J. Korean Soc. Hazard Mitig Search

CLOSE


J. Korean Soc. Hazard Mitig. > Volume 18(1); 2018 > Article
도로에서의 염산 탱크로리 누출사고에 관한 고찰

Abstract

To understand the leakage of hydrochloric acid tank lorry on the road, you need to know road width, road shoulder, facility standards of road, and fluid flow. Without considering these variables, 7,510 kg leaked for 10minutes. A surface area of 631.623 m2 radians was created from the accident start point. As a result, the evaporation rate was 641.7 kg/s. However, hydrochloric acid leaking from the road flows along the road surface by several parameters. Therefore, the overall leakage is not the rate of evaporation depending on the surface area of the liquid layer spread widely from the origin of the accident. Hydrochloric acid flows by the conditions of the road. The amount is 380.4 kg. An evaporation rate of 32.511 kg/s for a surface area of 32 m2 must also be considered. So the rate of evaporation is determined by the amount of leakage on the road surface. Therefore, it can not be interpreted by the evaporation rate of a large surface area without consideration of road conditions.

요지

도로에서의 염산 탱크로리 누출사고를 해석하기 위해서는, 도로폭, 길어깨 등 도로설계기준과 노면배수에 따른 유체의 흐름, 그리고 횡단경사를 포함한 평면, 종단선형 등 기하구조 요소에 따른 유체의 흐름을 이해해야 한다. 이러한 도로의 여러 매개변수를 고려하지 않은 조건하에서, 10분 동안 염산 7,510 kg이 누출되면 사고 원점으로부터 방사형으로 631.623 m2의 넓은 표면적이 형성되며 이에 따른 증발속도는 641.7 kg/s이다. 하지만, 도로에서 누출된 염산은 여러 매개변수에 의해 도로노면을 따라 흘러간다. 그러므로 전체 누출량이 사고 원점으로부터 넓게 확산 분포된 액체층 표면적에 따른 증발속도가 아닌, 도로의 여러 매개변수의 의해 흘러가며 노면에 분포되어 존재하고 있는 누출량 380.4 kg의 표면적 32 m2에 대한 증발속도 32.511 kg/s를 고려해야 한다. 즉, 도로에서 염산의 증발속도는 누출된 염산이 도로의 여러 매개변수에 의해 흐르며 노면에 존재하는 누출량에 의해 발생한다. 따라서 도로의 매개변수를 고려하지 않은 넓은 표면적의 증발속도로는 해석 할 수 없다.

