화학물질 누출사고로 인한 피해범위 예측 비교를 통한 안전성 확보방안에 관한 연구

Analysis of the Method for Enhancing Safety by Predicting and Comparing Damage Ranges Due Owing to Chemical Leakages

Article information

J. Korean Soc. Hazard Mitig. 2022;22(6):89-99

Publication date (electronic) : 2022 December 23

doi : https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2022.22.6.89

Woonyong Hwang ^*

황운용^*

* 정회원, 초당대학교 소방행정학과 조교수(E-mail: lemoure@naver.com)

* Member, Assistant Professor, Department of Fire Service Administration, Chodang University

^* 교신저자, 정회원, 초당대학교 소방행정학과 조교수(Tel: +82-61-450-1273, Fax: +82-61-450-1592, E-mail: lemoure@naver.com)

* Corresponding Author, Member, Assistant Professor, Department of Fire Service Administration, Chodang University

Received 2022 November 20; Revised 2022 November 21; Accepted 2022 November 30.

Abstract

화학물질 도매소업을 하는 장소에서 화학물질 누출에 의한 피해 발생 범위를 예측하기 위하여 해당장소에서 가장 많이 보관하는 물질 4가지를 선정하였다. 누출량을 50 ㎘씩 증가시키며 메틸알코올, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤은 누출량 100 ㎘, 톨루엔은 160 ㎘까지 증가시키며 확인하였다. 화학물질의 확산거리를 확인하기 위하여 해당 지역의 최근 10년 평균 기온과 풍속, 풍향, 습도 등을 적용하여 총 92개의 시나리오를 작성하였다. 작성된 시나리오는 ALOHA Air Dispersion Models을 적용하여 분석하였다. 분석기준은 독성 관련하여 각 물질의 PAC-1, PAC-2, PAC-3를 기준으로 분석하였으며, 화재 발생 가능 범위는 연소하한계의 농도가 유지되는 것으로 하였다. 일반적인 조건에서 동일량이 누출의 경우 연소하한계, PAC-1은 톨루엔에서 가장 멀리까지 농도가 유지되나, PAC-2, PAC-3는 메틸알코올이 더 위험거리가 길게 나타났다. 또한, 누출량에 의한 확산거리는 로그함수적인 증가가 이루어지는 것으로 나타났다. 다만, 물질의 독성농도 및 물리적인 특성으로 인하여 일부 물질의 PAC-Level은 균일하게 확산되지 않는 결과를 보여주었으며, 물질의 확산폭도 물질마다 다르게 나타난다. 따라서, 화학물질을 저장 취급하는 장소에서의 피해범위 예측은 해당장소에 저장된 물질에 대해 모두 확인하는 것이 필요하다. 동시에 물질의 확산거리 외에도 물질의 확산폭도 같이 고려하여 방재대책을 수립하는 것이 필요하다.

Trans Abstract

To predict the extent of damage caused by leakages at a place where chemicals are wholesaled, four of the most commonly stored substances in the corresponding place were selected. Leakage volumes were increased by 50 ㎘, and methyl alcohol, ethyl acetate, and methyl ethyl ketone were confirmed by increasing the leakage volume to 100 ㎘ and to 160 ㎘ for toluene. A total of 92 scenarios were created by applying the region’s average temperature, wind speed, wind direction, and humidity over the last 10 years to confirm each substance’s diffusion distance. The prepared scenario was analyzed by applying ALOHA air dispersion models. Regarding toxicity, criteria were analyzed based on each substance’s PAC-1, PAC-2, and PAC-3 concentration, and a fire occurrence possibility range was used to maintain the concentration of the lower flammable limit. Under normal conditions, in the case of the same amount of leakage, the concentration of the lower flammable limit and PAC-1 was maintained farthest from toluene, but the danger distance of methyl alcohol was farther in PAC-2 and PAC-3. Results showed that the diffusion distance increases the log function with the amount of leakage. However, owing to the substances’ toxicity and physical characteristics, the PAC levels of some substances showed non-uniform results. In addition, diffusion widths differed for each substance. Therefore, to prescribe countermeasures for chemical leakages in storage locations, all substances being stored must be checked. Disaster prevention measures must also be established by considering not only diffusion distances of the substances but also their diffusion widths.

