최악 및 대안의 누출 시나리오 선정에 관한 기술지침(P-107-2016)

 

o 관련규격 및 자료

   - 미국 환경보호청(EPA), "Risk Management Programs(RMP)"

   - 미국 환경보호청(EPA), “Acute Exposure Guideline Level(AEGL)"

   - 미국 에너지부(DOE), "Temporary Emergency Exposure Limit(TEEL)"

   - KOSHA GUIDE P-92-2012, "누출원 모델링에 관한 기술지침"

   - KOSHA GUIDE P-110-2012, "화학공장의 피해최소화 대책수립에 관한 기술지침"

   - API RP 581, "Risk-Based Inspection Technology)", 2008

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최악 및 대안의 누출 시나리오 선정에 관한 기술지침(P-107-2016)

 

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[목 차]

1. 목 적

2. 적용범위

3. 용어의 정의

4. 피해결과분석 변수의 결정방법

5. 최악의 누출 시나리오

6. 대안의 누출 시나리오

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1. 목 적

이 지침은 중대산업사고 및 화학사고 예방 및 대응을 위하여 사업장에서 필요한 최악 및 대안의 누출 시나리오를 선정할 때 필요한 사항을 제시하는 데 그 목적이 있다.

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2. 적용범위

사업장에서 산업안전보건기준에 관한 규칙 별표 1의 위험물질 중 인화성 액체, 인화성가스, 독성물질 및 기타 유해·화학물질의 누출․화재․폭발에 의한 가상사고 선정 시 적용한다.

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3. 용어의 정의

(1) 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다.

(가) “끝점”이라 함은 본 지침에서 주어진 끝점농도, 과압 또는 복사열 등의 수치에 도달하는 지점을 말한다.

(나) “냉동액체 (Refrigerated liquid)”라 함은 상온․상압 하에서 가스인 물질을 냉각에 의하여 액체 상태로 만든 것을 말한다.

(다) “최악의 누출 시나리오”라 함은 누출․화재 또는 폭발을 일으킨 지점으로부터 끝점의 거리가 가장 먼 가상 사고를 말한다.

(라) “대안의 누출 시나리오”라 함은 최악의 누출 시나리오 이외에 사업장에서 대안으로 선정한 가상 사고를 말한다.

(2) 이 밖의 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 이 지침에서 특별히 규정하는 경우를 제외하고는 법, 영, 같은 법 시행규칙 및 고시에서 정하는 바에 따른다.

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4. 피해결과분석 변수의 결정방법

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4.1 끝점

사업장 밖에서의 누출 시나리오 분석을 하기 위해서는 다음의 기준에 의하여 끝점을 결정하여야 한다.

4.1.1 독성물질인 경우 : 농도가 <붙임 1>에서 규정한 끝점농도(㎎/ℓ)에 도달하는 지점

4.1.2 인화성 가스 및 인화성 액체인 경우 (가연성 물질 포함)

(1) 폭발인 경우 : 0.07 kgf/㎠의 과압이 걸리는 지점

(2) 화재인 경우 : 40초 동안 5 ㎾/㎡의 복사열에 노출되는 지점

(3) 누출인 경우 : 누출된 물질의 폭발하한농도의 100%인 지점

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4.2 풍속 및 대기안정도

(1) 최악의 누출 시나리오 분석인 경우에는 지상 10 m 높이에서 초당 1.5 m의 풍속으로 하고 대기안정도는 <붙임 2>의 "F"급의 대기안정도를 사용한다.

(2) 대안의 누출 시나리오 분석인 경우에는 통상의 기상조건 또는 지상 10 m 높이에서 초당 3 m의 풍속으로 하고 대기안정도는 <붙임 2>의  “D"급의 대기안정도를 사용한다.

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4.3 대기온도 및 습도

(1) 최악의 누출 시나리오 분석인 경우에는 지난 3년간 낮 동안의 최대 온도 및 평균습도를 사용한다.

(2) 대안의 누출 시나리오 분석인 경우에는 과거 1년 이상의 그 지역의 통상 온도 및 습도 또는 인근 지역의 기상청 자료를 사용한다.