1. 서론

화학물질관리법은 2012년 9월 27일 구미 불화수소 누출사고 이후 시설에 대한 예방적 화학물질 안전관리 강화를 위해 개정되었다. 화학안전정보공유시스템을 활용하여 구미 불화수소 누출사고 다음날인 2012년 9월 28일부터 2017년 3월 8일까지의 유해화학물질 운송차량 누출사고를 조사하였다. 총 69건이 발생했고, 누출사고 물질로는 염화수소(Hydrogen chloride)가 9건, 질산(Nitric acid)이 7건, 플루오르화수소(Hydrogen fluoride)도 1건이 발생했다. 인적상해피해가 발생한 사고 23건의 사상자는 28명이며, 운전자의 부상이 19건, 사망은 6건 발생했다. 모두 운전미숙, 정비 불량, 관리소홀, 졸음운전 등 미연에 예방 가능한 인재였다.
유해화학물질 장거리 운송 시 운전자의 졸음운전으로 인한 사고를 미연에 방지하기 위하여 2시간 운행 시 20분 휴식이 포함되도록 2017년도 상반기부터 운반계획서가 보완 될 예정이다. 이처럼 유해화학물질 운송차량 사고 예방을 위하여 법적 조치 사항 등이 보완되고 있으나, 우리나라는 석유화학공업단지들이 전국에 퍼져있기 때문에, 화학물질 운송 탱크로리 차량들은 하루 평균시속 80 km로 4~5시간정도 운행하며, 상하차 배차시간을 더하면 평균 8시간정도 운행하고 있는 현실이다.
도로라는 여건상 누출사고가 발생하면 불특정 지역의 주민에게 피해를 주게 된다. 2014년 7월 18일 경기도 화성 시에서 23 ton 탱크로리차량 상부에 손가락만한 구멍이 생기며 염산이 누출되어 유증기가 발생하였고, 2014년 9월 13일 전라남도 여수시 해산동 해산교차로에서 염산(38%) 22 ton을 실은 탱크로리 차량이 가드레일을 충격 후, 전도되어 염산 7,510 kg이 누출되었다. 이 사고로 사망 1명, 부상 6명의 피해자가 발생하였다. 2016년 3월 충청남도 서산에서는 염산 탱크로리 전복사고로 염산이 누출되었으며, 확산된 유증기로 인해 인근 주민 2명이 부상하였다. 이에 본 연구에서는 2014년 9월 13일 전라남도 여수시 해산동의 염산 탱크로리 사고를 Case Study하였다.
미국환경보호청(EPA: Environmental Protection Agency)의 ALOHA(Areal Location of Hazardous Atmospheres)는 활용도 측면에서 매우 우수한 범용프로그램이지만, 도로에서 발생한 염산탱크로리 누출로 인한 피해 영향범위 예측에는 제약이 있었다. Chemical information에서 염화수소를 선택하면, 물이나 수증기에 반응하고 증발속도 등에 영향을 받으며, 물과 접촉 시 위험성을 정확히 예측할 수 없다는 경고 메시지와 사용자가이드에는 입자상 수분과 반응하는 물질 및 혼합물은 적용이 불가능하다고 명시되어 있다. 또한 Tank에서의 누출 해석은 직경(Diameter)과 길이(Length)를 입력하면 부피(Volume)가 자동으로 계산된다.
하지만 국내 탱크로리는 설계⋅제작 시부터 위험물안전관리법 시행규칙 ‘제34조 이동탱크 저장소의 기준’에 의해 내부에 4,000 L이하 마다 3.2 mm 이상의 강철판 또는 이와 동등 이상의 강도⋅내열성 및 내식성이 있는 금속성의 것으로 칸막이를 설치하도록 되어 있다. 사고 당시 탱크로리는 그 칸막이가 부식되어 구멍이 뚫려 있던 상황이었고, 부피가 자동으로 입력되는 ALOHA로는 신뢰성이 부족한 결과를 얻을 수 있다.
염산탱크로리 누출로 인한 피해 영향범위는 확산조치가 없는 경우 사고 원점으로부터 액면(Pool)을 형성하며 방사형으로 확산된다. 그러나 실제 도로에서는 횡단경사, 평면, 종단선형, 도로 폭과 길어깨 등 여러 매개변수가 존재하여 유체의 피해 영향범위가 달리 해석 돼야 한다.
그리하여, 본 연구에서는 예측하기 어려운 매개변수를 가진 도로에서의 염산 탱크로리 누출사고를 피해예측 시뮬레이션을 사용하지 않고, 도로시방서와 도로설계기준 및 여러 이론식 등을 활용하여 고찰하였다.