Keywords: 메틸알코올; 톨루엔; 에틸아세테이트; 메틸에틸케톤; ALOHA

Keywords: Methyl Alcohol; Toluene; Ethyl Acetate; Methyl Ethyl Ketone; ALOHA

1. 서 론

화학물질은 제조공정 등에서 용매 등으로 주로 사용되며 목적에 따라 다양한 화학물질이 사용된다. 다양한 제조공정에서의 수요를 위해서는 화학물질도 일반물질과 마찬가지로 화학물질 제조사와 중간취급소, 생산공장 내지는 취급소로 분류가 된다. 당연하게도 중간취급소는 여러 곳으로 생산공장 또는 취급소에 화학물질을 공급하여야 하므로 보유량이 상대적으로 많다. 이로 인해 화학물질의 사고 시 더 큰 피해가 예상되어진다.

화학물질이 누출사고가 일어날 경우 누출물질, 누출량, 기후 등에 의해 영향범위가 달라진다. 또한, 누출된 화학물질이 인화성인 경우 화재 내지는 폭발로 발전된다.

따라서, 국가에서는 화학물질의 안전한 관리를 위하여 유해화학물질 관리법을 2015년부터 화학물질관리법과 화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률로 개정하여 화학물질에 대한 사고를 방지하고자 노력하고 있다. 그럼에도 지속적으로 많은 사고가 발생하고 있으며 지난 10년간 사고건수를 정리하면 Table 1과 같다(Ministry of Environment Portal system, 2022).

Table 1

Types of Chemical Accidents in Last 10 Years

관련 법령을 개정하였음에도 지속적인 사고가 발생하고 있어 사고 시 피해범위를 예측하고 이를 방지하기 위한 대책 마련이 필요하다.

화학물질은 물질별로 생리적 위험 정도가 달라지며, 인화성물질의 경우 화재발생이 가능한 범위 역시 달라지게 된다.

이와 관련하여 ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres)를 활용하여 피해범위를 예측한 연구가 많이 이루어지고 있다. ALOHA Air Dispersion Models는 외기조건에 따른 물질의 물리적 특성을 반영하여 위험범위 예측이 가능한 시뮬레이션이다.

ALOHA를 활용한 선행연구로 Ko (2013)는 불산가스에 대해 ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres)모델을 활용하여 확산결과를 비교 분석하였으며, Joeng and Baik (2018)은 ALOHA를 활용하여 화학공장에서의 염소가스 누출사고 시 유해위험거리를 분석하였으며, Hwang (2021b)은 공장시설에서 황산의 누출량과 풍속을 변화시키며 ALOHA를 활용하여 PAC를 기준으로 확산거리를 분석하였다. 기존 선행연구의 경우 선정장소의 대표적인 물질 1개가 누출되는 경우 확산거리와 피해만을 예측하고 있다. 그러나 제조공정 상 다양한 화학물질이 사용되는 점을 감안할 경우 화학물질의 물리적특성 상 소량에서는 확산정도가 더 위험한 물질이 있을 수 있음에도 비교분석을 하지는 못하고 있는 실정이다.

이와 관련하여 본 연구에서는 화학물질 저장소에서 저장하고 있는 대표적인 물질들의 누출 시 독성에 의한 피해범위와 화재 발생 가능한 범위를 예측하고 이에 따른 대책을 마련하고자 한다.

2. 선정배경 및 이론적배경

2.1 선정 배경

선정 사업장은 인천광역시 서구 왕길동에 위치해 있다. 화학물질 도소매업을 하는 곳으로 화학물질을 취급하는 공장보다 다양한 종류의 화학물질을 다량으로 보유하고 있어 사고 시 더 큰 위험이 될 수 있다. 해당 장소에서는 2014년 초산비닐모노머 유출사고가 발생하기도 하였다. 따라서 해당 장소를 분석대상으로 선정하였다. 선정한 사업장의 위치는 Fig. 1과 같다.

Fig. 1

Selected Location

선정장소는 공업지역 내에 위치하고 있으나 주변에 주거지역이 존재하고 있다. 또한, 많은 유동인구로 인하여 지하철역 및 학교가 다수 존재한다. 따라서, 화학물질 누출시 인근 주거지역으로 확산될 경우 많은 피해가 예상되어 진다.

2.2 저장화학물질의 종류와 양

선정장소에서 취급허가를 받은 화학물질은 위험물 17종, 유독물 28종, 취급제한물질 4종이다. 이 중 평상시 저장량 중 많이 저장하고 있는 유독물을 정리하면 Table 2와 같다.

