P-102-2013 사고피해예측기법에 관한 기술지침

화학 물질 방출의 영향 분석(CCPS)-증기 구름의 특성을 평가하기 위한 가이드 라인-폭발, 플래시 화재및 BLEVE(미국 CCPS)-화학 프로세스 정량적 위험 분석(국국 CCPS)-결과 평가와 완화(미조 CCPS)-ILO주요 리스크 관리:실용 매뉴얼-API 521-프로세스 산업의 손실 방지(Frank Lees)-Vapor Cloud Dispersion Model의 사용(미국 CCPS)49시간 2시간전에서 2지침은공정위험성평가시 인화성액체, 인화성가스 및 급성독성물질의취급설비로부터화재 폭발누출과 같은사고시의 피해정도및 피해범위등을 정량적으로산정하고 피해최소화대책을 수립하는등의 공정위험성 평가서를작성하는데필요한 사항을정하는데 그목적이 있다.

사고 피해 예측 절차 가상 사고를 중심으로 사고 피해 예측을 수행하지만 그 중 사고 발생 빈도 또는 가능성이 높은 가상 사고를 집중 분석한다.1단계로 정성적 위험성 평가 단계로서 주로 HAZOP이나 체크 리스트 방식 등에 의한 공정 내에 잠재하는 근본적인 위험 요소를 확인한다.스텝 2는 물질이 어떻게 누설할지를 분석하는 것으로, 배관 파손, 플랜지 누락, 운전원 미스 등으로 잠재적인 누설원 등을 확인하고 방출되는 위험 물질의 양, 온도, 밀도, 시간 및 누설 상태(가스·증기·액체·혼합물)을 계산하고 누설 모델을 작성한다.스텝 3은 누설 모델에 기초하여 대기 중으로 확산될 위험 물질의 거리에 따른 농도, 확산하는 증기 구름의 크기, 농도, 형태를 예측한다.4단계는 누출될 위험 물질이 인화성 가스 또는 인화성 액체의 경우에는 화재 폭발에 의해서 사업장 내 근로자 및 주변 시설에 미치는 영향을 계산하고 독성 물질의 경우에는 작업자, 인근 주민 또는 주변 환경에 미치는 독성 영향을 계산한다.

누출의 형태는 위험 물질을 저장 또는 취급하고 있는 용기의 운전원 실수 또는 기계적 결함의 정도, 운전 조건 및 물질의 물리 화학적 성질에 의해서 달라진다.일반적으로 누출될 위험 물질의 증기는 누출 시간에 따라서는 순간 누출 및 연속 누출, 그리고 증기 구름의 밀도에 의해서 가벼운 가스와 무거운 가스로 구분하고 누출량은 설비에서 누출하는 경우와 배관에서 새는 경우로 증기 또는 가스 상태, 액체 상태 및 두 장관(액체-증기)상태에 대해서 유체 역학을 적용하고 산출한다.인화성 가스 및 인화성 액체의 누출 결과는 화재 또는 폭발로 나타날 뿐, 영향은 누출하는 물질의 특성과 점화되는 시점에서 물질의 상태로 다르다.독성 물질의 유출에 의한 결과는 누출 시간, 누설 지점의 거리 및 기상 조건에 의해서 다르기 때문에 인화성 가스 및 인화성 액체 누설에 의한 결과를 예측하기보다 어렵다.그래서 독성 물질의 확산으로 피해를 최소화하기 위해서는 독성 물질 누출원에서 확산 거리의 농도, 독성 가스 구름의 지속 시간 등을 예측해야 하며 누출 물질의 독성 정보를 제공해야 한다.

피해 예측 확산 누락한 인화성 액체 또는 인화성 가스가 새는 대로 점화되지 않으면 증기 구름을 형성하고 먼 거리까지 확산된다.이 증기 구름은 확산될수록 공기와 희석되고 결과적으로 폭발 하한계에 도달했고 더 이상 화재의 위험이 없어진다.그러나 독성 물질의 경우에는 독성 물질이 바람에 의해서 꽤 먼 거리까지 확산되면서 농도가 낮아도 근로자 및 주민에 심각한 영향을 미칠 수 있다.공기보다 가벼운 가스의 확산은 확산하는 지역의 대기 조건에 의해서 영향을 받아 적용 가능한 모델인 가우스풀무모델 및 튀긴 모델을 이용한 확산 피해 예측을 한다.순간 노출에 의해서 형성되는 증기 구름을 분첩(puff)라는 연속 누출에 의해서 형성되는 증기 구름을 풀무(plume)이라고 한다.연속 누출은 누출 기간이 누출 물질의 일정 지점에 도달 시간보다 큰 경우이다, 반면 순간 누출은 누출 기간이 누출 물질의 일정 지점에 도달 시간보다 짧게 도달 지점에 이르지 못할 때이다.가우스이앙·풀무모델은 가벼운 가스의 연속 누출에 적용하며 전제 조건으로 누출 속도가 일정으로 장애물 없는 평평한 곳에서 누출이 일어나는 화학 반응과 열역학적 영향이 없는 누출한 물질은 오래 공기 중에 머무를 수 있다 안정된 가스인, 풀무이 지표면 및 혼합되는 높이에서 완전히 반사된 누출이 한 지점에서 일어난다.

