누출의 발생원인과 피해

화학물질 사고에 의한 피해는 화재, 폭발, 누출이라는 3 가지 형태의 노출에 의해 생긴다. 금번은 누출의 발생원인과 피해에 대하여 공유하고자 한다.

 

 

 

누출의 발생원인과 피해

화학물질 사고에 의한 피해는 화재, 폭발, 누출이라는 3가지 형태의 노출에 의해 생긴다.

 

누출 개요

통상적으로 화재와 폭발은 같이 일어나는 경우가 많으며, 누출은 모든 물질에서 해당되지만 특히 독성물질의 경우 누출이 문제가 된다.

누출은 화학물질 사고에서 가장 피해의 범위가 다양하다. 누출은 통상 탱크, 반응조, 파이프의 구멍, 갈라진 틈, 펌프나 밸브, 플랜지의 누출공 등에서 일어나기 쉽다. 화학물질은 독성과 에너지에 의한 위험성을 가지고 있기 때문에 누출사고가 발생하면 독성에 의한 영향뿐 아니라 화재와 폭발사고로 연결될 수 있다.

 

 

누출 방식

누출되는 방식은 크게 광역누출과 제한된 틈새누출로 구분할 수 있다.

- 광역누출은 공정장치나 저장탱크 등에서 큰 파열이나 구멍이 발생하여 짧은 시간 동안에 많은 양의 물질이 방출되는 형태의 사고로써 저장장치의 폭발 등이 대표적인 예가 된다.

- 제한된 틈새누출은 비교적 자주 일어나는 형태로 물질의 상류 흐름에 즉시 영향을 주지 않을 정도로 낮은 속도의 방출을 의미한다. 그림 1에 나타낸 것과 같이 화학물질이 탱크나 파이프의 구멍이나 균열, 플랜지나 파이프 연결부위의 틈, 펌프나 밸브의 연결부위, 파이프 절단 등의 상황에서 발생한다. 과압을 방지하기 위해 설치된 안전밸브나 압력 방출 시스템도 누출의 경로가 될 수 있다.

<그림 1> 제한된 틈에서 누출의 유형

 

 

누출의 형태

누출의 형태는 시설물에서 작업자의 오류나 기계적 결함의 정도, 저장 또는 취급 온도와 압력 조건, 해당 물질의 물리화학적 성질에 따라 달라진다.

- 누출 시간에 따라서는 누출을 순간 누출과 연속 누출로 구분한다.

- 화학물질의 밀도에 따라서는 가벼운 가스 누출과 무거운 가스누출로 구분하게 된다.

- 누출 부위에 따라서는 설비 누출과 배관 누출 등으로 구분한다.

- 물질 자체의 형태에 따라서는 증기, 가스, 액체, 혼합물(액체, 증기)로 누출을 분류할 수 있다.

 

 

액체 누출 vs. 증기/가스 누출

- 액체로 누출이 되는 경우에는 사고의 확산 방지와 대응이 상대적으로 유리하다. 방류벽이 설치되어 있는 시설의 경우 누출된 물질을 방류벽에 가두어 물질의 외부 확산을 막을 수 있다. 방류벽이 없다면 확산 방지를 위한 차수벽이나 저류조를 설치한 후 회수하거나 처리장으로 보냄으로써 사고를 수습할 수 있다. 또한 액체 누출의 경우 확산 범위를 비교적 수월하게 예상할 수 있으므로 화재나 폭발로 연결되지 않는다면 비교적 신속하게 사고를 수습할 수 있다. 

- 누출 사고에서 가장 수습이 어려운 것은 증기, 가스가 누출되는 경우이다. 가스가 누출되면 실질적인 회수가 불가능한 경우가 대부분이므로 피해 영향 범위를 신속하게 산정하여 필요시 영향 범위 안에 있는 주민이나 근로자를 대피시켜야 한다.

 

 

누출 모델 (가벼운 가스 누출 vs. 무거운 가스누출)

대기 중 확산을 예측하기 위해서는 누출 모델을 사용하는데, 가우시안 모델이나 3차원 수치모델 등이 많이 사용된다.

 

1. 가벼운 가스 누출 

공기보다 가벼운 가스상으로 대기 중에 확산되는 누출은 가우시안모델이 많이 사용되며, 퍼프모형과 플룸모형으로 구분된다. 다음 그림 2에서 볼 수 있듯이 플룸 모형은 일반적으로 공기보다 가벼운 기체가 배출구에서 착지점까지 연속으로 누출되는 것으로 계산하는 확산 평가에 사용되며 퍼프모형은 단위시간에 배출된 가스가 커다란 하나의 연기 덩어리로 나오는 것으로 가정하여 시간에 따른 풍향변화와 안정도별 확산계수에 따라 농도를 계산하는 방법이다.

<그림 2> 공기보다 가벼운 가스의 확산모형

 

2. 무거운 가스누출

공기보다 무거운 가스는 누출된 후 가라앉는 특성이 있으므로 가벼운 가스와는 다른 모델을 적용하게 되는데 대표적인 모델로는 SLAB 모델, BM(Britter & Mc-Quaid) 모델, HMP(Hoot, Meroney & Peterka) 모델, Degadis 모델 등이 사용된다.

 

 

독성노출 기준

누출사고는 대부분 독성노출이 문제가 되므로 다양한 독성 값이 영향범위 산정에 활용된다. 대표적으로 사용되는 지수는 ERPG, AEGL, TLV, PEL 등이 활용된다.

- ERPG(Emergency Response Planning Guideline)는 미국산업위생협회(AIHA)에서 개발된 지수로 일반대기 중에서 화학물질에 1시간 동안 노출되었을 때를 기준으로,  3단계로 구분하고 있다. 

- AEGL(Acute Exposure Guideline Level)은 미국 EPA에서 개발되었으며, ERPG와 마찬가지로 일반 대기 중에서 화학물질에 일반인이 노출되었을 경우에 대한 기준이다. ERPG와 다른 점은 노출시간이 1시간으로 고정되지 않고 5개 노출시간(10분, 30분, 1시간, 4시간, 8시간)별로 각각 3단계 농도(ppm, mg/m )값을 제시하고 있다. 

- TLV(Threshold Limit Values)는 미국 ACGIH에서 제시한 기준으로 매일 반복적으로 노출되어도 거의 모든 작업자가 건강상 나쁜 영향을 받지 않을 것으로 믿어지는 공기 중의 농도 혹은 조건을 말한다. TLV가 ERPG나 AEGL 과 가장 큰 차이는 작업장 내 근로자를 대상으로 한 지표라 는 것이다. 즉 TLV 값은 누출 사고 발생 시 일반 대기환경 의 농도로 적용할 수 없다. TLV는 TLV-TWA(Time Weighted Average), TLV-STEL(Short Term Exposure Limits), TLV-C(Ceiling)의 3가지로 구분된다.

- PEL(Permissible Exposure Limits)은 미국 OSHA에서 정의한 허용 폭로 기준으로, 미국에서는 법적인 효력이 있다. 건강상의 영향과 함께 사업장에 적용할 수 있는 기술 가능성 고려하고 있으며, TLV-TWA와 매우 근삿값을 가진다.

 

Reference : 화학세계 2015. 09(윤준헌 화학사고의 유형과 자주 발생하는 사고형태)