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연구 보고서
중장기적인 정책연구과제와 대안을 포괄적인 시각에서 이론적 · 실중적 분석을 통해 제시함으로써 연구원의 설립목표를 가장 잘 실행하고있는 보고서입니다.
국내 화학공장의 열매체유 사용실태와 위험성 분석(화학)
- 연구책임자
- 이근원,한인수,이수희,이정석
- 수 행 연 도
- 2013년
- 핵 심 단 어
- 주 요 내 용
- ,1. 연구 필요성 및 목적 열매체유(Heat transfer fluid)는 열교환기 등을 통하여 공정상의 물질을 간접적으로 가열 또는 냉각시키기 위하여 사용되는 물질로 화학 공업, 플라스틱 및 제지 공업, 의약품 공업 등에 다양하게 사용되어지고 있다. 열매체유는 인화점 이상의 온도로 가열된 상태에서 일정한 압력 하에서 운전되기 때문에 열매체유 펌프, 열매체유 이송배관, 열팽창탱크 등 열매체유 취급 장치 및 설비에서 누출이 일어나고 스파크, 정전기 등의 점화원이 존재하면 화재·폭발이 발생되어 중대산업사고로 이어질 가능성이 높다. 그러나 국내의 경우에는 열매체유 시스템에서 열매체유 열화로 인한 위험성 및 누출로 인한 위험성에 대한 연구 뿐만 아니라, 이를 예방하기 위한 열매체유의 사용실태나 위험성 분석에 관한 연구가 미흡한 실정이다. 본 연구는 국내 공정안전관리(PSM) 대상 사업장을 중심으로 사용되고 있는 열매체유의 사용실태 조사를 위해 설문지 조사를 통해 열매체유의 위험도 인식과 관련 안전장치 및 안전관리 실태를 조사하였다. 또한, 열매체유 시스템에서 사용되고 있는 열매체유를 수거하여 신유(New oil)과 사용유(Used oil)의 종류별 물성치의 분석하여 열매체유의 위험성을 파악하고 열매체유의 위험성 감소 방안을 제시하고자 하였다. 이들 연구결과를 통하여 공정안전관리 대상 사업장에서 사용되고 있는 열매체유로 인한 화재·폭발사고 예방대책 수립에 필요한 안전자료를 제공하여 열매체유 누출 및 열화로 인한 화재·폭발사고 예방에 기여하고자 한다. 2. 연구내용 및 방법 본 연구에서는 열매체유로 인한 화재·폭발 사고예방 대책수립을 위한 조사도구로서 열매체유 사용실태 조사를 하였다. 또한, 사업장 방문을 통해 열매체유 사용공정의 오일을 샘플링하여 열매체유의 사용 전후의 점도, 인화점 및 발화점을 측정하여 위험성을 분석하였다. 이들 연구범위와 내용을 요약하면 다음과 같다. 1) 국내외 관련문헌 및 자료 수집 ○ 열매체유 관련 문헌 검색 ○ 열매체유 화재·폭발 사고사례 수집 2) 열매체유 사용실태 조사 설문지 개발 및 설문 조사 ○ 열매체유 실태 조사 설문지 개발 ○ PSM 대상 사업장 설문지 배포 ○ 세미나 발표 시 설문지 조사 및 사업장 방문조사 실시 3) 실태조사 설문지 분석 ○ 근로자 수에 따른 열매체유의 안전관리 인식도 ○ 열매체유의 사용량에 따른 안전관리 특성 분석 ○ 열매체유의 누출에 따른 안전관리 특성 등 분석 4) 열매체유의 종류별 위험 분석 ○ 선정 사업장에 열매체유 사용유의 시료 채취 ○ 열매체유의 종류별 인화점, 발화점, 점도 등에 관한 위험성 분석 5) 열매체유의 사고 예방대책 제시 ○ 실태조사에 따른 위험성 인식도와 안전관리 방안 ○ 위험성 분석을 통한 열매체유의 위험성 감소 방안 3. 연구결과 1. 열매체유 실태 조사 결과 1) 열매체유 사용에 따른 위험 인식도 열매체유 사용에 따른 위험도 인식조사에서 근로자 300인 이상 대기업에 속하는 화학공장이 근로자 50인 이하 소규모 화학공장의 경우보다 2배 이상 위험도의 인식이 높은 것으로 알 수 있다. 열매체유의 사용량이 많을수록 위험 인식도가 높은 것으로 나타났다. 열매체유 사용량에 따른 위험을 인식하는 부분은 사용량에 관계없이 화재·폭발 사고 등 안전사고 발생이 약 52 %를 차지하였다. 열매체유의 설정온도에 따른 위험도 인식에는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다. 2) 열매체유 서비스탱크 보유 현황 및 열팽창 탱크의 질소 밀봉 여부 열매체유 서비스탱크와 열 팽창탱크를 보유하지 않은 소규모 사업장이 열매체유 사용에 따른 이상사태 발생 시 사고예방에 취약 한 것으로 판단된다. 사용량 5,000 kg 이상 사용 사업장에도 서비스 탱크를 보유하지 않은 것으로 보아 공정안전보고서 심사 시 철저한 검토가 있어야 될 것으로 사료된다. 근로자수 50인 미만 소규모 사업장의 경우 열매체유 관리가 미흡한 것으로 나타났다. 열매체유 사용량 기준 5,000 kg 미만 사업장이 열매체유의 산화 및 열화가 쉽게 일어날 수 있다는 것을 알 수 있으며 열매체유 관리가 미흡한 것으로 나타났다. 3) 열매체 누출로 인한 화재·폭발사고 사업장 규모나 열매체유 사용량에 관계없이 화재·폭발 사고가 발생하는 것으로 나타났다. 열매체유 5,000 kg 이상 사용 사업장에서 화재·폭발 사고 경험이 많은 것으로 나타났다. 