석유화학공장 배치 및 이격거리기준(1)

화학공장 등에서 단위공정 등의 적절한 배치와 충분한 이격거리를 확보함으로써 화재·폭발·누출과 같은 사고로부터 인명과 재산 및 조업중단으로 인한 피해를 최소화할 필요가 있다.

 

 

 

석유화학공장 배치 및 이격거리기준(1)

공정 위험도 기준

각 공정의 고유위험이 서로 다르기 때문에 공정 위험도 또한 다르다. 단위공정은 화재 및 폭발위험에 따라 저위험(Moderate Hazard), 중위험(Intermediate Hazard), 고위험(High Hazard) 으로 구분한다.

 

1. 저위험(Moderate Hazard)

준폭발위험(Limited Explosion Hazard) 및 보통 화재위험(Moderate Fire Hazard)이 있는 단위공정이나 단위조작이 포함된다. 이 범주에는 일반적으로 흡열반응과 증류, 흡수, 인화성 액체의 혼합 및 조합 등의 기타 조작을 포함한다. 인화성 액체나 가스를 취급하지 않는 발열반응도 본 위험그룹에 포함되며, 대표적인 단위공정 및 생산품은 아래와 같다.

: 무수초산(초산 메틸의 카르보닐화), 아세톤(알콜의 탈수소화), 아디포니트릴, 암모니아, 원유 증류, 디메틸포름아미드, 염화메탄류, 에탄올(메탄올로부터 제조), 에틸렌글리콜, 포름알데히드(메탄올 산화), 메틸아민류, 메틸에틸케톤(알콜의 탈수소화), 솔벤트 추출, 스티렌, 요소, 비스브레이킹

 

2. 중위험(Intermediate Hazard)

상당한 폭발위험(Appreciable Explosion Hazard)과 보통 화재위험(Moderate Fire Hazard)이 있는 단위공정이나 단위조작이 포함된다. 이 범주에는 일반적으로 약한 발열반응이 포함되며, 대표적인 단위공정 및 생산품은 아래와 같다.

: 무수초산(초산으로부터 제조), 알킬화(정제장치), 벤젠(톨루엔-크실렌으로부터 제조), 벤젠-톨루엔-크실렌(BTX), 큐멘, 시클로헥산, 에틸벤젠, 메탄올(개질), 고밀도 폴리에틸렌(소형 유닛),폴리플로필렌, 폴리스틸렌, 폴리염화비닐(PVC), 개질(정제장치), 테레프탈산

 

3. 고위험(High Hazard)

높은 폭발위험(High Explosion Hazard) 및 대형 화재위험(Heavy Fire Hazard)이 있는 단위공정 및 단위조작이 포함된다. 이 범주에는 높은 발열이나 폭주반응이 발생할 가능성이 있고 화재위험이 높은 제품의 취급이 포함되며, 대표적인 단위공정  및생산품은 아래와 같다.

: 초산, 아세트알데히드(산화), 아세톤(큐멘산화), 아크로레인, 아크릴산, 아크릴로니트릴, 부타디엔 (산화), 카프로락탐, 큐멘하이드로퍼옥사이드, 디메틸테레프탈산염, 에틸렌, 산화에틸렌, 수소화분해 (정제장치), 무수말레인산(부탄산화), 메틸메타크릴레이트, 페놀(큐멘산화), 무수프탈산, 저밀도 폴리에틸렌(고압), 고밀도 폴리에틸렌(대형 유닛), 산화프로필렌, 비닐아세테이트, 염화비닐(PVC-EDC)

 

 

최소 이격거리 기준

1. 화재모델

(1) 화학공장 등에서 단위공정 등의 배치와 이격거리는 화학공장 등에 화구 등과 같이 짧은 시간 동안 발생하는 강렬한 복사열에 의한 위험 또는 액면화재, 분출화재 등에 의한 장시간의 복사열에 의한 위험을 고려하여야 한다.

(2) 단위공정 등은 공정장치의 손상을 고려하여 복사열이 37.5 ㎾/㎡(11,900 Btu/hr/ft2) 이하가 되도록 배치하여야 한다.

(3) 복사열이 미치는 거리를 줄여야 하는 것이 불가피한 경우에는 최소 이격거리를 줄이는 대신에 이를 보완하기 위해 Active System에 의한 드렌처설비, 수막 또는 스팀막설비(Water or Steam Curtain) 등을 설치한다.

(4) 표 1은 복사열에 의한 영향을 나타낸다.

 

<표 1> 복사열에 의한 영향

 

 

2. 폭발모델

(1) 화학공장 등에서 인접 유닛의 중요한 장치는 과압원주 20.7 kPa(3 psi) 내부에 설치해서는 안 된다.