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4.4 누출원의 높이

(1) 최악의 누출 시나리오 분석인 경우에는 지표면에서 누출되는 것으로 가정하되, 실제 누출되는 높이를 사용할 수 있다.

(2) 대안의 누출 시나리오 분석인 경우에는 실제 누출되는 높이 또는 지표면을 높이로 사용할 수 있다.

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4.5 지표면의 굴곡상태

(1) 지표면의 상태는 도시와 시골 지형 중에 선택하여 사용한다.

(2) 도시지형은 건물과 나무 등이 많은 지형을, 시골지형은 평탄한 지형을 의미한다.

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4.6 누출물질의 온도

4.6.1 최악의 누출 시나리오 분석인 경우

(1) 냉동액체를 취급하는 경우에는 운전온도를 사용한다.

(2) 냉동액체 이외의 액체를 취급하는 경우에는 낮 시간의 최고온도 또는 운전온도 중 큰 수치를 사용한다.

4.6.2 대안의 누출 시나리오 분석인 경우 운전온도 또는 대기온도를 사용한다.

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5. 최악의 누출 시나리오

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5.1 시나리오의 선정

사업장은 다음의 각각에 대한 최악의 누출 시나리오 분석을 하나 이상 실시한다.

(1) 독성물질 누출

(2) 인화성 가스 및 인화성 액체 누출 (가연성 물질 포함)

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5.2 최악의 누출량 산정

최악의 누출량은 다음 수치 중 큰 것으로 한다.

(1) 사고 시 비상조치가 가능한 범위 내에서 단일 용기에 저장되는 최대량

(2) 사고 시 비상조치가 가능한 범위 내에서 단일 배관계에 보유하고 있는 최대량

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5.3 최악의 누출 시나리오 분석

5.3.1 독성물질 - 가스

(1) 대기 온도에서 가스인 물질을 가스 상태로 저장․취급하거나 압력을 가하여 액체 상태로 저장․취급하는 경우

(가) 건물 외부에 설치된 설비에서 누출된 경우에는 5.2항에서 산정한 누출량이 10분 동안에 누출되어 확산되는 것으로 가정하여

다음과 같이 계산한다.

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RR = QR/10

여기서 , RR : 누출속도 (kg/min)

QR : 누출량 (kg)

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(나) 건물 내부에 설치된 설비에서 누출된 경우에는 5.2항에서 산정한 누출량의 55%가 10분 동안에 누출되어 확산되는 것으로 가정하여

다음과 같이 계산한다.

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RR = 0.55 ×QR/10

여기서 , RR : 누출속도 (kg/min)

QR : 누출량 (kg)

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(2) 냉동액체를 저장․취급하는 경우

(가) 누출된 물질이 확산되는 것을 방지하기 위한 적절한 조치가 되어 있지 않거나 누출된 물질이 확산되어 액체의 층이 1 cm 이하일 때에는 가스의 경우와 같이 5.2항에서 산정한 누출량이 10분 동안에 모두 누출되어 확산되는 것으로 가정한다.

(나) 누출된 물질이 확산되는 것을 방지하기 위한 적절한 조치가 되어 있어 누출된 액체의 층이 1cm 이상 형성되는 경우에는 동시에 액체가 누출되어 액체층을 형성하는 것으로 가정하고 대기 중으로 확산되는 속도는 액체층의 표면으로부터 그 물질의 비점에서 증발되는 속도로 가정한다.

다) 증발속도는 <붙임 3>을 이용하여 계산한다.

5.3.2 독성물질 - 액체

(1) 대기 온도에서 액체인 독성물질을 저장․취급하는 경우에는 5.2항에서 산정된 누출량이 순간적으로 누출되어 액체층을 형성하는 것으로 가정한다.

(2) 액체층의 표면적은 다음과 같이 계산한다.

(가) 방유제 등과 같은 확산방지 조치가 되어 있지 않은 때에는 액체의 층이 1 ㎝ 깊이로 형성되는 것으로 가정하여 액체층의 표면적을 계산한다.