열매체유 누출 등의 사고가 가장 많이 발생되는 부위는 열매체유 순환펌프와 이송배관 플랜지 부분이 가장 많았다. 다음은 밸브, 열교환기 및 Heater(보일러, 가열로)튜브 순이었다. 4) 열매체유의 위험성 평가 기법과 안전교육 주기 공정의 위험성 평가는 위험과 운전(HAZOP)분석과 체크리스트 법이 약 80%를 차지하였다. 그러나, KRAS는 2012년부터 한국산업안전보건공단(KOSHA)에서 개발한 위험성평가지원시스템으로 아직까지 위험성평가 기법으로 널리 활용되지 못한 것으로 판단된다. 대부분 사업장이 1년에 1회 이상 열매체유의 누출에 의한 위험성을 포함한 표준운전절차 등의 안전교육을 실시하는 것으로 나타났다. 열매체유 5,000 kg 이상 사용 사업장 보다는 5,000 kg 미만 사업장이 열매체유에 관한 안전교육 실시가 미흡하여 교육적 원인에 의한 사고의 개연성이 큰 것으로 나타났다. 5) 열매체유 시험성적서 요청과 이상 유무 판단 방법 근로자 300인 이상 사업장에서는 대부분 주기적으로 열매체유의 점도, 인화점 및 산가 등을 점검해서 열매체유를 관리하고 있는 것으로 판단되나, 근로자 50인 미만 사업장에서는 열매체유의 열화방지를 위한 관리가 부실한 것으로 나타났다. 대부분의 열매체유 사업장이 열매체유의 색상 및 정도 등의 물성변화와, 순환펌프의 소음·진동, 열매체유의 저장탱크 등의 액위변화 등으로 공정의 이상 징후를 판단하는 것으로 나타났다. 2. 열매체유의 위험 분석 결과 1) 점도 분석 Therminol 66을 제외하고 3종류 열매체유 모두 신유기준 점도가 ±20 % 이내의 기준에서 관리하고 있었다. Therminol 66의 경우에는 신유 기준 10년이 경과한 열매체유로 손실된 양 만큼 보충하였으나, 적정 점도가 나오지 않는 것으로 판단된다. 본 연구에서 사용된 시료의 경우 대부분 점도가 증가한 것으로 보여 열매체유의 산화가 진행된 것을 확인할 수 있었다. 2) 인화점 분석 인화점의 경우에도 열매체유 공정에서 신유을 기준으로 ±20 % 이하로 관리하고 있다. Jarytherm 과 Therminol VP1 의 경우는 신유와 사용유가 인화점이 같거나 약간 증가하였다. 나머지 3 종류는 열분해가 우세하여 저비점 물질들이 많이 생성된 것으로 판단된다. 인화점이 많이 감소하면 즉, 저비점 물질등에 의해 열매체유 공정에서 고온, 고압에 의해 화재·폭발의 위험성이 증가하게 된다. 따라서, 주기적으로 인화점 측정하여 관리해 줄 필요가 있다. 3) 발화점 분석 Jarytherm과 Dowtherm-G의 경우에는 발화점 변화가 약간 있었고, Theminol 66의 경우에는 표준편차가 측정값에 비교하여 아주 높게 나타났다. 또한, Therminol VP1과 Dowtherm-A는 측정 불가하여 발화점이 650 ℃ 이상인 것으로 추정된다. 따라서, 열매체유의 화재·폭발 예방을 위한 주기적인 분석 항목으로 부적당한 것으로 사료된다. 4. 활용 및 기대효과 ○ 열매체유 사용 사업장의 안전관리 대책 수립 자료로 활용 ○ 열매체유 관련 장치 및 설비의 유지·보수·정비 작업시 활용 ○ 화학공장에서 열매체유 누출로 인한 화재·폭발사고 예방에 기여 ○ 안전관련 학회(화공학회, 안전학회, 가스학회 등)에 연구결과의 발표와 논문게재로 관련분야 전문가의 기술 및 연구 자료로 활용 5. 중 심 어 열매체유, 실태조사, 화재·폭발, 누출, 열화, PSM, 위험성 분석 6. 참고문헌 - 이근원 등. 열매체유의 인화성과 열안정성, KIGAS, Vol. 15(2), pp. 82-87, 2011. - 이근원, 최이락, “열매유의 화재사고와 안전대책”, 안전보건 연구동향, Vol.4(8), pp. 62-70, 2010. - 이주엽. 열매체유 시스템에서 위험성 평가에 의한 안전관리 개선방안 연구, 인천대학교 대학원, 2012. - Alison Makay and Richard Franklin, "Fire Explosion Hazards with Thermal Fluid systems", IChemE Hazards XXII Paper 13, No. 156, 2011. - Conrad E. Gamble and Matthias Schopf, “Heat Transfer Fluid Leaks: Break the Fire Triangle”, Chemical Engineering, Vol. 117(13), pp. 26-33, 2010. - Jim Oetinger, "Troubleshoot Heat-Transfer Fluid Systems", Chemical Engineering, Vol. 118(12), pp. 33-36, 2011. 7. 연구담당자 연락처 - 연구책임자：산업안전보건연구원 화학물질센터 이근원 연구위원
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