【중대산업사고속보】

     제목 : 반응기 원료투입 배관 호스 파열사고
  속보번호: CCPS-0409
     날짜 : 2004년 5월
   기인물 : 반응기
 재해유형 : 파열
 피해정도 : 

                      【반응기 원료투입 배관 호스 파열사고】

1. 사고개요
    
   2004년 5월 30일 14:15경 울산시 소재의 ○○화학(주) K-991 Plant에서 반응기(R-1533)의 
   원료투입배관의 일부인 테플론재질의 Flexible Hose가 파열되어 배관내 유체인 PF5, HCl, 
   HF등이 누출되면서 대기중으로 확산된 사고임.

2. 사고물질의 특성
   
   가. 물리적 반응
               

   나. 기인물

     (1) Teflon Flexible Hose 
       ㅇ 길이: 1.5m,  규격: 1½＂
       ㅇ 재질: 
         - 내측: S형 테플론 Hose
         - 외측: 스테인레스 스틸 Wire Braid 
      ㅇ 플랜지: 150＃, SCS13, 40A 
      ㅇ 설치사유: 반응기에 투입되는 원료의 중량을 측정하기 위한 Load Cell이 
         설치되어 있기 때문에 연결배관설비에 모두 플렉시블 호스를 설치함.
      ㅇ Hose의 운전조건
         - 운전압력: 1.4 kg/cm2g 
         - 운전온도: -4°C
 
    (2) 반응기의 운전 및 설계조건
      ㅇ 운전압력: 1 kg/cm2g , 설계압력 : 3 kg/cm2g 
      ㅇ 운전온도: -25～50°C, 설계온도: -30°C
      ㅇ 용량: 2.1m3 (ID1400×H1550)

3. 사고발생공정 및 운전상황

  가. 재해발생공정 

    1. 공정설명

       - K-991 제조공정은 PCl3, Cl2, LiF 및 무수HF를 원료로 하여 -5°C, 1kg/cm2G 
         운전조건에서 배터리의 유기전해액을 만드는데 사용되는 LiPF6을 제조하는 Batch 
         공정으로서, 원료준비, 반응, 정제, 건조, 포장 및  회수 등 6개 Section으로 
         구성되어 있으며, PCl3 및 Cl2 등의 독성가스가 원료로 사용된다.

       - 금번 누출사고가 발생한 공정은 반응공정으로서 제품을 분리정제하고 남은 여액을 
         회수하여 응축시킨 후 반응기(R-1533)에 재투입하는 공정으로, 반응기와 투입배관을 
         연결하는 플렉시블 호스가 파열되면서 배관속에 포함된 불화수소, 염산, LiF가 누출
         되면서 자극성의 흄이 발생되었다.
               

4. 사고원인 분석

  (1) 내부 이상압력발생으로 파열
    ㅇ 반응기에서 발생된 이상압력으로 플레시블 호스가 파손된다고 가정할 수 있으나 
       반응기에 설치된 파열판 및 안전밸브(PSE-1533, PSV-1533 설정압력: 3.0kg/cm2)가 
       작동되지 않았고, 반응기에 투입되는 다른 원료투입배관에 설치된 플렉시블 호스는 
       파열되지 않은 점 등으로 판단해볼 때 반응기의 이상으로 플렉시블 호스가 파손된 
       것으로는 판단하기 어렵다.

  (2) 외부충격에 의한 파열가능성
    ㅇ 플렉시블 호스는 반응기에 투입되는 원료를 이송하는 역할을 하는 고정설비로서 
       반응기상부에 설치되어 있고 특별히 공정운전상 작업자나 외부 물체와의 충돌가능성
       이 매우 적은 위치로서 외부충격에 의한 파열가능성은 매우 낮다고 판단된다.

  (3) 플렉시블 호스 설치 및 사용의 부적합으로 인한 파열가능성
    ㅇ 설치된 플렉시블호스는 통상적으로 저온응력에 약하고 사용압력이 낮은 특성이 있다. 
       그러나 파열이 발생한 플렉시블호스는 운전특성상 저온( -5～-4°C)에서 6개월 이상 
       사용하였고, 호스의 양쪽 플렌지는 반응기 및 고정배관에 연결사용 되었으며, 호스내부
       로 유동성의 액체가 이송되었기 때문에 사용기간동안 호스 양쪽의 저온응력과 유체의 
       이동으로 인한 호스의 유동으로  경화된 테플론 호스가 이를 견디지 못하고 파열되었
       을 가능성이 있다.
    ㅇ 또한 테플론 호스를 반응기와 고정배관 양쪽을 연결할 때 “L”자 형태로 굽혀서 설치
       하여 벤딩(Bending)으로 인한 굽힙응력이 작용하는 상태에서 호스의 유동과 저온응력
       으로 인해 호스가 견디지 못하고 파열되었을 가능성이 매우 높다.

  (4) 호스자체의 결함으로 파열되었을 가능성
    ㅇ 플렉시블 호스를 제조한 업체의 의견을 취합한 결과, 국내에서 제조되는 플렉시블 
       호스에 대한 시험규격이나 사용규격이 마련되지 않아 제조하는 회사에서도 이들 
       호스에 대한 시험을 위한 장비들이 마련되어 있지 않으며, 이를 검사하는 기관이 
       없어 호스의 정확한 사용규격을 판단하기 어려운 점이 있다.
    ㅇ 따라서 제조된 호스의 사용규격이 명확하지 않은 조건에서 제조된  호스의 자체불량
       으로 인한 파열가능성도 배제할 수는 없다고 판단된다.

5. 사고방지 대책

   가. 운전조건에 맞는 플렉시블 호스의 선택 
      - 사고가 발생한 공정은 저온의 운전조건에서 테플론 플렉시블 호스가 저온경화상태
        (얼어 있는 상태)에서 지속적인 유체의 흐름으로 인한 유동으로 호스가 파열되었다고 
        판단되는 바, 운전조건에 적합한 규격의 호스를 구매하여 설치, 운전하도록 하는 
        기술적인 검토가 우선되어야 할 것이다. 

   나. 플렉시블 호스의 올바른 설치
      - 플렉시블 호스의 설치시는 저온경화상태에서 호스의 굽힘응력이 작용하지 않도록 
        고정배관에 엘보우(Elbow)를 설치하여 호스가 직선이 되도록 하고, 유체의 이동시 
        발생하는 유동에 견딜 수 있는 배관연결 방법을 강구하여야 할 것으로 판단된다. 

   다. 테플론 플렉시블 호스의 시험규격 및 검사제도 강화
      - 플렉시블 호스의 규격화를 통해 여러 가지 운전조건에 견딜 수 있는 제품을 제작
        하도록 하고 제작회사별 자체시험을 강화하여 생산된 제품의 불량을 방지하고 제품
        의 신뢰성을 확보하도록 하는 제도적인 보완책이 강구되어야 할 것으로 판단된다.


□ 관련사진 : 붙임자료 참고