(나) 방유제 등과 같은 확산방지 조치가 되어 있는 때에는 그 면적을 액체층의 표면적으로 산정한다.

(다) 누출된 주위 표면이 포장되지 않았거나 평편하지 않은 때에는 실제 주위의 표면 상태를 감안한다.

(3) 대기중으로 확산되는 속도는 액체층의 표면에서 증발되는 속도로 가정한다.

(4) 증발속도는 <붙임 3>을 이용하여 계산한다.

(5) 건물 내부에 설치된 설비에서 누출된 경우에 증발속도는 전항에서 계산한 수치의 10%를 사용한다.

5.3.3 인화성 가스, 인화성 액체 및 냉동액체

(1) 누출량이 기화되어 증기운 폭발을 일으키는 것으로 가정한다. TNT 당량 모델을 사용하는 경우에는 누출량의 10%가 폭발하는 것, 즉 폭발수율계수를 10%로 가정한다.

(2) 누출량 및 증발량 산정은 5.3.1항과 5.3.2항을 적용한다.

(3) 누출량 중 증기운 폭발로 연계되는 양은 가스인 경우는 누출전량, 액체인 경우는 최초 10분간 증발된 양으로 한다.

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5.4 최악의 누출 시나리오의 선정 시의 고려해야 할 인자​

5.2항에 따라 선정된 시나리오와 비교하여 끝점의 도달거리가 더 클 경우 큰 결과의 시나리오를 선정한다.

(1) 고온 또는 고압의 운전조건하에서 실제 취급량

(2) 누출원의 주위로부터 인접 정도

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6. 대안의 누출 시나리오

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6.1 시나리오 분석대상

사업장은 취급하는 독성물질, 인화성 가스, 인화성 액체 및 필요 시 유해·위험물질에 대하여 각각 하나 이상의 대안의 누출 시나리오 분석을 하여야 한다.

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6.2 시나리오 선정 시 고려사항

(1) 시나리오 선정 시에는 다음 사항을 고려한다.

(가) 최악의 가상사고 시나리오보다 자주 일어날 수 있는 것

(나) 끝점이 사업장 외부에 도달하는 것

(2) 시나리오는 주로 다음의 사고를 대상으로 선정한다.

(가) 이송 호스 사고

(나) 공정배관 사고

(다) 압력용기 및 펌프 사고

(라) 압력용기의 과충전 및 과압

(마) 이송 용기의 파손 또는 누출

(3) 다음의 사항들을 시나리오 선정 시에 반영한다.

(가) 과거 5년간의 사고이력

① 사고의 범위는 사망, 부상, 재산피해, 대피사례 및 환경 피해를 포함한다.

② 사고이력은 발생일시, 누출시간, 누출량, 누출원, 누출형태, 사업장 외부영향, 비상대응기관의 조치 결과 및 사고조사 후 개선사항 등을 포함한다.

(나) 위험성평가 시에 발견된 위험요인

① 공정 및 물질과 연관된 위험성을 포함한다.

② 사고를 일으킬 수 있는 설비 및 인적오류와 이를 예방할 수 있는 안전장치를 검토한 결과를 포함한다.

③ 누출을 감지할 수 있는 시스템을 포함한다.

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6.3 설비별 누출공 크기 선정

(1) 누출공 크기는 설비에 연결된 화학물질의 주 인입 또는 배출 배관의 크기에 따라 KOSHA GUIDE P-92-2012 "누출원 모델링에 관한 기술지침",  KOSHA GUIDE P-110-2012 "화학공장의 피해최소화 대책수립에 관한 기술지침" 또는 API RP 581“Risk-Based Inspection Technology”  등을 참조하여 선정하되, 연결배관의 크기는 아래와 같은 사항을 고려하여 결정한다.

(가) 설비에 부착된 계기 도입관 또는 안전밸브 인입배관 등과 같이 정상운전 시에 화학물질이 이송되지 않는 배관은 고려하지 않는다.

