RTO 비정상정지 후 폭발사고

축열식 소각로 (Regenerative/Recuperative Thermal Oxidizer. RTO)에서 폭발 사고가 많이 발생하고 있어 이에 대한 예방 대책을 공유하고자 한다.

 

 

 

RTO 비정상정지 후 폭발사고 

축열식 소각로 (Regenerative/Recuperative Thermal Oxidizer. RTO)라 함은 VOC 등의 물질을 소각하는 방법 중 배기가스의 폐열을 최대한 회수하여 이를 흡기가스 예열에 이용하기 위해 표면적이 넓은 세라믹(Ceramic) 등의 축열재를 직접 가열하고 재생(Regeneration)하는 장치를 말한다.

사고 개요

RTO 공정에서 Interlock에 의해 비정상 Stop 후 RTO 전단 Pre-filter에서 LEL 농도까지 도달 후 RTO 축열재 표면온도에 의해 발화되어 Prefilter에서 1차 화재·폭발 발생 후 역화에 의해 바니쉬 #2호기에서 2차 화재·폭발이 발생한 사고

<그림 1> 폭발이 발생한 RTO 전단 Pre-filter(좌)와 바니쉬#2호기(우)

 

 

사고 원인 분석

사고 발생의 직·간접 원인을 종합하면 변경관리 미흡으로 안전ㆍ방호장치(인화성 가스농도 감지장치, 비상배출장치 등) 미설치 및 안전운전지침 미준수로 인하여 RTO 내부 폭발위험분위기 형성 및 VOC 증기가 자연 발화하여 화재·폭발이 발생한 것으로 추정한다.

 

<표 1> 사고근본원인분석

 

 

사고발생 원인

■ RTO 설비의 안전·방호장치 미흡(설계적 결함)
» RTO 설비 설치 당시 인화성 가스농도 감지장치, 비상배출장치(Emergency vent, damper), 압력방출장치(파열판 등), 화염방지기(Flame arrestor), 팬 Blade 및 Casing 재질 등을 검토하여 설계에 반영하여야 하나 안전·방호장치가 미흡한 설비를 설치하여 운영하였음
» 이에 따라, 인화성 가스농도를 사전에 감지하지 못하여 폭발위험분위기가 형성되었고 자연발화로 RTO에서 1차 폭발 발생 후 화염이 역화하여 바니쉬 공정까지 2차 폭발이 발생하여 피해 범위가 확산되었음

 

■ 공정안전관리제도 운영 미흡(관리적 결함)
» RTO 설치 시 변경요소관리 지침을 준수하지 않아, 설계에 안전·방호장치(인화성 가스농도 감지장치 등)를 반영되지 않았음
» 공정안전보고서의 안전운전 계획을 바탕으로 작성된 RTO 운전지침(최초 시운전, 정상운전 및 비상시 운전)과 가동전 점검 지침 내용을 근로자에게 교육하고, 이를 준수하여 설비를 운영해야 하나, 사고 당일 Interlock에 의한 설비 가동 정지가 되었음에도 지침을 준수하지 않고 설비의 이상 여부를 확인하지 않은 채 수차례 기동을 실시하였음
» 안전운전지침서, 변경요소관리계획, 가동전 점검 지침 등 공정안전보고서의 안전운전 계획을 준수하지 않는 관리적 결함으로 인하여 사고를 예방할 수 없었음

 

 

사고예방 대책

■ 설비적 안전 확보
» RTO 비상 정지 시 RTO 인입배관에 정체되어 있는 VOC 증기를 외부로 배출할 수 있도록 비상배출장치 설치
» 배기팬 Blade는 스파크 등의 점화원으로 작용할 우려가 있기 때문에 Non-sparking 재질 적용 검토
» RTO 인입가스의 농도를 상시 확인 가능하도록 인화성 가스농도를 감지할 수 있는 가스농도감지기 설치
» RTO 폭발 시 VOC 가스가 배출되는 바니쉬 공정에 역화되지 않도록 화염방지기(Flame arrestor) 설치
» VOC 인입배관 및 RTO 본체에는 파열판 등의 압력방출장치를 설치

■ 관리적 안전 확보
» 변경관리 시 관련 법 및 KOSHA GUIDE를 검토하여, 안전운전에 필요한 설비 반영
» RTO 운전지침에 맞추어, 정상운전, 비상 시 운전에 관한 사항을 근로자에게 교육 실시 후 해당 지침 준수
» RTO 정비·청소 등을 목적으로 점검을 실시한 후 설비 재가동시에는 ‘가동전 점검 지침’을 준수하여 설비 점검 후 운전

 

 

기타 유용한 정보

■ 축열식 소각로(RTO) 

» 축열식 소각로(RTO)는 휘발성 유기화합물(VOC) 등의 물질을 소각하는 설비로, 배기가스의 폐열을 최대한 회수하여 이를 흡기가스 예열에 이용하기 위해 표면적이 넓은 세라믹 등의 축열재를 직접 가열하고 재생하는 장치임
» 열을 회수하는 방법에 따라 크게 열교환(Recuperative)방법과 재생(Regenerative)방법이 있으며 열교환(Recuperative)장치는 폐열을 대기로 방출하기 전에 향류 또는 병류의 다관식 열교환기를 사용하여 열을 회수하는 장치이며, 재생(Regenerative) 장치는 세라믹 등 축열재를 사용해서 열을 회수하는 것을 말한다

 

<그림 2> 축열식 소각로 일반 구성도

 

Reference : KOSHA 2023 화학사고 사례연구