[화공안전]스플래쉬 필링(Splash Filling) 및 Switch Loading과 정전기로 인한 화재폭발 사례연구

고용노동부지정 안전관리전문기관, 포유(FOR YOU)안전보건원 최치현                                                                                -기술사(화공안전,산업위생,식품), 산업안전 산업보건지도사, 위험물기능장, KOSHA- MS 인증심사원                                  - 031-858-6075, pmo3379@naver.com

 

휘발유 차에 경유를 넣으면 차가 정지한다. 연료의 점화방식이 다르기 때문이다. 그렇다면 휘발유를 담았던 탱크로리에 경유를 넣으면 어떻게 될까? 화재폭발이 발생할 가능성이 매우 높다. 휘발유처럼 증기압이 높은 제품을 담았던 탱크에 경유, 등유 등 낮은 증기압 제품을 주입하는 것을 'Switch loading(환적)'이라고 한다.

​휘발유와 경유는 인화점, 증기압 및 비중이 다르기 때문에 가솔린 유증기가 남아 있는 상태에서 증기압이 낮은 경유 등을 넣으면 화재폭발 위험분위기가 형성된다. 이때 발화원인 정전기가 있으면 화재폭발이 발생한다.

​안전보건규칙 제228조는 'Switch loading'으로 인한 화재폭발을 방지하기 위하여 잔류된 가솔린을 깨끗이 제거하고 불활성가스로 치환 후 경유 등을 주입해야 하며, 그렇지 않은 경우 정전기 방지를 위하여 접지 또는 본딩(Bonding)을 하고, 주입속도를 1m/s로 제한하도록 규정하고 있다.

안전보건규칙 제228조 가솔린이 남아 있는 설비에 등유 등의 주입

​중대산업사고는 산안법의 중대재해와 중대재해처벌법의 중대재해(중대산업재해와 중대시민재해)와는 다르다. 법 제44조에 중대산업사고는 유해·위험설비로부터 위험물질 누출, 화재 및 폭발 등으로 인하여 사업장 내의 근로자에게 즉시 피해를 주거나, 사업장 인근 지역에 피해를 줄 수 있는 사고라고 정의하고 있다.

연도별 중대산업사고 발생현황

특이한 것은 중대산업사고 중에 인화성 액체의 스플래쉬필링(Splash Filling)으로 인한 정전기 화재사고가 아직도 많이 발생한다는 점이다.

​'Splash Filling으로 인한 정전기 화재사고 예방에 관한 기술지침'에 의하면 '스플래쉬 필링(Splash Filling)은 인화성액체를 용기에 채울 때 액체가 튀기는 현상이 발생할 수 있는 충전방식을 말한다. 여기에는 정전기 대전 원인 중 유동대전과 분출대전이 포함된다.'라고 정의되어 있다.

​즉 정전기는 인화성 물질을 취급하는 사업장에서 화재폭발을 유발할 수 있는 점화원으로 작용한다. 특히 톨루엔과 같은 비 도전성 인화성액체를 취급하는 사업장에서 Splash Filling과 같은 부적절한 취급으로 인해 발생된 정전기가 점화원이 되지 않도록 관리해야 한다.

스플래쉬필링에 의한 화재사고 발생사례

Splash Filling에 의한 화재사고를 예방하기 위해서는 첫째로 물방울이 튀기는 충전방식과 상향 분사를 억제하고, '그림 a'와 같이 충전 배관은 탱크 바닥까지 연장하여 설치하며, '그림 b'와 같이 배관의 끝단은 45° 컷 팁(Cut Tip) 또는 티를 적용하여 액체의 흐름을 수평으로 전환해야 한다. 그리고 충전 초기 단계에서의 와류를 줄이기 위해 유속을 제한하되, 그 유속은 액위가 인입 파이프 직경의 2배로 될 때까지 1 m/s를 넘지 않도록 한다.

스플래쉬(Splash, 액체가 튀기는 현상)를 줄이기 위한 충전방법

둘째 생성된 전하가 축적되는 위험을 줄이기 위하여 접지하고, 전하가 축적되더라도 전위차가 발생하지 않도록 본딩하여, 전체적으로 설비를 '그림 9'와 같이 접지하고 본딩하여야 한다.