(2) 과압원주 6.9 kPa(1 psi) 내부에 있는 인접 유닛의 장치 및 건축물은 증기운폭발에 견딜 수 있도록 설계하여야 한다.

(3) 증기운폭발 연구결과는 평균 이상의 폭발 피해 가능성 및 기업휴지로 인하여 유닛 사이에 더 큰  이격거리가 필요하다는 것을 보여준다.

(4) 최소 이격거리를 줄여야 하는 것이 불가피한 경우에는 최소 이격거리를 줄이는 대신에 이를 보완하기 위해Passive System에 의한 방폭 및 비산물 방지 구조물로 노출 위험을 막거나, 노출 시설의 구조를 방폭형 및 비산물 방지형으로 설치한다.

(5) 표 2는 과압에 의한 영향을 나타낸다.

 

<표 2> 과압에 의한 영향

 

 

3. 확산모델

(1) 대기 중에 확산되는 독성물질에 근로자, 인근주민이 노출되는 경우 독성물질의 농도 및 노출시간에 따른 인체에 미치는 영향을 판단할 수 있는 기준은 AEGL(Acute Exposure Guideline Level)-2 값을 우선 적용하고, 그 다음ERPG(Emergency Response Planning Guideline)-2, TEEL(Temporary Emergency Exposure Limits)-2의 농도에 도달할 수 있는 거리로 한다. (2) 표 3은 독성물질 누출 시 적용가능한 기준을 나타낸다.

 

<표 3> 독성물질 누출 시 적용기준 비교

 

4. 기타

(1 )부적절한 경사도, 취약한 배수로 및 중요한 운전과 같은 바람직하지 못한 상태는 유닛 사이의 연소 위험을 증가시키므로 더 넓은 이격거리가 필요하다.

(2) 유닛 사이의 모든 거리는 배터리 리밋을 기준으로 측정해야 하고 이 배터리 리밋에는 본 유닛의 운전에 필요하지 않은 기타 구조물이나 유지 보수 건물, 냉각탑 등은 포함되지 않는다.

(3) 인접한 유닛의 배터리 리밋 사이의 공간은 공지로 유지해야 하고 이러한 공지는 앞으로의 공정 확장을 위해 사용해서는 안된다.

 

 

전체 공장 배치

1. 낙뢰, 염해, 동결, 지진, 홍수, 해일, 침하, 태풍 등 제어가 불가능한 상황에 노출될 가능성 등을 고려하여 최선의 부지를 선정한다.

 

2. 부지가 일단 선정되면 배치 및 이격거리는 다음과 같은 손실을 가져오는 요인의 영향을 감소시킬 수 있다.

(1) 부지의 지반 및 경사도, 기후, 자연재해에 노출, 풍향 및 풍력은 제어가 불가능한 요인이지만, 발화원이 잠재적 증기 누설의 상승기류에 위치한다거나 저장탱크 집합지역을 주요 유닛의 내리받이에 건설하는 것 등은 화재나 폭발사고 발생의 가능성을 감소시켜준다.

 

[참고] 다음 그림 1은 탁월풍을 기초로 한 좋은 배치를 나타낸 것이다.

<그림 1> 좋은 배치(예)

 

(2) 공정 설계 매개변수, 공정 장치 설계, 하역 설비, 유지 보수, 예비 부품 공급, 제어 로직 및 자동화, 점화원, 화재 보호 설계, 예비 생산 능력, 가연성 액체 제어, 누출 제어 및 프로세스 유형은 제어가 가능한 요인에 속한다. 적절한 배수설비와 이격거리의 활용은 유출(Spill) 및 화재 확산을 제어할 수 있다.

 

3. 개별 공장 운전의 위험평가는 공장 내 유닛이나 공정블럭의 방위 또는 상대적 위치 등을 설정하는데 도움을 주며 선정된 배치는 전체 재산 피해를 최소화시키는데 부합해야 된다.

 

4. 전체 부지는 단위공정, 지원설비, 컨트롤룸, 부대시설 및 입출하장, 저장탱크 집합지역 등으로 세분해야 하고 개별 지역과 유닛은 화재 노출, 소화활동 등을 고려하여 블록형으로 배치하며, 블록은 정방형보다 좁고 긴 장방형이 효과적이다. 블록의 최대 크기는 소화활동 등을 고려하여 92 m(300 ft) ×183 m(600 ft) 정도가 되도록 배치하여야 한다.

 

Reference : KFS 701 석유화학공장 배치 및 이격거리기준