : 계산예 : Cyclohexane, 폭발량(M) = 50 ton

Fig. 2 Cyclohexane의 종합위험등급 및 Risk Contour.

Ⅵ. 결론

유해화학물질의 종합 위해 등급의 설정과 나타난 위험수치는 화재·폭발의 잠재적 위험성 산정 및 주거지역이나 공공시설 사이를 어떻게 격리 또는 수용되어야 하는지를 다루는 규제의 이론치로 활용될 수 있다.

참고문헌

1) U.S.Environmental Protection Agency, and The university of Tennessee center for clean products and clean Technologies, "A Method for Ranking and scoring chemicals by potential Human Health and Environmental Impacts", 1994.

2) U.S. Environmental Protection Agency, "Technical Guidance for Hazard Analysis" 1987, Appendix G 1-7.