가우시안 퍼프 모델은 가벼운 가스 순간 누출에 적용하며 전제조건으로 장애물이 없는 평평한 곳에서 누출이 일어나 화학반응이나 열역학적 영향이 없으며 누출 물질은 오랫동안 공기 중에 머물 수 있는 안정된 가스로 예측 농도가 순간 누출의 최대 농도이며 누출이 한 지역에서 일어난다.

공기보다 무거운 가스 확산 모델은 BM(Britter&McQuaid)모델, HMP(Hoot, Meroney&Peterka)모델, Degadis모델이 있다.HMP모델은 수직 방향의 연속 누출 풀무에 적용하는 액면에서 증발시에는 적용하지 않는다.BM모델은 연속 누출 농도는 3분부터 10분까지 평균 농도로 산출하고 연속 누출 및 순간 누출시의 지상에서의 농도 계산 때 적용한다.액면 화재/증기 구름 화재/고압 분출 화재 누락된 증기 구름이 점화되면 누출원 측에 화재가 전파됐고 만약 배관 또는 플랜지 부위에서 새어 나오는 물질이 즉각 점화하면 고압 분출 화재 또는 액면 화재를 형성하게 된다.증기 구름 화재 때는 가연성 증기 구름의 크기를 측정하고 복사열을 예측할 수 있도록 대기 확산 모델을 사용하는 액면 화재 시에는 TNO모델의 적절한 액면 화재 모델을 사용하는 고압 분출 화재는 미국 석유 협회(API)또는 TNO모델을 사용하고 복사열을 예측한다.API고압 분출 화재 모델은 압축 가스 및 액화 가스가 저장 탱크 배관의 일정한 구멍을 통해서 고압에서 분출되면서 화재를 일으키는 경우에 적용하며 전제 조건으로 분출 속도가 일정하며 수직으로 뿜어 내는 완전 연소가 일어나고압 분출 화재 때문에 모든 열이 방출된다.비등 액체 팽창 증기 폭발/화구 화재 시 저장 탱크 순간적 파열에 의해서 끓는 액체 팽창 증기 폭발 및 화구 등이 발생할 수 있지만 화구의 크기 또는 화구에서 거리의 복사열 등은 비등 액체 팽창 증기 폭발 및 화구 모델을 사용하고 쉽게 예측할 수 있다.그러므로, 끓는 액체 팽창 증기 폭발 또는 화구 발생 시 거리의 복사열 등이 주변 시설물 및 근로자에 미치는 영양을 예측하도록 한다.비등 액체 팽창 증기 폭발 및 화구의 피해 예측 모델은 TNT당량 또는 단열 팽창 모델 등을 이용하여 계산한다.액화 가스 또는 과열 액체의 누출 사고로 들끓는 액체 팽창 폭발이 일어나면 폭발 압력에 의한 피해를 받는다.그러나 저장 물질이 가연성의 경우에는 폭발과 동시에 화재가 발생하여 생성된 화구에 의해서 강하게 복사열이 발생하고, 폭발 압력과 복사열에 의한 피해를 동시에 받는다.그러나 피해의 크기에서 폭발 압력에 의한 피해보다 복사열에 피해가 훨씬 심각하다.물리적 폭발 압력 용기의 물리적 폭발은 저장하고 있는 에너지를 방출시키는 것으로 방출 에너지는 폭풍파 및 용기 편의 비산 등으로 나타났고 용기로 인화성 가스나 액체를 취급하는 경우에는 그 물질이 이차적으로 화재 폭발을 일으키게 된다.물리적 폭발에 사용되는 모델은 TNT당량 모델이다.증기 구름 폭발 대량의 인화성 가스 또는 인화성 액체의 유출에 따른 증기 구름 폭발의 발생 확률은 비교적 낮지만 그 결과는 매우 크다.증기 구름 폭발 위력은 과압, 폭풍파 등으로 표시되어 증기 구름 폭발 때는 거리에 의한 폭발 압력이 인체 및 주변 시설에 미치는 영향을 예측하는 증기 구름 폭발에 사용되는 모델은 TNT당량 모델, TNO상관 모델, TNO멀티 에너지 모델 등이 있다.TNO액위 화재 모델은 저장 탱크 배관에서 인화성 물질이 누출, 그 물질이 액면을 형성하고 화재를 일으키는 경우에 적용하며 전제 조건은 산소가 충분히 공급될 것으로 가정하고 완전 연소와 가정하고 액면 면적이 일정하다고 가정한다.TNT등가 모델은 대량의 인화성 가스 또는 인화성 액체가 용기와 배관에서 지속적으로 유출, 증기 구름 폭발을 일으킬 경우에 적용하고 화재 폭발에 의한 복사열과 동시에 폭발 압력에 의한 피해를 동시에 받는다.