H₂S 독성가스감지기기가 필요한 정량적 공정설비 기준 및 비상시 안전을 위한 위치선정 방안에 대한 연구 = A study on the quantitative process facility standards that require H₂S toxic gas detectors and location selection for emergency safety

국문 초록 (Abstract)

국내의 석유화학 단지는 현 시점을 기준으로 설계수명인 30년을 넘어가고 있다. 이에 노후화에 따른 화학물질의 누출을 예상해볼 수 있고, 실제로도 누출로 인한 화학사고는 증가 추세에 있다. 누출된 화학물질의 상과 물성을 고려해볼 때 기체상의 독성 물질의 누출이 가장 위험하다. 이에 국가에서는 독성 가스의 누출로 인한 피해를 최소화 하기위해 장외영향평가의 결과와 독성가스감지기의 설계 적합성에 대해 검토하여 화공플랜트의 운영 여부를 규제하고 있다. 장외영향평가의 경우 세계적으로 검증된 기준을 그대로 적용하고 있는 반면, 독성가스감지기 설계의 경우 세계적인 추세와는 동떨어진 국내의 자체 기준을 적용하고 있다. 따라서 본 논문은 독성가스감지기의 현행 설계 기준을 보완하는 방안에 대해 제시하였다. 대상 독성가스는 H2S로서, 천연가스 및 석유에 포함되어 있기 때문에 석유화학단지 화공플랜트에서 누출 가능성이 높은 기체이다.
본 연구에서 H2S 독성가스감지기의 설계 보완 방향은 2가지로 제시하였다. 첫번째로는 현행법에서 제시하고 있지 않은 H2S 독성가스감지기가 필요한 정량적 공정설비에서의 함량 기준을 500 ppm으로 적용할 것을 제시하였다. 이를 위해 세계적인 석유화학 선진사 설계 기준의 분석 및 H2S 독성가스에 노출된 농도에 따른 인체 피해 영향 조사 자료를 종합적으로 고려했다. 두번째로는 H2S 독성가스의 확산을 ALOHA로 시뮬레이션 한 결과를 적용한 H2S 독성가스감지기 배치안을 제시하였다. 현행법에서는 독성가스를 다루고 있는 장비들의 수평투영면을 통한 외면을 설비군으로 산정하여 둘레 길이당 법적 수량만 제시할 뿐 위치에 대한 세부 지침은 없다. 그러나 이러한 접근 방식은 배치된 독성가스감지기가 독성가스의 확산 범위를 반영하지 못하는 문제점이 있다. 이에 세계적으로 공인성을 인정받은 ALOHA를 통한 H2S 독성가스 확산 시뮬레이션 결과를 H2S 독성가스감지기 배치에 활용하는 방법을 제시하였다. 확산 끝점 농도는 화공플랜트 근로자의 근무 특성을 고려하여 H2S 독성가스의 IDLH 값인 100 ppm을 기준으로 하였다.
또한 본 연구에서는 과거 H2S 독성가스 사고사례를 재구성하여 위에서 제시한 H2S 독성가스 설계 보완 적용 안에 대해 예시를 제시하였다. 지역적차이를 비교하기 위해 국내 3대 석유화학단지인 울산, 여수, 대산의 평년 기상조건을 활용한 값을 적용하였다. 지역 조건이 울산, 대산, 여수인 순서로 H2S 가스의 확산 반경이 길게 도출되므로, H2S 가스 확산 반경을 H2S 독성가스감지기 설치에 적용하려면 지역적인 차이도 고려되어야 함을 주장하였다. 본 연구의 결과를 적용하면 실제 화공플랜트에서의 H2S 가스누출 시 근로자의 피해를 최소화시킬 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 이론적 배경 7
• 2.1. 국내 독성가스감지기의 설계 기준 7
• 2.1.1. 독성가스의 분류 기준 7
• 2.1.2. 독성가스감지기 설치 위치 기준 8
• 2.1.3. 독성가스감지기 설치 수량 기준 11
• 2.2. 세계 독성가스감지기의 설계 기준 14
• 2.2.1. 세계 독성가스 허용농도 기준 및 H2S 가스의 독성치 14
• 2.2.2. H2S 독성가스감지기 설치 대상 설비의 기준 19
• 2.2.3. H2S 독성가스감지기 배치 기준 22
• 3. 연구 방법 23
• 3.1. 연구 도구 23
• 3.2. 연구 대상 사고 시나리오 24
• 3.3. ALOHA 모델링 적용 조건 26
• 3.3.1. H2S 끝점 농도 조건 26
• 3.3.2. 누출 조건 및 기상 조건 27
• 3.3.3. 누출공의 크기 및 공정 조건 29
• 3.3.4. 적용 누출율 31
• 4. 결과 및 해석 33
• 4.1. H2S 가스 누출 사고 시나리오의 확산 반경 33
• 4.2. H2S 독성가스감지기 설치 시 적용 방안 38
• 5. 결론 39
• 6. 참고문헌 41
• 감사의 글 44