Table 2

Hazardous Substance Storage Status

2.3 화학물질의 성질

메틸알코올은 천연가스, 석탄, 바이오매스, 석유와 같이 다양한 자원을 통해 생성되며, 자동차용 연료, 동결방지제, 알루미늄 절단용 냉각제, 반도체 세척제 등으로 많이 사용된다(Cheng and Kung, 1994). 톨루엔은 가솔린 및 다른 연료를 만드는 과정, 석탄에서 코크스를 만드는 과정, 스티렌 제조 공정에서 부산물로 생성되며, 페인트, 페인트 희석제, 손톱광택제, 래커, 접착제 및 고무류제조, 인쇄 등에 사용된다(U.S. Department of Health & Human Services, 2000). 에틸아세테이트(아세트산에틸, 초산에틸)는 에탄올과 아세트산의 합성에 의해 생성되며, 인쇄용 잉크, 접착제, 공정용 용매, MEK 대체품으로 사용된다(Intratec Solutions LLC, 2019). 메틸에틸케톤은 1-부텐이 2-부탄올로 수화되고 탈수소반응 단계를 거쳐 생성되며(NPCS Board of Consultants & Engineersm, 2017) 메틸에틸케톤은 촉진제, 세정제, 페인트, 잉크, 접착제, 폴리우레탄 제조 등에 용제로 사용된다(Noh et al., 2012).

이들 물질은 모두 상온에서 인화성 액체로 위험물법에서 4류위험물로 분류하고 있다. 또한 물질의 자연발화점이 모두 400 °C 이상으로 자연적인 조건에서는 자연발화가 되지 않는다. 다만, 인화점이 극히 낮아 점화원이 존재하는 경우 쉽게 인화가 되는 물리적 특성을 가진다.

화학물질의 물리적 특성을 정리하면 Table 3과 같다(EPA, 2022; ILO, 2022; KOSHA, 2022).

Table 3

Physical Properties of Substance

2.4 이론적배경

2.4.1 누출에 의한 확산거리 예측

상온상압에서 액체인 물질이 누출되는 경우 액체층(Pool)이 형성된다. 액체층이 형성되면 대기 중으로 증발되어 증기와 공기가 혼합되어 증기운이 형성된다. 액체층에서의 물질 증발속도는 Eq. (1)과 같다(KOSHA, 2020).

(1)R=1.4×U0.78×M23×A×Pv82.05×T

Eq. (1)에서 R은 증발속도(kg/min), U은 풍속(m./ sec), M는 분자량, A는 풀의 면적(m²), P_v는 증기압(mmHg), T는 풀의 온도(K)이다.

Eq. (1)에서 액체층의 표면적 A는 누출량과 물질의 밀도와 관련되며 Eq. (2)와 같이 계산된다(KOSHA, 2020).

(2)A=0.1×Qρ

Eq. (2)에서 Q은 누출량(kg), ρ는 밀도(g/cm²)이다.

화학물질의 대기 누출에 의한 확산모델링 방법은 다양하다(Mannan and Lees, 2005). 누출되는 물질의 분자량이 공기보다 가벼운 경우와 무거운 경우 모델링 방법을 달리하여야 한다(Hwang, 2021b). 공기보다 가벼운 물질의 경우 Gaussian 모델로 계산하며, 공기보다 무거운 물질은 DEGADIS 모델(DENSE GAS DISPERSION MODEL)로 계산된다(Jones et al., 2013; Hwang, 2021b).

DEGADIS 모델에서 화학물질의 대기 중 확산에 의한 농도는 Eq. (3), 확산폭은 Eq. (4)와 같이 계산된다(Havens and Spicer, 1985; Spicer and Havens, 1986; Jones et al., 2013; Hwang, 2021b).

(3)C(x,y,z)={Cc(x)exp(−|y|−b(x)sy(x))2−(zSz)1+n |y|>b(x)Cc(x)exp(−(zSz)1+n) |y|≤b(x)

(4)Bef(x)=b(x)+π2Sy(x)

Eqs. (3), (4)에서 x, y, z는x, y, z축방향 확산거리, b(x)는 x지점에서 y축으로 농도감소가 없는 부분에 대한 거리, C_c(x)는x축 지면에서 물질농도, S_y, S_z 는 분산 매개변수, B_ef 는x에서의 유효폭이다(Jones et al., 2013).

일반적으로 분산 매개변수는 측정을 기반으로 한다. 이로인해 수평분산 매개변수는 평균시간에 따라 달라지나, 수직분산 매개변수는 평균시간에 의해 달라지지 않는 특성이 있다(Jones et al., 2013).

2.4.2 공기 혼합에 의한 연소범위 예측

인화성 액체가 증발되는 경우 연소가 가능한 증기운이 형성되며 확산될수록 공기와의 혼합으로 인해 농도가 점점 희석되어 연소가 되지 않는 범위가 된다. 따라서 증기운이 연소범위로 존재하는 부분에서 점화원이 존재하게 되면 대규모의 화재로 전이된다. 연소 가능한 증기운의 경우 당연하게도 연소범위 중 연소하한계가 연소가 되는 범위를 결정하는 요인이 된다. 또한, 연소하한계의 경우 기온에 영향을 받는다. 이를 식으로 나타내는 경우 Eq. (5)와 같이 표현된다(Crowl and Louvar, 2011).