2. 이론적 배경

2.1 염산의 일반적인 특성

염산(38%)은 분자량 36.6(Hcl)g/mol, 밀도(kg/1) 1.189, 증기압(kpa) 28.3, 녹는점 –26℃, 끓는점 48℃의 물리⋅화학적 성질을 가지며 유독성 기체인 염화수소(Hydrogen chloride)를 발생시킨다. 염산과 염화수소의 일반적인 특성은 Table 1에 정리하였다.
Table 1
General Properties of Hydrochloric acid and Hydrogen Chloride
Hydrochloric acid (38%) Hydrogen chloride
CAS NO. 7647-01-0 7647-01-0
Material state Liquid Gas
Molecular Weight 36.46(HCL)g/mol 36.46g/mol
Melting point -26℃ -144℃
Boiling point 48℃ -85℃
화학물질안전원의 염산취급시설의 안전관리 안내서(2016)에 염산의 누출방재 방호 활동거리는 액체의 경우 풍하방향으로 50 m이상, 기체는 소규모 풍하방향 낮(0.1 km), 밤(0.3 km), 대규모 낮(0.3 km), 밤(1.3 km)이다. 염산은 미국방재협회(National Fire Protection Agency)의 NFPA 704 코드에 건강 3, 화재 0, 반응 1로 구분되어 있는 흡입, 섭취, 피부 흡수 시 극도로 위험한 물질이다.

2.2 실제 사고 사례 분석

2014년 9월 13일 00시 13분경 전라남도 여수시 해산동 편도4차로 도로상에서, 염산탱크로리 운반차량이 중앙분리대를 들이받아 전도되는 사고가 발생했다. 사고 당시 탱크로리 맨홀(주입관)이 열려 있었고, 탱크로리 내부 판은 구멍이 뚫려 있었다. 이로 인해 염산 7,510 kg 이 누출되었고, 초동조치를 행해야 하는 운전자는 현장에서 사망, 인근 주민은 6명이 가스를 흡입하여 병원으로 후송되었다.
Table 2는 사고당시 여수지점의 기상정보이다. 기상통계자료에는 사고 당시 시간에 강우가 표시되어 있지 않으나, 사고 당시 뉴스 및 신문 보도 자료들은 사고지점에 비가 내렸다는 기사가 있으며, 여수 지역의 전운량도 10을 나타내고 있어 사고 지점에 비가 내렸던 것을 입증한다. 이는 누출된 염산이 노면에 고여 있던 빗물에 의해 반응하며, 도로의 구배에 의해 빠른 속도로 확산되며 집수정을 통해 배수로로 유입된 것을 추정할 수 있다. 누출된 염산은 사고 당일 낮 12시까지 흡착포, 질석, 건토, 건사 등 비가연성 물질로 흡수 후 수거처리 됐다.
Table 2
Weather Information at the Time of the Accident
Date and time September 13, 2014 00:00 September 13, 2014 01:00
Temperatures 22.1℃ 21.8℃
Rainfall - -
Wind speed 3.5 (m/s) 4.1 (m/s)
Humidity 66% 68%
Number of clouds(1-10) 10 10
Wind direction 90 (deg) 90 (deg)

