K-PSR기법 적용 사례(회분식)

 

화학 공장 중에서 회분식 축합 반응공정 (Batch Condensation Reaction Process)에 의하여 만들어지는 폴리에스터 (Polyester) 수지 제조 공장을 선정하여 K-PSR기법을 적용하여 위험성 평가를 진행하였다.

 

 

K-PSR기법 적용 사례(회분식)

1. 대상공정 선정 : 폴리에스터 수지 제조공정

폴리에스터 수지는 산-알콜의 반응에 금속 촉매를 원료로 사용하여 상압, 고온(180 ~ 230℃)에서의 축합 반응에 의하여 이루어진다. 실제 공정에서는 만들어진 고분자를 용도에 맞도록 용제로 희석하는 공정과 반응 중에 생성되는 물과 일부 미반응된 알콜류 모노머를 디켄터 (Decantor)로 받아서 제거하는 공정도 포함된다. 이러한 폴리에스터 수지 주요 제조 공정은 몇 개의 단위 공정으로 구분할 수 있으며, 그림 1의 공정 흐름도에서 보는 바와 같이 사입 (Charge), 승온 (Heating), 반응 (Reaction), 냉각(Cooling), 이송/희석 (Transfer/ Thinning) 및 여과/포장 (Filtration/Packaging) 공정으로 구분할 수 있다.

 

<그림 1>  Typical condensation process flow diagram for polyester resin

 

한편 축합 반응공정에서의 중요한 위험 특성을 살펴 보면, 고온에서 작업하는 공정이 대부분이므로 원료 및 열매체유가 누출될 경우의 안전 조치 지연으로 인한 화재위험이나, 이상 반응 등으로 반응기 내부의 젤화 (Gelation)가 되어 교반기 과부화로 발생할 수 있는 화재 등을 예상할 수 있다.

 

 

2. 검토구간 (Study Node) 설정

Node 1은 축합 반응 공정, Node 2는 희석/여과 공정을 각각 설정하였다.

<그림 2> P&ID of condensation reaction process for polyester resin 

 

 

3. 잠재위험 요소 분류

 

<표 1> Hazard guide words for K-PSR

 

 

4. 정량적인 요소를 추가(위험성 등급표 활용)

 

<표 2> Likehood (L) Criteria	<표 3> Severity (S) Criteria	<표 4> Risk (Severity and frequency matrix) Criteria (R)
		- 위험등급 1 및 2 : 허용가능한 위험 등급 - 위험등급 3 과 4 : ALARP 원칙에 따라 운전 및 관리 측면에서의 위험을 완화하거나 제거하기 위한 권고 사항 내용 등으로 위험 감소 활동을 실시 - 위험 등급 5 : 허용 불가한 위험등급

 

 

5. K-PSR 위험성 평가 결과

표 1을 기반으로 하여 Node 1 및 Node 2에 대한 K-PSR 평가 분석 절차에 따라 검토 분석 결과를 정리하여, 3등급 이상으 로 판정된 위험등급에 대하여서만 개선권고사항을 마련한 표 5로 나타내었다.

 

<표 5> Risk assessment results by using K-PSR

Node 1에서의 누출에 의한 위험요소들에 대한 원인-결과 항목은, ‘교반기 내의 기계적 씰 (Mechanical seal)의 파손 시에는 반응기 내부의 증기가 누출되어 환경오염 및 작업자 건강 장애가 발생할 수 있다’와 ‘반코일 재킷(half coil jacket) 의 용접 부위 크랙으로 인한 고온의 오일 누출 시에는 작업장 오염의 위험이 발생할 수 있다’의 두 가지 항목이 도출되며, 이에 대한 각각의 개선권고사항, 안전조치사항, 및 위험도 등급 4에 따른 개선권고사항이 구분되어 도출되어 있다.

또한, Node 2에서의 누출에 의한 위험요소들에 대한 원인-결과 항목은, ‘수지/용제 이송 파이프의 차단 밸브가 닫혀있는 상태에서의 이송 시 압력 펌핑에 따른 압력 증가로 파이프 파열로 인한 누출’로 도출되며 이에 대한 개선권고사항, 안전조치사항, 및 위험도 등급 4에 따른 개선권고사항이 도출되어 있다.

 

Reference : 한국산학기술학회논문지 제20권 제3호, 2019, K-PSR 기법을 활용한 회분식 폴리에스터 축합반응에서의 공정 위험성 평가 연구