(나) 유수분리설비 등과 같이 2개 이상의 배관이 연결되어 있을 때 폐수 배관 등과 같은 주 공정유체 이외의 배관은 고려하지 않는다.

(다) 설비 내부에 액체가 존재할 경우에는 하부 이송배관 중 가장 큰 배관을 기준으로 선정한다.

(라) 전체가 가스 또는 증기로 채워진 설비는 상부 및 하부배관에서 가장 큰 배관을 기준으로 선정한다.

(마) 탑조류 (Tower)와 같은 설비는 상부는 증기 기준으로, 하부는 액체 기준으로 구분하여 선정할 수 있다.

(2) 누출공 사이즈는 <표 1>을 참조하여 작성할 수 있다.

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<표 1> 대안의 누출사고 시나리오의 누출공 선정 기준 예

배관 지름	KOSHA GUIDE (P-92)		KOSHA GUIDE (P-110)			API RP 581 (2008)				대안의 누출사고의 누출공 선정 기준
	(최악의 사고기준 10분간 전량누출)		A형	B형	C형	표 7.3 및 7.3.1 항 (RBI 분석용)
			1/5 내경	1/10 내경	1/25 내경	소형	중형	대형	파열형
인치	인치	기준	인치			인치				인치	적용근거	참고 기준
0.5	0.5	배관의 단면적	0.1	0.05	0.02	1/4			0.5	0.5	배관의 단면적	P-92, API RP 581 기준
0.75	0.75		0.15	0.08	0.03	1/4			0.75	0.75
1	1		0.2	0.1	0.04	1/4	1		1	1
1.5	1.5		0.3	0.15	0.06	1/4	1		1.5	1	API RP581	API RP 581 기준
2	2	2"배관 단면적	0.4	0.2	0.08	1/4	1		4	1
3	2		0.6	0.3	0.12	1/4	1		3	1.2	일정 비율 조정	1"와 2" 사이의 등간격 조정
4	2		0.8	0.4	0.16	1/4	1		4	1.4
5	2.2	배관 단면적의 20%	1	0.5	0.2	1/4	1	4	5	1.5
6	2.7		1.2	0.6	0.24	1/4	1	4	6	1.6
8	3.6		1.6	0.8	0.32	1/4	1	4	8	1.8
10	4.5		2	1	0.4	1/4	1	4	10	2	배관 지름의 20%	P-110 (A형)
12	5.4		2.4	1.2	0.48	1/4	1	4	12	2.4
16	7.2		3.2	1.6	0.64	1/4	1	4	16	3.2
18	8		3.6	1.8	0.72	1/4	1	4	16	3.6
20	8.9		4	2	0.8	1/4	1	4	16	4
22	9.8		4.4	2.2	0.88	1/4	1	4	16	4	API RP581	API RP 581 기준
24	10.7		4.8	2.4	0.96	1/4	1	4	16	4
24 초과	비율 적용		비율 적용	비율 적용	비율 적용	1/4	1	4	16	4

7. 끝점 거리 계산

끝점 거리는 KOSHA GUIDE P-102-2013 “사고피해예측 기법에 관한 기술지침” 및 기타 일반적으로 사용하는 모델 등을 사용하여 계산한다.

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<붙임 1>

 

독성물질의 끝점농도

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1. 독성물질의 끝점농도는 아래와 같은 기준에서 정하는 수치를 적용할 수 있다.

(1) 미국산업위생학회(AIHA)에서 발표하는 ERPG2 (Emergency response planning guideline 2)

** 관련사이트: https://www.aiha.org/get-involved/AIHAGuidelineFoundation/EmergencyResponse

PlanningGuidelines/Pages/default.aspx

(2) 미국 환경보호청(EPA)에서 발표하는 AEGL2(1시간) (Acute Exposure Guideline Level 2)

​ ** 관련사이트: : http://www2.epa.gov/aegl/access-acute-exposure-guideline-levels-aegls-values #chemicals

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2. 만약 누출되는 시간이 짧을 경우에는 아래와 같이 AEGL2 값을 누출시간에 따라 다르게 적용할 수 있다.