(5)LFLT=LFL25−0.75ΔHc(T−25)

Eq. (5)에서 ΔHc 는 열소열(kcal/mole), T는 온도(°C)이다.

3. 시나리오 및 피해예측

3.1 사고종류 및 모델선정

메틸알코올, 톨루엔, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤 모두 인체에 노출될 경우 유독하며, 인화성의 물질이다. 따라서, 메틸알코올, 톨루엔, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤이 누출되는 경우 2가지의 위험성이 있다. 첫째로는 해당물질의 누출에 의한 독성이 있으며, 두 번째로는 해당물질이 증발되어 증기운을 형성하는 경우이다. 증기운을 형성하는 경우 점화원이 존재하게 되면 대규모의 화재로 발전하게 된다.

따라서, 독성에 대한 위험과 증기운에 의한 화재 발생 가능 위험에 대해 각각의 예상위험범위를 확인하기 위하여 화학사고범위 예측을 위해 세계적으로 사용되는 ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres, v5.4.7)를 사용하였다.

3.2 시뮬레이션 입력자료

3.2.1 기상조건

화학물질의 누출에 따른 대기 중으로의 확산은 가싱조건에 따라 달라진다. 특히, 풍속, 풍향, 온도, 습도가 영향을 미친다(Hwang, 2021a). 다만, 극한의 상태인 최고기온, 최저기온, 최소풍속, 최대풍속이 적용되는 경우는 극히 제한적이다. 따라서, 가장 일반적인 상태에서의 피해범위를 산정하기 위하여 해당지역의 최근 10년 평균 기상조건에 대해 조사하였으며 하였으며 그 결과를 정리하면 Table 4와 같다(Meteorological Agency’s Weather Data Open Portal, 2022).

Table 4

Weather Data in Incheon in 10 Years

3.2.2 누출량 산정 및 누출원 조건

최대 위험도를 확인하기 위해서는 각 물질의 최대 저장량을 산정하여야 한다. 그러나, 본 연구에서는 동일한 량의 물질누출에 따른 피해범위를 예측하기 위해 누출량이 동일한 조건에서 비교하고자 하였다. 따라서, 저장용량은 5 ㎘씩 증가시켜 100 ㎘까지 증가시켜 비교하고자 하였으며, 톨루엔의 경우 최대저장량인 160 ㎘ 까지 적용하였다.

누출량의 원활한 누출을 위하여 누출높이는 0 m로 선정하였다. 누출원에 대한 내용을 정리하면 Table 5와 같다.

Table 5

Input Data of Source

3.3 시나리오 작성 및 평가조건

3.3.1 시나리오 작성

각 화학물질의 누출에 따른 일반적인 조건에서 피해를 평가하기 위하여 10년 평균 기상조건에서 각 물질 별 누출량을 5 ㎘씩 변화시키며, 최대 저장량까지까지 증가시켰다. 누출량 변화에 따라 메틸알코올, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤은 각각 20개의 시나리오가 작성되었으며, 톨루엔은 32개의 시나리오가 작성되어 총 92개의 시나리오를 작성하였다.

입력자료에 따른 시나리오를 요약하면 Table 6과 같다.

Table 6

Scenarios According to Input Data

3.3.2 평가조건

독성물질에 노출되면 물질의 특성에 의해 인체의 반응은 다양하게 나타난다. 이러한 이유로 기준을 설정하는 경우 물질별 위험도가 반영된다. 또한, 선정기관에 따라 적용기준이 달라지는 특성이 있다. 이는 독성농도의 표현과 관련하여 다양한 기준이 만들어지는 이유가 된다. 다양한 기준 중 일반적으로 많이 사용되어지는 것은 AEGL (Acute Exposure Guideline Level), ERPG (Emergency Response Planning Guideline), TEEL (Temporary Emergency Exposure Limits)등이 있다. 다양한 기준으로 인해 적용에 혼동의 우려가 있으므로 DOE (U.S. Department of Energy)에서는 AEGL, ERPG, TEEL이 있는 있는 경우 AEGL, ERPG, TEEL의 순서로 PAC (Protective Action Criteria)를 적용하게 하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 물질의 확산에 의한 인체영향 평가에 있어 4가지 물질에 대해 모두 동일한 기준을 적용하여야 하므로 PAC 기준을 적용하였다.