그러나 피해의 크기에서 복사열에 의한 피해보다 폭발 압력에 피해가 훨씬 심각하다.LPG증기 구름 폭발은 용기와 배관에서 지속적으로 LPG가 샐 증기 구름 폭발을 일으킬 경우에 적용하여 순간적으로 일어나기 때문 화염에 의한 복사열의 피해는 미약으로 폭발 순간의 압력이 엄청나기 때문 폭발 압력에 의해서 피해를 산정한다.1톤의 LPG는 약 0.42톤의 TNT과 동등한 폭발 위력을 갖는다.밀폐형 증기 구름 폭발 밀폐된 공간의 증기 구름 폭발은 매우 높은 과압, 폭풍파 또는 용기 편의 비산 등에서 나타나는 밀폐형 증기 구름 폭발에 의한 손상 크기는 화학 물질의 양 및 폭발 압력에 의해서 다른 밀폐형 증기 구름 폭발에 사용되는 모델은 TNT등가 모델, TNO상관 모델, TNO멀티 에너지 모델 등이 있다.위험 기준의 정립 화재, 폭발 또는 독성 물질의 누출 등과 같은 중대 산업 사고 발생 시, 복사열, 과압 또는 공기 중에 떠도는 독성 물질 농도에 의해서 사업장 내 근로자, 인근 주민 또는 주변 시설물 등에 어느 정도의 위험이 미치는지 또는 이 위험을 받아들일 수 있을지를 판단할 수 있는 위험 기준을 작성한다.확산 대기 중으로 확산하는 독성 물질에 근로자, 인근 주민 등이 노출될 경우 독성 물질의 농도 및 노출 시간에 따른 인체에 미치는 영향을 판단할 수 있는 기준은 “화학 물질 폭로 영향 지수 산정에 관한 기술 지침(KOSHA GUIDE)”에서 규정하는 ERPG-2농도에 도달하는 거리로 한다.인화성 가스 및 인화성 액체가 새고, 대기 중에 확산될 경우에는 그 물질에 의한 화재 및 복사열에 의해서 노동자, 인근 주민 및 주변 환경에 영향을 미치기 때문에 그 판단 기준은 그 물질의 폭발 하한 농도(LEL)가 되는 최대 거리로 한다.화재(복사열)화구 등처럼 단시간에서 발생하는 강렬한 복사열에 따른 위험 또는 증기 구름 화재, 고압 분출 화재, 액면 화재 등에 의한 장시간의 복사열로 인한 근로자 또는 주변 기기에 미치는 영향을 판단할 수 있는 기준은 5kW/㎡(1,585Btu/hr/ft2)의 복사열이 미치는 거리로 한다.폭발(과압)증기 폭발 등 같은 폭발 사고 때 주변 기기 및 근로자 등에 미치는 영향을 판단할 수 있는 기준은 0.07키로 f/㎠(6.9kPa, 1psi)의 엄청난 압력이 도달하는 거리로 한다.피해 예측 보고서 피해 예측 보고서에는 유출량, 누설 시간, 기상 조건 등 확산 모델 계산에 사용한 누설 모델 기본 자료 및 거리에 따른 과압, 복사열, 독성 물질의 농도 등 가상 사고로 인한 피해를 예측할 수 있는 자료

액면화재 시나리오에는 액면의 크기(지름), 불꽃의 기울기, 복사열량 그리고 거리에 따른 복사열강도가 포함되며 증기운화재 시나리오에는 가연성 증기운의 크기(지름), 증기운의 밀도 및 온도, 복사열량, 거리에 따른 복사열강도가 포함되며 고압분출화재 시나리오에는 거리에 따른 복사열강도, 불꽃의 기울기, 복사열량 등이 포함되며 비등액체팽창 증기폭발 시나리오에는 복사열량, 화구의 지름 및 거리에 따른 복사열강도가 포함된다.

증기운 폭발 시나리오에는 증기운의 크기, 증기운의 밀도 및 온도, 거리에 따른 과압, 최대 과압을 포함하고, 밀폐계 증기운 폭발 시나리오에는 거리에 따른 과압, 파편의 비산에 의한 영향을 포함하며, 물리적 폭발 시나리오에는 거리에 따른 과압, 파편의 비산에 의한 영향을 포함한다.

피해 예측 결과는 확산, 화재, 폭발 시나리오별로 별도 양식으로 작성한다.

허용 설계 기준

허용 설계 기준

폭발 과압의 영향 판단폭발 과압의 영향 판단