유해화학물질 저장탱크의 방류벽에 대한 위험성 개선 :Improvement on the Risk for Dikes of a Hazardous Chemical Storage Tank

신창현,  Shin, Chang Hyun

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신창현, Shin, Chang Hyun (충북대학교, 충북대학교 대학원)

지도교수: 박재학

발행연도: 2018

저작권: 충북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수7

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

유해화학물질 저장탱크의 방류벽에 대한 위험성 개선

신창현 ; Shin , Chang Hyun 안전공학과 2018.01 학위논문

2016

유해화학물질 저장탱크 유출물질 처리 시스템 개선

신창현 , 박재학 Crisisonomy 2016.01 학술저널

유해화학물질 저장탱크 방류벽의 위험성 저감 방안

신창현 , 박재학 Crisisonomy 2016.01 학술저널

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방류벽은 저장탱크에서 대량으로 유출된 유해화학물질이 외부로 확산되지 않도록 유해화학물질을 안전하게 억류하는 수동적 안전장치에 해당된다. 국내 주요 화학법령에서는 방류벽의 기본적인 역할을 수행하기 위한 기준이 있으나, 방류벽 바닥의 불침투성에 대한 명확한 기준이 없고, 방류벽 이격거리를 서로 다르게 규정하는 한계가 있다. 대량 유출사고가 발생하면 방류벽 바닥으로 유해화학물질이 침투하여 토양, 지하수 등으로 확산될 수 있다. 또한, 법상 이격거리가 상이하면 법 집행에 혼선을 유발하거나, 방류벽과 저장탱크 간 이격거리가 길어져 늘어난 확산 표면적으로 인해 피해 영향범위가 더 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
본 연구는 화학사고 발생이 빈번하고, 국내 화학법령에서 중복 규제물질에 해당하는 질산을 대상물질로 선정하여 저장탱크에서 전량 유출되는 최악의 사고에 대비하여 방류벽 바닥을 불침투성으로 유지하고, 이격거리를 개선하여 사고의 위험성을 줄이고자 하였다.
방류벽 바닥의 침투실험을 위해 산업계의 적용성 및 산업표준(KS)을 고려하여 불침투성 기준으로 사용하기에 적절한 콘크리트 재질로 간이 방류벽(두께 10 cm)을 제작하여 7일간 질산을 노출시켜 침투 정도를 확인하였다. 콘크리트 재질에 따른 불침투성 성능을 비교하기 위해 일반 콘크리트 및 방수콘크리트로 구분하였고, 도료의 영향을 알아보기 위해 일부 방류벽을 에폭시 및 우레탄으로 코팅하였다. 실험결과, 혼화재료의 불침투성 효과가 일부 있었으나, 그 효과는 크지는 않았다. 본 연구에서 제시한 콘크리트의 불침투성 효과로 질산이 최대 2.9 cm까지만 침투되는 것으로 나타나 설치비용 측면을 고려할 때, 부식성이 강한 물질을 사용할 경우 별도의 혼화재료를 반드시 사용할 필요는 없다고 사료된다. 실험결과에 따라 본 연구에서 제시한대로 제작된 방류벽은 바닥을 불침투성을 유지하는 데 적절하다는 결론을 얻었다.
방류벽 이격거리 개선을 위해 가상의 사업장을 선정하여 국내 화학법령에 따른 방류벽 이격거리를 적용한 Case A(2.4 m) 및 Case B(1.5 m)와 자동 유체 처리 시스템을 적용하여 이격거리가 줄어든 Case C(1.0 m)를 ALOHA를 이용하여 피해 영향범위를 비교하였다. 최악과 대안의 사고 시나리오 평가조건에 따라 구동한 결과, Case C가 각 ERPG 농도에 대한 피해 영향범위가 가장 최소인 것으로 나타났다. 아울러, Case C는 방류벽 외부에 설치된 대용량 펌프를 이용하여 유출된 물질을 신속하게 폐수처리장으로 회수 처리하는 것이 가능하기 때문에 노출시간이 줄어드는 효과가 있는 것으로 나타났다.
본 연구결과를 통해 방류벽 바닥에 대한 불침투성 기준을 준수하고, 노출 지속시간을 줄이는 자동 회수 처리 시스템의 적용으로 피해 영향범위를 최소화하여 저장탱크의 유출사고로 인한 위험성을 줄이는 방안으로 활용되기를 기대한다.

