폭발위험장소 구분도의 3D Modeling을 통한 점화원 및 가연물 안전관리 방안 제안 : 실내 혼합공정을 중심으로 = Proposal for Ignition Source and Inflammable Material Safety Management through 3D Modeling of Hazardous Area: Focus on Indoor Mixing Processes

국문 초록 (Abstract)

매년 화학물질 취급 사업장에서 화학물질로 인한 화재, 누출, 폭발 사고가 지속적으로 발생하고 있다. 이에 동종 재해 예방을 위하여 정부에서는 화학물질종합정보시스템을 통해 화학 사고 발생 건수 및 발생 형태 등 화학 사고에 대한 정보를 공개하고 있다. 화학물질안전원에서 공개한 화학사고 데이터에 공정안전관리(Process Safety Management; PSM) 사업장에서는 매년 전체 사고의 50% 이상이 발생하고 있으며 발생 빈도 또한 계속 증가하고 있다. 따라서 화학물질 중 인화성 물질에 대한 화학 사고를 확실하게 예방하기 위하여 현 PSM 제도를 효과적으로 활용하여 인화성 물질을 보다 안전하게 관리하여 사고를 예방할 수 있는 안전대책을 마련하기 위한 연구를 진행하고자 하였다. 본 연구에서는 인화성 액체의 누출형태에 따라 제조업 사업장 내 화재·폭발사고를 예방하기 위해 기존 폭발위험장소 구분도를 개선하여 점화원 및 가연물을 안전하게 관리할 수 있는 방안을 제안하고자 한다. 연구방법으로는 한국산업표준 「KS C IEC 60079-10-1: 2015」를 사용하여 폭발위험장소를 계산했으며, 계산된 폭발위험거리를 SktechUp을 활용하여 3D로 폭발위험장소를 구현하였다. 또한, 3D를 통해 구현된 폭발위험장소 내 인화성 증기의 대기확산량을 계산하기 위해 Kosha guide 「P-91-2023」 액체의 대기확산량 공식을 활용하였다. 현재 시행되고 있는 폭발위험장소 구분도의 점화원 관리 및 인화성 액체의 안전거리에 대한 문제점을 도출하였으며, 화재·폭발 사고를 예방하는 방안으로 2가지를 제안하였다. 첫 번째는 점화원을 관리하기 위해서는 폭발위험장소를 3D로 표현했을 때 평면도의 사각지대 확인할 수 있었으며, 폭발위험장소 내 있는 점화원을 즉각적으로 확인 가능하였다. 두 번째로 가연물은 3D로 나타난 폭발위험장소 체적 내 LEL 도달시간을 계산했을 때, 폭발위험거리와 동일하게 위험도가 나타나지 않았다. 인화성 액체의 폭발위험장고를 계산할 때 대기확산량을 고려하여 안전관리가 이루어져야 할 것으로 판단하였다. 계산된 확산 농도에 따라 안전관리를 하기 위해 감지·경보 이후 환기가 이루어져야 한다. 따라서 사업장에서 현실적으로 시행할 수 있는 환기량으로 감지·경보가 필요한 농도값을 계산하는 방법을 제안하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Chemical incidents, including fires, leaks, and explosions, persistently occur in chemical handling facilities annually. In response, the government has established a comprehensive chemical information system to publicly disclose data on chemical accidents, including incident frequencies and forms, through the Chemical Accident Information System. According to data released by the Chemical Safety Agency, PSM facilities account for over 50% of total incidents each year, with incident frequencies continuing to rise. To effectively utilize the existing PSM system in preventing incidents related to ignitable substances, this study aims to develop safety measures for the secure management of ignitable liquids within manufacturing facilities. Specifically, the research seeks to improve the existing classification of hazardous locations concerning explosion risks based on the leakage patterns of ignitable liquids. The proposed approach aims to enhance the management of ignition sources and flammable materials for the prevention of fire and explosion incidents. The study employed the Korean Industrial Standard 「KS C IEC 60079-10-1: 2015」 to calculate hazardous locations prone to explosions. The calculated explosive hazard distances were then implemented in 3D using SketchUp. Furthermore, to compute the atmospheric dispersion of flammable vapors within the 3D modeled explosive hazard zones, the atmospheric dispersion formula for liquids outlined in the Korea Occupational Safety and Health Agency 「Kosha guide P-91-2023」 was utilized. Identifying issues with the current explosive hazard zone classification related to ignition source management and safe distances for flammable liquids, the study proposed two preventive measures for fire and explosion incidents. The first proposal addresses ignition source management by demonstrating that when explosive hazard zones are represented in 3D, potential blind spots in the plan view can be identified, allowing for immediate confirmation of ignition sources within these zones. The second proposal involves calculating the time required for the LEL to reach within the 3D modeled volume of explosive hazard zones for flammable substances. The findings revealed that the risk level did not consistently align with the explosive hazard distance. Considering atmospheric dispersion when calculating the explosive hazard zones for flammable liquids, it was determined that safety management should be implemented. To manage safety based on the calculated dispersion concentrations, ventilation should occur after detection and alarms. Therefore, the study suggests a method to calculate concentration values requiring detection and alarms based on realistically achievable ventilation rates in the workplace.

목차 (Table of Contents)

• 요약문 ⅰ
• ABSTRACT ⅲ
• 목 차 ⅴ
• List of Tables ⅶ
• List of Figures ⅸ
• 제1장 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 6
• 1.2.1 점화원 관리 6
• 1.2.2 가연물 관리 7
• 제2장 이론적 배경 8
• 2.1 인화성 액체 8
• 2.2 폭발위험장소 구분도 9
• 2.2.1 공정안전보고서 9
• 2.2.2 폭발위험장소 구분도 12
• 2.3 화학물질폭로영향지수(CEI) 산정에 관한 기술지침 23
• 2.4 가스누출감지경보기 28
• 2.5 전체환기 28
• 2.5.1 산업환기설비에 관한 기술지침 29
• 2.6 SketchUp 30
• 제3장 연구 방법 31
• 3.1 연구대상 31
• 3.1.1 물질 선정 31
• 3.1.2 공정 선정 32
• 3.2 폭발위험장소 구분도 33
• 3.2.1 폭발위험장소 계산 33
• 3.2.2 폭발위험장소 구현 34
• 3.3 LEL 도달시간 계산 35
• 3.4 감지농도에 따른 필요환기량 계산 36
• 제4장 연구 결과 38
• 4.1 폭발위험장소 구분도 공정선정 38
• 4.1.1 사고사례 분석 38
• 4.1.2 혼합공정 선정 40
• 4.2 폭발위험장소를 활용한 점화원 관리 40
• 4.3 폭발위험장소 내 가연물 관리 45
• 4.3.1 3D로 형성된 폭발위험장소 내 LEL 도달시간 계산 45
• 4.3.2 감지경보기 농도에 따른 환기량 계산 51
• 제5장 결론 및 고찰 57
• 5.1 3D를 활용한 점화원 관리 57
• 5.2 폭발위험장소 내 가연물 관리 58
• 5.2.1 폭발위험장소 내 LEL 도달 시간 계산 58
• 5.2.2 감지·경보농도에 따른 필요환기량 계산 59
• 5.3 연구의 한계점 및 향후 연구과제 59
• 참고문헌 61