회분식 라디칼 및 축합 반응 공정에 대한 정성적 위험성 평가 방법 연구 :

박경민

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박경민 (계명대학교, 계명대학교 대학원)

지도교수: 안원술

발행연도: 2019

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이용수8

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2019

K-PSR 기법을 활용한 회분식 폴리에스터 축합반응에서의 공정 위험성 평가 연구

박경민 , 이동규 , 이학일 외 2명 한국산학기술학회 논문지 2019.03 학술저널

HAZOP 기법을 이용한 회분식 라디칼 반응 공정에 대한 정성적 위험성 평가 방법 연구

박경민 , 이동규 , 이준만 외 1명 한국산학기술학회 논문지 2019.02 학술저널

회분식 라디칼 및 축합 반응 공정에 대한 정성적 위험성 평가 방법 연구

박경민 화학공학과 2019.01 학위논문

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회분식 라디칼 또는 축합 반응 공정을 사용하고 있는 중·소규모 화학 공장의 경우 취급 물질, 작업 내용 및 제품 등의 여러 가지 상황 변화에 따른 누출, 화재 및 폭발 등과 같은 잠재적인 위험성에 노출되어 있다. 국내의 화학 공장에서 발생하는 중대산업사고의 예방을 위하여 공정안전관리(PSM) 제도를 도입하여 1996년부터 시행하여, 현재까지 지속적으로 개정 및 확대 적용하고 있다. PSM 제도에서는 잠재적인 위험성을 제거 또는 줄이기 위하여 공정 위험성 평가를 실시하고 있는데, 위험성 평가 방법에는 크게 정성적 위험성 평가와 정량적 위험성 평가의 두 가지 방법이 있다.
본 연구에는 중·소규모 화학 공장의 위험성 평가 및 분석을 진행하기 위하여 반응 공정 중에서는 회분식 반응 공정을 선택하였다. 또한, 화학 반응 공정으로는 라디칼 반응 공정과 축합 반응 공정을 선정하고, 정성적 위험성 평가 방법을 선택하여 연구를 진행하여 잠재적인 위험성의 피해 크기를 최소화할 수 있는 방안을 모색하였다. 특히 라디칼 회분식 반응 공정에서의 현장 설비, 배관 계장도 및 공정에 대한 정성적 위험성을 평가하기 위하여 아크릴 수지를 생산하는 중·소규모 화학 공장을 선정하였으며, 이에 대하여 HAZOP 기법을 적용하여 위험성 평가 및 분석을 진행하였다. 한편, 축합 회분식 반응 공정으로서는 폴리에스테르 수지를 생산하는 중·소규모 화학 공장을 선정하여 K-PSR 기법의 절차에 따라 누출, 화재·폭발, 공정 트러블 및 상해에 대한 위험성 평가 및 분석을 진행하였다. K-PSR 기법은 KOSHA에서 개발한 방법으로서, 위험성의 재평가 시에 나타나는 중·소규모 화학 공장의 인프라 부족에 따른 어려운 점을 보완하기 위하여 마련된 방법이다.
HAZOP 기법을 이용한 위험성 평가 연구의 결과로서, 위험성을 예방하기 위한 구체적인 조치로서는 불활성화 기체의 투입, 압력계 및 유량 흐름계의 설치, 반응 개시제와 모노머 계량 탱크의 분리, 및 폭주 반응을 막기 위한 반응억제 물질과 설비를 추가로 설치하는 것이 반드시 필요함을 도출할 수 있었다.
K-PSR 기법을 이용한 위험성 평가 연구의 결과로서, 누출 및 화재·폭발의 위험성을 예방하기 위한 구체적인 조치로서는 노후설비의 정기적 검사 (비파괴 검사 등) 및 전기 설비에 대한 LOTO 절차서를 마련하는 것이 필요함을 알 수 있었다. 또한, 공정 트러블을 최소화하기 위하여서는 열매체유 공급 배관에 압력계, 유량 흐름계 및 온도계를 설치하여야 하며, 잠재적인 상해를 예방하기 위하여서는 패키징 공정에서의 국소 배기 장치 설비가 필요함을 도출할 수 있었다.

There are potential hazards of release, fire and explosion in the case of the medium- and small-sized chemical plants using a radical reaction and a condensation reaction of batch process due to various conditions of material, works, or products. The Process Safety Management (PSM) system has been progressing since 1996 and the management system has been continuously improved and expanded to prevent of Major Industrial Accident (MIA) at chemical plants in Korea. In the PSM system, process risk assessments are conducted to eliminate or reduce potential risks, and there are two main methods of risk assessment: qualitative risk assessment and quantitative risk assessment.
In the present study, a batch reaction process was selected for assessing and analyzing the risk of small and medium-sized chemical plants. Further, the chemical reaction processes, a radical reaction process and a condensation reaction process, were selected, and the ways to minimize the potential risks was studied on the qualitative hazard analysis.
In particular, to assess the qualitative risk of the onsite facilities, P&ID and processes, a medium- and small-sized chemical plant producing acrylic resin was selected, and the HAZOP technique was applied to assess and analyze the risk. Meanwhile, a medium- and small-sized chemical plant producing the polyester resin was selected for the batch condensation reaction process, to assess and analyze the risk of release, fire?explosion, process trouble and injury according to the procedure of K-PSR technique. K-PSR technique is a method developed by KOSHA that is designed to compensate for the difficulties caused by the lack of infrastructure in medium- and small-sized chemical plants that appear in the reassessment of the risk.
As the result of the study of risk assessment using HAZOP techniques, specific measures to prevent risk were found to be necessary to input the inert gas, install the pressure gauges and the flow meters, separate the reaction initiator and the monomers weighing tanks, and install the additional reacting inhibitors and the facilities to prevent runaway reaction.
Further, as the result of K-PSR study, As a specific measure to prevent the risk of release and fire?explosion, it was indicated that regular inspections of old facilities (e.g. non-destructive testing, NDT) and LOTO(Logout-Tagout) procedures for electrical installations were necessary. It was also possible to derive that pressure gauges, flow meters, and thermometers should be installed on the supply pipe-line of heat exchanger to minimize process trouble, and that local exhaust systems in packaging area should be installed to prevent potential injuries.

1. 서 론 1
1.1. 연구 배경 1
1.2. 연구 내용 및 목적 9
2. 이론적 배경 10
2.1. 위험성 평가 10
2.2. 위험성 평가 기법 13
2.3. 위험과 운전 분석(HAZOP) 기법 16
2.4. 공정안정성 분석(K-PSR) 기법 25
2.5. 위험도(Risk) 평가 33
3. 정성적 위험성 평가 연구 38
3.1. 회분식 라디칼 반응 공정의 위험성 평가(HAZOP) 38
3.1.1. 아크릴 수지 제조 공정 38
3.1.2. 대상 공정에 대한 HAZOP 평가 42
3.2. 회분식 축합 반응 공정의 위험성 평가(K-PSR) 63
3.2.1. 폴리에스테르 수지 제조 공정 63
3.2.2. 대상 공정에 대한 K-PSR 평가 67
4. 위험성 평가 결과 및 고찰 78
4.1. 회분식 라디칼 반응 공정의 HAZOP 평가 결과 78
4.2. 회분식 축합 반응 공정의 K-PSR 평가 결과 82
5. 결 론 86
참고문헌 88
영문초록 93
국문초록 96

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