또한, 독성 외에 물질 증발에 따른 증기운확산에 따른 화재발생 가능범위를 확인하기 위하여 연소하한계(Lower Flammable Limit, LFL)를 적용하였다.

PAC에 의한 기준을 요약하면 Table 7과 같다(FEMA et al., 1990; EPA and NOAA, 2007; NICS, 2016).

Table 7

PAC Level, LFL of Substance

4. 피해예측 및 결과분석

4.1 피해범위예측

시나리오에 의한 피해범위 예측을 위해 ALOHA Air Dispersion Models를 구동하였다. 시나리오에 의한 PAC 및 LFL 기준에 의한 물질확산거리를 정리하면 Table 8과 같다.

Table 8

Results According to Scenarios

개별 시나리오를 분석한 결과 동일 물질이 동일한 기상조건에서는 당연하게도 누출량이 많을수록 위험지역이 더 넓게 나타났으며, 누출량이 동일한 경우 PAC-1, PAC-2, PAC-3, LFL은 각기 다른 결과를 나타냈다.

화학물질 저장량에 의해 산정되는 예상 최대 피해범위는 메틸알코올 100 ㎘가 누출되는 경우 PAC-1 4.4 km, PAC-2 2.5 km, PAC-3 1.5 km로 나타났으며, 톨루엔은 160 ㎘가 누출될 경우 PAC-1 5.8 km, PAC-2 2.7 km, PAC-3 1.4 km, 에틸아세테이트 100 ㎘가 누출될 경우 PAC-1 1.8 km, PAC-2 1.5 km, PAC-3 0.8 km, 메틸에틸케톤의 경우 PAC-1 3.6 km, PAC-2 1.4 km, PAC-3 1.2 km이다.

최대 피해범위 예측에서 톨루엔의 누출량은 160 ㎘이고 메틸알코올의 누출량은 100 ㎘의 조건에서도 PAC-3의 경우 더 적은량이 누출된 메틸알코올이 더 위험한 것으로 분석되어진다.

PAC-1은 톨루엔, 메틸알코올, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트 순서로 피해범위가 넓게 나타났다. PAC-2는 메틸알코올, 톨루엔, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤, PAC-3는 메틸알코올, 메틸에틸케톤, 톨루엔, 에틸아세테이트, LFL은 톨루엔, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트, 메틸알코올 순서로 넓게 확산되었다.

이러한 결과가 나타난 것은 각 물질의 물성과 독성을 나타내는 PAC-1, PAC-2, PAC-3의 농도, 인화성의 정도에 의한 연소하한계의 농도가 모든 물질이 상이하기 때문이다.

모든 물질의 동통적인 최대위험 범위를 나타낸 100 ㎘가 누출될 경우 PAC-Level, LFL을 나타내면 각각 Figs. 2, 3과 같다.

Fig. 2

PAC LEVEL for Each Substance

Fig. 3

LFL Area by Each Substance

Fig. 2에서 확인되는 것과 같이 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤은 확산거리에 의한 농도유지에 의해 PAC-2와 PAC-3의 확산거리의 차이가 비교적 적음을 보여주며 반대로 PAC-1과 PAC-2 차이가 비교적 분명하게 나타난다. 반대로 메틸알코올의 경우 PAC-1, PAC-2, PAC-3의 간격이 균등하게 나타나는 형상을 보인다.

또한, 물질의 확산거리 외에 확산 폭의 경우 메틸알코올의 경우 확산방향으로 길게 확산되지만 확산방향에 따른 확산 폭은 비교적 넓지 않다. 그러나, 톨루엔, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤의 경우 비교적 넓은 폭으로 확산됨을 보여준다. 따라서, 동일한 거리의 물질확산이 이루어 지더라도 메틸알코올에 비해 더 큰 피해를 가져온다. 따라서, 물질의 확산에 있어 확산거리와 확산 폭을 같이 고려함이 바람직하다.

LFL의 경우도 독성의 분석과 동일하게 메틸알코올의 경우 화재발생 가능한 지역이 확산방향으로 비교적 길게 나타나는 반면 톨루엔, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤의 경우 화재발생 가능한 지역도 확산방향에 의한 폭이 넓게 나타남을 보여준다. 특히 톨루엔의 경우 증기운에 의한 LFL이상의 농도가 나타나는 거리도 가장 길게 나타났으며 확산 폭도 넓게 나타나 누출시 화재발생의 위험이 가장 높게 나타났다.