2.3 탱크로리 누출사고의 특징

Case study의 염산을 수송하던 탱크로리는 여수산업단지의 화학공장을 벗어나, 도로를 운행하던 중 사고가 발생했다. 화학공장과 달리, 도로에서의 탱크로리 누출사고는 탱크로리의 제원 및 기준⋅고시 등의 특징을 파악해야 한다. 또한 도로의 구조와 시설기준을 파악하여 누출사고 원점으로부터 도로의 폭과 횡단경사 등을 파악하고 분석해야 한다. 이와 같은 연구 방법의 흐름도는 Fig. 1과 같다.
Fig. 1
Flowchart of Tank Lorry Leakage Accident Study Method
KOSHAM_18_01_157_fig_1.gif
위험물안전관리법 시행규칙 제34조 ‘이동탱크 저장소의 기준’에 따르면 탱크(맨홀 및 주입관의 뚜껑을 포함한다)는 두께 3.2 mm이상의 강철판으로 위험물이 새지 아니하게 제작해야 한다. 그리고 이동저장탱크는 그 내부에 4,000 L이하 마다 3.2 mm 이상의 강철판 또는 이와 동등 이상의 강도⋅내열성 및 내식성이 있는 금속성의 것으로 칸막이를 설치하여야 한다. 이처럼, 내부에 4,000 L이하 마다 3.2 mm의 강철판이 있어 누출 시, 각 맨홀 뚜껑으로 누출 될 수 있는 양도 4,000 L이하이며, Fig. 2처럼, 각 구획 별로 별개의 맨홀(주입관)과 밸브가 위치하고 있다. 하지만 사고 당시 전복된 탱크로리는 맨홀이 열려 있었고, 내부 판은 예전에 실었던 화학물질로 인하여 구멍이 뚫려 있던 상황 이였다.
Fig. 2
Piping System Diagram
KOSHAM_18_01_157_fig_2.gif
탱크로리 누출사고는 운전자나 작업자가 맨홀 뚜껑부근의 볼트를 완벽히 체결하지 않았거나, Fig. 2에서 보는 것처럼 각 탱크로리 내부 칸마다 연결되어 있는 밸브부분 폐쇄를 확실히 확인하지 않고 운행하였기에 발생한다. 2012년 9월 2일부터 2017년 3월 8일까지의 누출사고 원인은 69건 중 34건이 차량관리 소홀로 인한 누출 사고였다.
25 ton급 탱크로리와 탱크 내부 제원은 같고 길이가 짧은 16 ton급 탱크로리의 도면을 Figs. 34로 표시하였다. 도면의 탱크로리 단면적은 9,588 m2이고, 칸막이가 있는 구획의 용량이 4,000 L이하이다.
Fig. 3
Dimensions of Storage Container
KOSHAM_18_01_157_fig_3.gif
Fig. 4
Rear Dimension of Storage Container
KOSHAM_18_01_157_fig_4.gif

2.4 도로에서의 누출사고 해석방법

도로에서의 누출사고는 도로의 구조⋅시설 기준을 파악하여야 한다. 이를 위해서 국토교통부령 제111호 도로의 구조⋅시설 기준에 관한 규칙과 도로공사표준시방서(2016)를 참고하였다.
도로의 배수를 원활하게 하기 위해 도로의 진행방향과 직각으로 설치하는 횡단경사와 도로의 속도에 따른 지역 간 차로의 최소 폭을 알아야하며, 유체의 흐름과 집수정으로 이어지는 길어깨의 폭을 고려하여야 도로에서의 누출사고를 해석할 수 있다. 사고가 발생한 도로는 양방향 8차로의 주간선도로로 17번 일반국도이다. Table 3 도로의 기능별구분에 따라 일반도로의 주간선도로는 평지에서 설계속도가 80 km/h이다. 이 설계속도에 의해 Table 4 차로의 최소 폭은 지방도로 3.50 m임을 알 수 있으며, 마지막으로 도로 끝부분에 해당하는 길어깨에 관한 기준은 Table 5 길어깨 최소 폭에 나타나 있다.
Table 3
Road Classification and Design Speed (km/h)
Classification of roads Urban road Flat road Hill Road Mountain road
Highway 100 120 110 100
Main arterial road 80 80 70 60
Secondary arterial road 60 70 60 50
Table 4
Minimum Width of Road (m)
Road classification Urban road Provinces road Compact car road
Highway 3.50 3.50 3.25
Roads above 80 km/s 3.50 3.25 3.25
Roads above 70 km/s 3.25 3.00 3.00
Roads above 60 km/s 3.25 3.00 3.00
Less than 60 km/s 3.00 3.00 3.00
Table 5
Minimum Road Shoulder Width (m)
Road classification Urban road Provinces road Compact car road
Highway 3.00 2.00 2.00
Roads above 80 km/s 2.00 1.50 1.00
Roads above 60 km/s 1.50 1.00 0.75
Less than 60 km/s 1.00 0.75 0.75
본 연구는 노면에서 배수경사에 따른 유체의 흐름을 해석하기 위함이기 때문에, 도로 배수에 고려하여야 하는 우수받이 집수정 및 측구, 배수관 등과 평지인 사고 지역의 종단경사는 배제하였다.
누출된 염산의 도로노면에서의 흐름을 이해하기 위해서는 횡단경사를 알아야한다.
Table 6은 노면의 종류에 따른 횡단경사의 퍼센트를 제시하고 있다. 하지만 실제 도로는 덧씌우기 공사와 과적차량의 통행량에 따른 소성변형으로 횡단경사가 설계도면과 다르다.
Table 6
Cross Grade of Road Surface Type
Road Surface Type Cross grade (%)
Asphalt and cement 1.5 to 2.0
Simple pavement road 2.0 to 4.0
Non-pavement road 3.0 to 6.0
이에, 실제 도로노면에서의 유체의 흐름을 해석하기에 필요한 횡단경사는 Yun et al.(2006)의 논문에서 레이저 스캐너와 GPS/INS 통합시스템이 장착된 도로안전성 조사 분석 차량을 이용, 도로의 횡단경사를 측정할 수 있는 알고리즘과 이를 현장에 적용하여 검증하였다.
Tables 3에서 6 까지의 설계기준사항들을 토대로 사고 당시 도로를 표현하면 Fig. 5와 같이 나타낼 수 있으며, 도로의 횡단면은 도로노면과 길어깨, 그리고 측구로 구분하며, 도로의 양 끝에 위치한 길어깨 부분은 도로표면에서 보면 수로의 역할을 한다.
Fig. 5
Accident Point Road Surface Drainage
KOSHAM_18_01_157_fig_5.gif

