본 연구는 불화 수소 탱크 컨테이너 하역장에서 불화수소 누출 시 누출량 및 확산 정도를 정량적으로 평가하여 동종사고의 재발을 방지하고 안전성 향상방안을 제시하는데 목적이 있다. 2012년 H사에서는 최대 저장량이 18 Ton인 탱크컨테이너에서 누출사고가 발생하여 인근 지역으로 8 Ton이 누출되었고, 그로인해 사회적 이슈가 되었다. 가우시안 플럼(Gaussian plume) 모델을 이용하여 계산한 결과 누출지점으로부터 반경 1,321m까지의 농도가 20ppm 이상으로 예측되었다. 2014년 R사에서 발생한 불화수소 누출사고에서는 누출량이 11.02kg으로 추정되었고, 그 중 2.9kg이 세정기로 회수되었다. 가우시안 플럼 모델을 사용하여 계산 한 결과, 누출 원으로 부터 20ppm 이상의 농도를 갖는 피해 범위가 반경 69m로 예상되었다. 위의 두 가지 사고를 비교 한 결과, 누출량은 약 987배 차이가 발생했고, 피해 지역은 19 배 이상 차이가 나는 것으로 나타났다. 따라서 보호구의 착용, 하역 장소의 밀폐 및 세정기 설치, 그리고 비상훈련을 실시하여 하역장에서 불화수소가 대량으로 누출되는 사고가 발생하지 않도록 관리해야 한다는 결론을 얻었다.
대용량의 공기조화용으로 널리 사용되는 터보냉동기는 냉매로 HCFC-123 가스를 주로 사용하며, HCFC-123은 CFC계 프레온의 대체 냉매제로 독성은 낮으나 환기가 원활하지 않는 밀폐공간이나 작업공간에서 산소결핍으로 인한 질식재해를 유발할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 2011년 대형할인마트 기계실 내부 터보냉동기 냉매 누출로 인해 작업자 4명이 질식 등의 사유로 사망한 재해 사례를 대상으로 전산유체역학을 이용하여 HCFC-123 누출에 따른 산소농도를 예측함으로써 프레온 가스 누출사고에 대한 원인을 조사하고 대응책을 제시하여 동종 재해의 재발 방지에 도움이 되고자 한다.
화학물질 운송과정에서 교통사고로 인한 화학물질 누출사고가 발생할 경우에 대한 정량적 위험성평가를 실시하였고, 이를 기준으로 화학물질 운송경로의 적절성을 평가하였다. 이를 위해 사업장 내부에 설치되어 있는 화학물질 취급설비에서 화학물질 누출사고가 발생할 경우 적용하는 정량적 위험성평가방법을 제시하였고, 이를 화학물질 운송과정에 적용하였다. 운송 차량의 교통사고 건수를 분석하여 화학물질 운송시 화학물질 누출사고가 발생할 확률을 예측하였고, 차량을 이용하여 액화염소용기를 운송할 경우 발생할 수 있는 염소가스 누출사고에 대한 정량적 위험성평가에 적용하였다. 그 결과 위험도를 바탕으로 액화염소용기를 운송하는 차량의 가장 적절한 운행경로를 제시하였다.
불산 누출사고 발생 시 피해영향범위 예측을 수계산, 영향평가 시뮬레이션, CFD 시뮬레이션을 활용하여서 예측하고 실제 환경영향보고서와 비교·분석하였다. 수계산은 누출원모델과 확산모델을 활용하여서 계산하였으며 영향평가 시뮬레이션은 우리나라 환경부에서 제공하는 KORA, 미국 환경부의 ALOHA, 상용화 프로그램 중 비교적 널리 사용 중인 PHAST를 사용하였고, CFD 시뮬레이션은 STAR-CMM+ 프로그램을 활용하였다. 사용자 입장에서 편리성, 신속성, 수용성, 경제성 등을 고려할 때 불산 누출사고 영향예측에 가장 적절하게 사용할 수 있는 프로그램은 ALOHA와 KORA 이었다. 아울러, 본 연구결과는 정부의 정책개발과 기업의 안전부서에서 피해영향범위 프레임워크를 선정하고 불필요한 규제, 불필요한 안전투자를 최적화하여 정부 또는 기업의 제한된 자원을 효율적으로 활용하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
탄소중립을 위한 온실가스 배출 감소를 위해 정부에서는 다양한 정책을 추진하고 있는데 그 핵심과제 중 하나가 수소경제 활성화 정책이다. 이 정책 중 하나로 정부는 기존 도시가스 배관에 수소를 혼입하는 추진안을 공식화하였고, 다가오는 2026년까지 20% 수소 혼입을 상용화하는 것을 목표로 하고 있다. 본 연구에서는 도시가스와 수소 혼입 상용화를 대비하여 이 두 가지 혼합가스의 누출사고 발생 시 피해 규모 및 영향범위를 정량적으로 예측하고자 한다. 정량적 피해예측 방식은 가상 시나리오에 따른 사고 발생 시 혼합가스의 누출량을 설정하여 TNT 당량 계산을 통해 피해 환산 거리를 산출하는 것이다.
