안전보건자료실 - 탱크 상부 작업 중 폭발 원인

안녕하세요 안전보건자료실 브라민입니다. 요즘 탱크 상부 작업 중 폭발하는 경우가 많이 생깁니다. 이에 대한 원인과 대책을 작성하였으니, 탱크를 운영하는 분들은 참고하여 안전관리해주시면 좋을 것 같습니다. 아래 내용은 자체 사고 사례 분석과 KOSHA 지침, API 650 과 2000, EPA 규정 등을 참고하여 작성하였습니다.

1. 탱크 상부 작업 중 폭발 원인

 

일단 폭발을 한다는 것은 인화성 가스와 공기가 만나 폭발분위기를 형성하였다는 것이고, 이러한 상황에서 점화원이 들어와 충분한 에너지를 가해 폭발을 했다는 것입니다. 그럼 이번에 울산에서 발생한 CRT (Corn Root Tank)의 경우에는 어떤 상황이었을까요. 당연하 탱크 내부에 유증기가 발생하였을 것이고 외부와 내부의 공기차로 인해 공기가 자유롭게 들어오고 나가는 구조였을 것이며, 이러한 상황에서 일상적으로 수행하는 탱크 지붕 게이징 헤치를 활용한 레벨 측정 및 샘플링 작업 중 점화원이 발생했을 것입니다. 그러면 준비된 상황에서 트리거가 발생했으니 폭발하는게 당연합니다.

1-1 내부에 인화성 가스가 발생한 이유

내부에 인화성가스는 왜 있었을가요? 당연히 인화성액체가 있었기 때문이겠죠. 조사 결과 솔벤트가 들어있었다고는 하나, 솔벤트가 일반적인 인화점이 높은 솔벤트가 아니라 납사로 이루어진 인화점이 낮고, 증기압이 40kPa at 38 도 정도 되는 물질을 CRT 에 넣은 것이 인화성 가스가 발생한 원인입니다. 즉, CRT와 같이 인화성 액체의 액면과 지붕 사이에 공간이 커서 가스층이 생기기 쉬운 구조였다는 것입니다.

1-2 내부에 공기가 들어와 산소가 충분해진 이유

유증기가 발생하더라도 산소가 없으면 폭발하지 않은데 어떻게 산소가 충분해서 폭발 분위기가 형성되었을까? 내부의 유증기가 갑작스럽게 추워진 날씨에 의해 쪼그라 들었고 쪼그라든 만큼 외부의 공기가 통기관을 통해 들어올 수 있습니다. 이런식으로 시간이 흘러가면서 자연스럽게 폭발 분위기가 형성되었을 가능성이 매우 높습니다. 또는, 출하하면서 줄어든 액위 만큼 외부의 공기가 들어올 수 밖에 없습니다.

1-3 점화원이 발생한 이유

탱크 상부에서 수행하는 작업 중 하나는 탱크에 설치된 레벨게이지가 실제 높이와 맞는지 확인하는 작업과, 샘플링 작업이 있습니다. 울산 탱크 폭발사고에서도 동일한 작업을 한 것으로 파악되고있으며, 여기에서 사용된 공구가 Non-Spark 공구가 아닌 일반 공구 였을 가능성이 매우 높습니다. 만약 Non-Spark 공구였더라도 납사는 비전동성 물질이므로, 정전기가 발생하였다면 충분히 폭발할 가능성이 높습니다.

2. 재발 방지 대책 (동종 재해 방지 대책)

위와 같이 인화성 가스, 공기 및 점화원이 모여 폭발이 가능했습니다. 그렇다면 우리는 이와 동일한 사고를 예방하기 위하여 어떻게 해야할까요?

2-1 탱크 설계에 맞는 물질 저장

가장 중요한 것은 탱크 설계에 맞는 물질을 저장하는 것입니다. 탱크는 설계할 때 물질의 특성에 따라 설계의 컨셉이 달라집니다. 특히, 물질의 증기압에 따라 탱크의 지붕의 형태가 매우 많이 바뀌는데 이렇게 물질에 맞게 설계된 탱크에 다른 물질을 넣으면 문제가 생길 수 밖에 없습니다. 울산 탱크 폭발 사례의 경우 CRT 탱크에 납사류를 넣은 것이 가장 큰 문제라고 볼 수 있으며, 납사류는 증기압이 보통 40 kPa 38도 이기 때문에 지붕이 액면과 함께 움직이는 EFRT 또는 IFRT에 저장했어야 했습니다. 하지만, 어쩔수없는 상황에서 납사류를 CRT에 보관하여 유증기가 대량 생기도록 만든 것입니다.

 

▶ CRT (Cone Roof Tank) : 증기압 10kPa@38도 미만의 물질 보관

▶ EFRT (External Floating Roof Tank) : 증기압 10kPa ~ 76kPa @ 38도 미만의 물질 보관

▶ IFRT (Internal Floating Roof Tank) : 증기압 76kPa ~ 100kPa@38도 미만의 물질 보관 + N2 봉입 장치

▶ Ball Tank : C5 이상의 증기압이 100kPa 를 넘는 가스 보관

(기준 : API 650, 620, 2510)

2-2 산소의 컨트롤

일반적으로 대기 중에는 산소가 있기 때문에 관리하기 어렵습니다. 다만, CRT 탱크도 내부에 N2 봉입 장치를 설치하면 외부의 산소와 접촉을 차단할 수 있습니다. 즉,  CRT 탱크를 반드시 사용해야한다면 N2 봉입 장치를 설치하여 산소를 컨트롤 할 수 있어야 합니다. 하지만, 운전 중에는 적용할 수 없기 때문에 개방검사 시, 상황에 따라 적용하는 것도 좋을 것으로 판단됩니다.

<표1> 탱크 종류별 대표 저장물질 및 질소봉입 설비 필요 여부 등

2-3 점화원의 컨트롤

내부에 인화성 가스가 생기고, 산소를 컨트롤 할 수 없다면 점화원을 관리해야합니다. 내부의 공기 조성이 폭발이 가능하다는 조건하에 무조건 Non-Spark 공구를 사용하여야 하며, 정전기를 발생시키지 않도록 많은 노력을 해야합니다.

3. 결론

우리가 가지고 있는 탱크는 제한적입니다. CRT 일수도 있고 IFRT 일수도있고 EFRT 일수도 있습니다. 다만, 물질은 다양합니다. 최소한 탱크를 관리하는 회사라면 우리가 취급하는 물질의 증기압을 고려해서 탱크를 선택해서 넣어야 합니다. 그런데 어쩔수없는 상황도 발생합니다. 그럴때는 폭발할 거라는 것을 인지하고, 사용하는 공구를 정말 잘 선택하여야 하며, 작업을 금지하는 것이 바람직 합니다.

 

울산 탱크 폭발 사고의 원인은 한가지 입니다. 폭발 가능성을 인지하지 못하여, 점화원을 일으킬 수 있는 작업을 진행한 것 입니다. 여러분들의 탱크들은 안전한지, 혹시 폭발 가능한 작업을 하고 있지 않은지 꼭 점검하여 주시기 바랍니다.

 

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