(1) 누출시간이 7분 미만일 경우에는 AEGL2(10분 기준)

(2) 누출시간이 7분 이상이고 25분 미만일 경우에는 AEGL2(30분 기준)

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3. ERPG2 또는 AGEL2 값이 없는 경우는 아래와 같은 기준을 적용할 수 있다.

(1) 미국 에너지부(DOE)에서 발표하는 PAC2 (Protective action criteria 2): PAC값은 AEGL2 값 또는 ERPG2 값이 있는 경우에는 AEGL 값이 먼저 적용되며, 다음으로는 ERPG2 값이 적용됨. AEGL2 또는 ERPG2 값이 없는 경우에는 미국에너지부에서 발표하는 TEEL2(Temporary  emergency exposure limit) 값이 적용되며, 화학물질별 PAC 값은 <별첨 1>과 같음.  ** 관련사이트: http://www.atlintl.com/DOE/teels/teel/teel_pdf.html

(2) 미국직업안전보건청(NIOSH)에서 발표하는 IDLH (Immediately dangerous to life and health) 수치의 10% (IDLH × 0.1).  만약 IDLH 수치가 발표되지 않은 물질은 다음 수치 중 하나를 IDLH 값으로 사용한다.

(가) 0.2 × LC50

(나) 1 × LCLo

(다) 0.01 × LD50(경구)

(라) 0.1 × LCLo(경구)

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4. 끝점농도의 ppm은 25℃에서의 수치이며 끝점 거리 계산 시에는 대기의 온도조건에 따라 ppm의 수치가 다르므로 이를 고려하여 사용한다.

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<붙임 2>

대기안정도

바람속도, S (m/s)	낮			밤
	복사강도의 크기
	강	중	약	흐림	맑음
S ≤ 2	A	A-B	B	F-G	G
2<S≤3	A-B	B	C	E	F
3<S≤5	B	B-C	C	D	E
5<S≤6	C	C-D	D	D	D
6<S	C	D	D	D	D

주) 1. “바람속도”는 지상 10 m에서 측정한 수치임.

2. “밤”이라 함은 해지기 1시간 전부터 해뜬 후 1시간 사이를 말함.

3. “강”이라 함은 맑은 날씨에서 태양의 고도가 60°이상을 말함.

4. “중”이라 함은 맑은 날씨에서 태양의 고도가 60°미만 35°이상을 말함.

5. “약”이라 함은 맑은 날씨에서 태양의 고도가 35°미만을 말함.

6. 안정도 구분

A : 매우 불안정함

B : 불안정함

C : 약간 불안정함

D : 중간

E : 약간 안정함

F : 안정함

G : 매우 안정함

 

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<붙임 3>

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증발속도 계산방법

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여기서

-RE : 증발속도(kg/min)

-U : 풍속(m/sec)

-Mw : 분자량

-A : 액체층의 표면적(㎡) (주1)

-Pv : 증기압(㎜Hg)

-T : 온도(K) (주2)

주1) 액체층의 표면적 계산

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(1) 확산방지 조치가 되어 있지 않은 경우에는 다음 식을 이용하여 계산한다.

 

A = 0.1× Q/ρ

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여기서

-A : 액체층의 표면적(㎡)

-Q : 누출량(㎏)

- ρ : 밀도(g/㎤)

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(2) 확산방지 조치(방유제 등)가 되어 있는 경우에는 다음 수치 중 작은 수치로 선정한다.

(가) 방유제의 내부면적(㎡)

(나) 전항에서 계산한 수치(㎡)

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주2) 온도는 다음의 기준으로 선정한다.

- 냉동액체 또는 가열된 액체인 경우에는 그 물질의 비점

- 상온에서 취급하는 액체는 25℃

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[첨부자료] 최악 및 대안의 누출 시나리오 선정에 관한 기술지침(P-107-2016)

P-107-2016 최악 및 대안의 누출시나리오 선정에 관한 기술지침.pdf

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