심각한 사고를 초래하는 석유화학 플랜트의 가스 누출 여부와 위치를 실시간으로 탐지하기 위하여 주변의 여러 기계소음 등으로부터 비정상적 누출 음향을 분리할 수 있는 기법을 제시하였다. LMS 알고리즘을 이용하여 FIR구조의 적응필터와 누출 탐지용 상호상관함수를 이용하여, LABVIEW를 통하여 누출예측프로그램을 개발하였고 직접 제작한 장비를 이용하여 잔향실에서 실험을 수행하였다. 홀 사이즈, 압력, 거리, 주파수를 인자로 하여 비정상적 누출소음에 대한 실험에서 얻어진 데이터를 분석한 결과, 암소음은 1kHz 대역 이하에서 주로 발생하고 누출에 의한 소음신호는 고주파 대역, 특히 16kHz의 대역에서 가장 잘 발생한다는 것을 알게 되었다. 이런 음향기법의 가능성을 확인하기 위해서 실제로 정유공장에서 소음을 측정한 결과, 펌프와 압축기에서의 소음신호가 각각 2kHz, 4.5kHz로 측정됨으로써 주변 환경 소음과 누출음이 구별 가능하고 누출 위치(거리)의 탐지가 가능함을 밝혔다.
수소가스의 제트 누출에 의한 확산, 화재, 그리고 폭발에 의한 위험 범위를 분석하고, 안전거리 기준을 설정하기 위한 위험거리를 확산, 화재, 그리고 폭발에 대한 단순한 예측 식들을 제시하였다. 핀홀에 의한 누출과 같은 소량 수소가스 누출속도에 있어서 피해거리는 제트누출 확산에 의한 피해거리가 제트화재에 의한 피해거리보다 크며, 압력의 제곱근에 그리고 누출 홀의 직경에 비례하고 이는 수 십 미터에 이른다. 배관의 완전 파손 또는 저장 탱크의 큰 홀 발생과 같은 대량의 수소가스 누출속도에서는 제트화재의 피해거리가 개방공간의 가스운 폭발에 의한 피해거리보다 크며, 수 백 미터에 이른다. 수소충전소와 건물과의 최소이격거리 즉 안전거리 설정 기준을 대량 수소가스누출 사고시나리오를 기반으로 한다면, 도심지에 수소충전소는 안전거리 기준을 만족시키기 어려울 것이다. 따라서 대량의 수소가스 누출사고를 안전장치들을 통하여 예방하고, 안전거리 기준을 소량의 수소가스누출사고 기준으로 설정 할 수 있다. 그러나 대량누출 가능성이 있는 경우 학교와 병원 등 인구밀집 건물은 수 백 미터의 안전거리를 유지하여야 한다.
산업화와 경제 발전에 따라 생산량, 사용량, 보관량, 운반량이 늘어난 산 물질들의 누출 사고가 빈발하고 있다. 지중 환경으로 유입된 누출 산은 지질매체와의 반응에 의해 궁극적으로 중화될 것으로 예상된다. 하지만 누출 산이 영향을 주는 공간적 및 시간적 범위는 산에 노출된 지질매체의 특성에 따라 달라질 것으로 예측된다. 본 연구에서는 국내에서 가장 사용량이 많은 황산을 한국의 지질을 대표할 수 있는 모델 지질매체들과 반응시켰다. 용액의 pH 변화를 지시자로 회분식 실험을 통해 모델 지질매체들의 산 완충능을 평가하였다. 그리고 산 중화에 기여하는 광물성분을 X-선회절분석을 통해 확인하였다. 실험 결과는 평가한 지질매체 중 사암이 가장 큰 중화능을 가졌으며, 캐올리나이트가 가장 낮은 중화능을 가졌음을 보여준다. 이 연구 결과는 지질매체에 대한 누출 산의 영향을 정량화하고 따라서 누출 산에 대한 지질매체들의 취약성을 예측하는데 기여할 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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