스플래쉬필링(Splash filling)에 의한 화재사고 방지를 위한 접지와 본딩 사례

마지막으로 비도전성 공정 용기에서 방전에 의한 사고 예방대책으로 (1) 비도전성 인화성액체를 취급 할 때는 비도전성 공정 용기를 사용해서는 안 된다. 그리고 (2) 비도전성 용기가 사용되고 용기 주위의 대기에 점화할 위험이 있다면, 전하가 축적되고 방전되는 것을 방지하기 위해 용기 벽속에 접지된 와이어 매시를 매설하거나, 금속판을 탱크바닥에 설치하고 이를 접지도체와 본딩 등의 조치를 해야 한다.

​Splash Filling을을 정확히 이해하기 위해서는 '정전기 화재사고 예방에 관한 기술지침'을 또한 정독해야 한다. 먼저 안전보건규칙 제325조(정전기로 인한 화재 폭발 등 방지)를 보자. 아래의 10개 설비를 사용할 때 정전기로 인한 화재폭발을 방지하기 위하여 (1) 접지, (2) 도전성 재료의 사용, (3) 가습, (4) 제전장치 등을 사용하여 정전기 억제 및 제거 조치를 하라는 것이다.

안전보건규칙 제325조 정전기로 인한 화재폭발 방지

안전보건규칙 제325조 정전기로 인한 화재폭발 방지

안전보건용어사전을 살펴보면 '정전기(靜電氣, static electricity, electrostatic)란 물체가 분리, 마찰, 충격, 유동, 분사 등으로 인해 전기를 띠게 되어 대전체로서 외부에 나타나는 전기적인 현상'이라고 정의한다. 또 ' 정전기대전 (靜電氣帶電, static electricity electrification)은 전하가 축적된 상태를 말한다.' 그리고 '방전(靜電氣 防電, electro static discharge: ESD)은 대전체에 고착하여 그 장소에 정지하고 있는 전기에너지가 외부로 방출하는 일을 말한다.'라고 설명하고 있다. 즉 물체가 마찰 등에 의해 전기를 띠어 대전되고, 이것이 외부로 방출되면 방전되어 점화원으로 작용하면 정전기에 의해 화재폭발을 일으킬 수 있다는 것이다. 참고로 아래는 정전기의 위험성평가 흐름도다.

정전기에 대한 위험성평가 흐름도

일반적으로 정전기에 의한 화재사고의 발생원인은 다음과 같다

(1) 전하가 생성되는 과정이 있다.

(2) 생성된 전하를 축적시킴으로써 전위차가 발생하는 과정이 있다.

(3) 에너지의 방전이 발생한다.

(4) 인화성 물질이 연소범위 내에 존재한다.

 

​그리고 정전기의 점화 위험성은 아래의 방법으로 제거할 수 있다.

(1) 정전기에 의한 점화가 가능한 지역에서 인화성 혼합물을 제거

- 불활성화, 환기, 장치의 재배치

(2) 전하 생성 및 축적되는 공정 또는 제품을 변경하여 정전기 발생을 억제

- 정전하의 발생억제, 전하소멸(본딩 및 접지, 습도, 전하의 이완과 대전방지처리)

(3) 전하의 중화

- 자기방전식 제전기, 방사선식 제전기

(4) 인체의 정전기 관리

- 도전성 바닥 및 신발, 개인 접지장치, 대전방지 또는 도전성 의류, 장갑, 청소용 천 등

 

​아래는 정전기에 의한 재해사례로 인화점 -4도인 에틸아세테이트가 들어 있는 반응기에 , 금속제 드럼에 담아 있는 유기성 분말를 투입하던 중, 스테인레스 깔때기 부근에서 폭발한 사고에 대한 분석사례이다.

정전기로 인한 재해사례(현상파악)

정전기로 인한 재해사례(원인분석 및 대책)

인화성 물질을 사용하는 화학공장에서 화재폭발이 발생하였지만 뚜렷한 발화원을 찿을 수 없을 때, 정전기를 직접원인으로 지목하고 종결하는 경우가 종종 있다. 왜냐하면 가해자(작업자)가 없기 때문이다. 그만큼 화학공정 안전관리자는 전기 전공자가 아니더라도 정전기에 대해 알아야 하며, 해당되는 관련 안전보건규칙, KOSHA GUIDE 밎 사고사례 등을 연관지어 해석하는 것이 중요하다.

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