4.2 시나리오에 의한 영향 분석

시나리오 결과에 의해 물질별 동일한 조건에서 누출량에 의한 확산거리를 표현하면 Fig. 4와 같다. Fig. 4에서 독성과 관련하여 PAC-1, PAC-2, PAC-3의 경우 모든 물질이 누출량 증가에 따라 로그함수적인 확산거리 증가를 보여준다. LFL의 경우도 PAC Level과 동일하게 누출량 증가시 로그함수적인 증가를 보여준다.

Fig. 4

Dispersion Length by Leakage Amount for Each Substance

또한, 물질의 누출량 증가에 따른 확산거리 증가에 있어 확산거리에 의한 물질간 반전 등은 나타나지 않는다. 이는 물질 누출에 의한 확산거리 증가에 있어 급격한 확산 등이 발생되지 않음을 나타낸다. 따라서, 물질 누출량에 의해 확산거리가 일정하게 증가됨을 보여준다. 이를 통해 독성 및 연소가능범위의 예측이 가능하다.

5. 결 론

화학물질의 도소매업을 운영하는 장소에 보관 중인 화학물질 중 보관량이 많은 물질에 대한 피해예측을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.

(1) 독성과 관련하여 최대 위험범위는 메틸알코올의 경우 PAC-1 4.4 km, PAC-2 2.5 km, PAC-3 1.5 km, 톨루엔은 PAC-1 5.8 km, PAC-2 2.7 km, PAC-3 1.4 km, 에틸아세테이트는 PAC-1 1.8 km, PAC-2 1.5 km, PAC-3 0.8 km, 메틸에틸케톤은 PAC-1 3.6 km, PAC-2 1.4 km, PAC-3 1.2 km까지 확산되는 것으로 확인되어졌다.

(2) 메틸알코올은 PAC Level이 비교적 균등하게 확산되는 것을 보이나 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤은 PAC Level이 균등하게 나타나지 않는다. 또한 메틸알코올은 바람에 의한 방향으로 비교적 멀리 확산되나 확산 폭이 좁다. 톨루엔, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤은 확산 폭도 넓게 나타나 방호활동 시 주의하여야 한다.

(3) LFL의 경우 PAC Level과 유사하게 메틸알코올의 경우 확산 폭이 좁으나 톨루엔, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤은 확산 폭도 넓어 화재위험성이 더 큰 것으로 나타났다. 확산 폭이 큰 물질의 경우 화재발생이 가능한 증기운이 형성되는 지역이 넓으므로 주의하여야 한다.

(4) LFL과 PAC Level의 경우 물질의 누출량에 따라 로그함수적인 증가를 보여주어 특정 누출량에서의 급격한 확산거리 증가는 없었다. 그러나 확산거리는 누출량에 의존되므로 누출량이 최소가 되도록 하여야 한다.

(5) 화학물질이 누출되는 경우 최대 5.8 km까지 위험한 것으로 나타나 풍향 등의 조건이 다를 경우 주거지역까지도 위험에 노출될 수 있다. 따라서 화학물질이 누출되지 않도록 안전조치를 취하여야 한다. 이를 위하여 작업자의 취급시 주의를 기하여 취급 부주의에 의한 누출사고가 발생되지 않도록 하여야 한다. 또한, 선정장소의 기존 유출사고의 원인이었던 화학반응으로 인한 누출을 방지하기 위하여 화학물질 간 혼촉을 방지함이 필요하다. 누출 발생을 대비하여 누출량을 최소로 하기 위하여 저장탱크를 작은 용량의 다수의 탱크로 설치하여 소분하고 확산방지를 위한 방유제를 설치하고 중화제를 저장탱크 주위에 배치하여 즉각적인 방호가 가능하도록 하여야 한다. 물질누출에 의해 LFL 농도 이상을 가지는 부분이 800 m 이상까지 나타나므로 대형 화재발생을 방지하기 위하여 선정지역 주변을 화기엄금 조치하는 것도 필요하다.

본 연구에서는 일반적인 조건에서 화학물질이 누출되는 경우를 가정하여 위험지역을 산정하였다. 그러나, 화학물질의 확산은 계절에 따른 풍향, 풍속 등 기후조건에 의해 전혀 다른 결과가 발생할 수 도 있다. 따라서, 위험도 산정에 있어 누출이 발생한 시점에서의 기상조건이 고려되어야만 한다.

화학물질이 누출되는 경우 큰 피해가 발생 될 수 있으므로 취급시 주의하고, 누출방지를 위한 사전 예방조치를 강구하여야 하며, 주기적인 관리를 하여 사고를 예방하여야 한다.