A dike is one of the passive safety measures to detain hazardous chemicals spilled from a storage tank to prevent the spread to the environment. Although domestic chemical control acts have standards for basic roles of a dike, impervious standards for the bottom of dikes are not clear and separation distances between a dike and a tank are different each other.
In the event of large spill accidents, hazardous chemicals can permeate through the bottom of a dike, spreading to soil and underground water. Also, different standards of the acts can create confusion and longer separation distances can lead spilled chemicals to reach longer affected distances for toxic dispersion.
Considering the frequency of domestic chemical accidents and the overlapping application of the acts, this study have selected nitric acid as a object chemical. This study aimed to reduce the risk by complying with the impervious standards of dike bottoms and improving the separation distance in preparation for the worst-case of whole chemicals spill from a storage tank.
For the penetration test of dike bottoms, pilot dikes (thickness of 10 cm) were made out of concrete. These have appropriate performance to be used as an impermeability standard, selected considering applicability to the industry field and Korean Industrial Standards (KS). Then, these were exposed to the nitric acid for seven days to assess the penetration level. Concrete types were classified into general concrete and waterproof concrete in order to compare impermeability performance depending on concrete types. To analyze effects of paint, some dikes were coated with epoxy and urethane, respectively.
This result have showed that admixture material has some effects on impermeability, which were not big. As concrete of this study was effective in impermeability with nitric acid penetrated up to 2.9 cm, it is not reasonable that admixture material are always necessary for dike bottoms with corrosive chemicals considering the cost. The results have concluded that dikes with concrete suggested by this study were appropriate to comply with an impervious standard.
For improving the separation distance, a hypothetical site was selected to compare affected distances of three different cases by using spread assessment program (ALOHA). This study compared the case A (2.4 m), case B (1.5 m) following the dike separation distance under the domestic acts and the shorter case C (1.0 m) adopting the automatic fluid handling system.
The program was run based on evaluation conditions of the worst and alternative accident scenario. It has showed that the case C has the shortest affected distance for each ERPG concentration. Also, case C can reduce exposure time because it can discharge spilled chemicals rapidly to wastewater treatment plant by using high-capacity pumps outside dikes.
The results are expected to be used as one of the methods to reduce the risk for spill accidents of a storage tank by keeping the bottom of dikes impervious and minimizing affected distances with the automatic fluid handling system to reduce the exposure time.

#방류벽 #질산 #위험성 평가 #취급시설 #화학물질관리법

Ⅰ. 서 론 1
1. 연구배경 및 목적 1
2. 연구방법 및 범위 7
3. 국내·외 기준 현황 10
3.1 국내 기준 10
3.2 국외 기준 23
4. 연구동향 29
Ⅱ. 이론적 배경 34
1. 콘크리트 투수계수 34
2. 콘크리트 혼화재료 36
3. 콘크리트 허용 균열 폭 37
4. 피해예측 프로그램 및 누출 모델 40
5. 방류벽 설치 조건 43
5.1 유출물질 억류 방식의 현행 시설 43
5.2 자동 유체 회수 방식의 개선 시설 47
6. 대상물질 선정 52
Ⅲ. 침투실험을 이용한 방류벽 바닥 위험성 개선 56
1. 실험 내용 및 방법 59
1.1 콘크리트 재질 59
1.2 실험장치 61
1.3 양생 조건 69
1.4 노출 조건 72
2. 실험 결과 73
2.1 양생과정 중 외형적 변화 76
2.2 일반 콘크리트의 침투량 82
2.3 방수 콘크리트의 침투량 88
3. 불침투성 유지 방안 및 현장 적용성 분석 94
Ⅳ. 확산 평가를 이용한 방류벽 이격거리 개선 98
1. 연구대상 시설 98
1.1 입지조건 98
1.2 시설·공정 개요 101
1.3 조건별 방류벽 이격거리 103
2. 피해 영향범위 산정방법 108
2.1 대상물질의 물리·화학적 특성 108
2.2 끝점 선정 109
2.3 기상조건 및 기타 평가조건 111
2.4 예비위험 분석 및 사고 시나리오 도출 118
3. 피해 영향범위 평가 결과 120
3.1 최악의 사고 시나리오 적용 피해 영향범위 예측 120
3.2 대안의 사고 시나리오 적용 피해 영향범위 예측 126
3.3 월별 기상조건 적용 피해 영향범위 예측 133
3.4 피해 영향 지속시간 비교 160
Ⅴ. 결 론 165
참 고 문 헌 167
국 문 요 약 174

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