References

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Substance	Formula	Relative Density	Boiling Point	Vapor Pressure	Flash Point	Auto Ignition Temperature
Methyl Alcohol	CH₃ OH	0.79	65 °C	12.9 kPa (at 20 °C)	9 °C	440 °C
Toluene	C₆ H₅ CH₃	0.87	111 °C	3.8 kPa (at 25 °C)	4 °C	480 °C
Ethyl Acetate	CH₃ COOC₂ H₅	0.9	77 °C	10 kPa (at 20 °C)	-4 °C	427 °C
Methyl Ethyl Ketone	CH₃ COC₂ H₅	0.8	80 °C	10.5 kPa (at 20 °C)	-9 °C	505 °C

Element	Month
Element	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	Average 10 Years
Average Temperature (°C)	12.1	11.9	12.8	13.1	13.3	12.5	12.5	13.2	12.8	13.4	12.76
Average Relative Humidity (%)	68.7	77.3	77.8	78.6	75.6	66	65.3	65.2	66.6	62	70.31
Average Wind Speed (m/s)	3.2	3.2	3.1	3.1	3.1	3.1	3.1	2.9	3.1	2.9	3.08
Wind Direction	NW	NNW	NNW	NNW	NNW	NNW	NNW	NNW	NNW	NNW	NNW

Scenario No.	1	2		3		4		5	6	7		8		9		10
PAC-3 (km)	0.4	0.5		0.7		0.7		0.8	0.9	1.0		1.0		1.1		1.1
PAC-2 (km)	0.8	1.1		1.3		1.4		1.5	1.7	1.7		1.8		1.9		1.9
PAC-1 (km)	1.6	2.1		2.4		2.7		2.9	3.0	3.2		3.3		3.4		3.5
LFL (m)	71	104		127		147		166	182	198		218		232		245
Scenario No.	11	12		13		14		15	16	17		18		19		20
PAC-3 (km)	1.1	1.2		1.2		1.3		1.3	1.3	1.4		1.4		1.4		1.5
PAC-2 (km)	2.0	2.1		2.1		2.2		2.2	2.3	2.3		2.4		2.4		2.5
PAC-1 (km)	3.6	3.7		3.8		3.9		4.0	4.1	4.2		4.2		4.3		4.4
LFL (m)	258	271		283		294		306	315	326		337		344		355
Scenario No.	21		22		23		24		25		26		27		28
PAC-3 (km)	0.3		0.4		0.5		0.5		0.6		0.7		0.7		0.7
PAC-2 (km)	0.7		0.9		1.1		1.2		1.3		1.4		1.5		1.6
PAC-1 (km)	1.9		2.3		2.6		2.9		3.0		3.2		3.4		3.5
LFL (m)	142		214		269		315		359		397		431		462
Scenario No.	29		30		31		32		33		34		35		36
PAC-3 (km)	0.8		0.8		0.9		0.9		0.9		1.0		1.0		1.0
PAC-2 (km)	1.6		1.7		1.8		1.8		1.9		1.9		2.0		2.0
PAC-1 (km)	3.7		3.8		3.9		4.1		4.2		4.3		4.4		4.5
LFL (m)	491		517		542		566		589		611		633		651
Scenario No.	37		38		39		40		41		42		43		44
PAC-3 (km)	1.0		1.1		1.1		1.1		1.1		1.2		1.2		1.2
PAC-2 (km)	2.1		2.1		2.2		2.2		2.3		2.3		2.4		2.4
PAC-1 (km)	4.6		4.7		4.8		4.9		5.0		5.1		5.2		5.2
LFL (m)	670		688		705		722		738		753		769		783
Scenario No.	45		46		47		48		49		50		51		52
PAC-3 (km)	1.2		1.3		1.3		1.3		1.3		1.3		1.4		1.4
PAC-2 (km)	2.4		2.5		2.5		2.6		2.6		2.6		2.7		2.7
PAC-1 (km)	5.3		5.4		5.5		5.5		5.6		5.7		5.8		5.8
LFL (m)	798		812		826		839		851		864		876		888
Scenario No.	53	54		55		56		57	58	59		60		61		62
PAC-3 (km)	0.2	0.2		0.3		0.3		0.4	0.4	0.5		0.5		0.5		0.6
PAC-2 (km)	0.4	0.6		0.7		0.8		0.9	0.9	1.0		1.1		1.1		1.2 1.3
PAC-1 (km)	0.5	0.7		0.8		0.9		1.0	1.1	1.2		1.2		1.3
LFL (m)	98	149		188		221		258	286	310		334		357		379
Scenario No.	63	64		65		66		67	68	69		70		71		72
PAC-3 (km)	0.6	0.6		0.6		0.7		0.7	0.7	0.7		0.7		0.8		0.8
PAC-2 (km)	1.2	1.3		1.3		1.3		1.4	1.4	1.4		1.5		1.5		1.5
PAC-1 (km)	1.4	1.4		1.5		1.5		1.6	1.6	1.6		1.7		1.7		1.8
LFL (m)	399	417		436		451		468	484	499		513		527		541
Scenario No.	73	74		75		76		77	78	79		80		81		82
PAC-3 (km)	0.3	0.4		0.5		0.6		0.6	0.7	0.7		0.8		0.8		0.9
PAC-2 (km)	0.4	0.5		0.6		0.7		0.8	0.8	0.9		0.9		1.0		1.0
PAC-1 (km)	1.3	1.6		1.9		2.1		2.2	2.3	2.5		2.6		2.7		2.8
LFL (m)	114	173		218		256		290	327	356		383		409		433
Scenario No.	83	84		85		86		87	88	89		90		91		92
PAC-3 (km)	0.9	0.9		1.0		1.0		1.0	1.1	1.1		1.1		1.1		1.2
PAC-2 (km)	1.1	1.1		1.1		1.2		1.2	1.2	1.3		1.3		1.3		1.4
PAC-1 (km)	2.9	3.0		3.1		3.1		3.2	3.3	3.4		3.4		3.5		3.6
LFL (m)	454	475		496		514		533	551	567		583		598		614

Year	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021
Leakage	4	65	80	77	58	74	60	47	63	77
Fire	0	5	8	11	7	4	3	0	6	3
Explosion	2	11	11	11	11	7	0	2	4	9
Etc	3	5	6	14	2	2	3	8	2	3
Total	9	86	105	113	78	87	66	57	75	92

Substance	Storage Amount
Methyl Alcohol	100 ㎘
Toluene	160 ㎘
Ethyl Acetate	100 ㎘
Methyl Ethyl Ketone	100 ㎘

Source	Input Data
Type	Direct
Release Type	Instantaneous
Amount	Toluene 0~160 ㎘
Amount	Leftovers 0~100 ㎘
Height	0 m

Scenario No.	1	2		3		4		5	6	7		8		9		10
Type of Substance	Methyl Alcohol
Leakage Amount (㎘)	5	10		15		20		25	30	35		40		45		50
Scenario No.	11	12		13		14		15	16	17		18		19		20
Type of Substance	Methyl Alcohol
Leakage Amount (㎘)	55	60		65		70		75	80	85		90		95		100
Scenario No.	21		22		23		24		25		26		27		28
Type of Substance	Toluene
Leakage Amount (㎘)	5		10		15		20		25		30		35		40
Scenario No.	29		30		31		32		33		34		35		36
Type of Substance	Toluene
Leakage Amount (㎘)	45		50		55		60		65		70		75		80
Scenario No.	37		38		39		40		41		42		43		44
Type of Substance	Toluene
Leakage Amount (㎘)	85		90		95		100		105		110		115		120
Scenario No.	45		46		47		48		49		50		51		52
Type of Substance	Toluene
Leakage Amount (㎘)	125		130		135		140		145		150		155		160
Scenario No.	53	54		55		56		57	58	59		60		61		62
Type of Substance	Ethyl Acetate
Leakage Amount (㎘)	5	10		15		20		25	30	35		40		45		50
Scenario No.	63	64		65		66		67	68	69		70		71		72
Type of Substance	Ethyl Acetate
Leakage Amount (㎘)	55	60		65		70		75	80	85		90		95		100
Scenario No.	73	74		75		76		77	78	79		80		81		82
Type of Substance	Methyl Ethyl Ketone
Leakage Amount (㎘)	5	10		15		20		25	30	35		40		45		50
Scenario No.	83	84		85		86		87	88	89		90		91		92
Type of Substance	Methyl Ethyl Ketone
Leakage Amount (㎘)	55	60		65		70		75	80	85		90		95		100

Substance	Level	Exposure Time (min)	Concentrations (ppm)
Methyl Alcohol	PAC-3	60	7,200
	PAC-2	60	2,100
	PAC-1	60	530
	LFL	-	71,800
Toluene	PAC-3	60	3,700
	PAC-2	60	560
	PAC-1	60	67
	LFL	-	11,000
Ethyl Acetate	PAC-3	60	10,000
	PAC-2	60	1,700
	PAC-1	60	1,200
	LFL	-	21,800
Methyl Ethyl Ketone	PAC-3	60	4,000
	PAC-2	60	2,700
	PAC-1	60	200
	LFL	-	18,000