3. 결과 및 고찰

3.1 염산의 누출량과 누출속도 계산 및 고찰

Case study한 실제사고에서 염산은 직경 400∅의 맨홀을 통해 7,510 kg 이 누출 되었고, 탱크단면적은 9,588 m2 이다. 누출이 시작되면 누출량은 증가하다 어느 시점부터 감소한다. 또한 확산조치가 되어 있는 사업장과 다르게 평평한 도로에서는 누출량이 증가함에 따라 액면(pool)의 표면적도 증가한다. Jung et al.(2017)은 EMP RMP Guide에 따라 누출된 염산 수용액이 1 cm 높이의 액체 층을 형성하면 균일하게 퍼진다고 가정하였으며, Eq. (1)으로 액면 크기별 누출량을 계산하였고, 누출속도는 총 누출량에서 누출시간을 나누었다.
(1)
m(kg)=ρ(kg/m3)×s(m2)×h(m)
Eq. (1)에서 m 은 액체의 누출량(kg), ρ는 액체의 밀도(kg/m3) s는 액체의 표면적(m2), h는 액체 층의 높이(0.01 m)이다.
Eq. (1)을 이용하여 액체표면적과 누출량에 따른 누출속도를 구할 수 있다. 그리고 Eq. (1)를 변형하여 액체표면적 Eq. (2)로 나타낼 수 있다.
(2)
s(m2)=m(kg)ρ(kg/m3)×h(m)
Eq. (2)에 사고의 누출량 7,510kg을 대입하여, 한국산업안전보건공단 KOSHA GUIDE P-107-2016지침에 따라 10분 동안 1 cm의 액체 층을 형성하며 전량 누출된다는 가정 하에, 액체표면적과 누출속도를 구하였다. 그 결과, 12.516 kg/s 의 누출속도와 631.623 m2 의 넓은 면적 값을 구했다. 이 값은 도로의 횡단경사, 종단선형, 도로폭, 길어깨 등 유체의 흐름조건을 고려하지 않은 유체의 확산 범위 값이다.
누출사고 탱크로리는 400∅의 맨홀(주입관)에서 누출되었고, 도로의 종단경사와 횡단경사를 따라 유출되었다. 횡단길이는 16 m이며 누출되어 흘러가는 액체는 길어깨를 통해 집수정으로 흘러간다.
누출시간을 10분, 액체층 높이 1 cm, 맨홀(주입관)을 통해 누출된 액체가 경사면을 따라 확산된 폭을 2 m로 가정하여, 길어깨 방향으로 흘러가는 도로횡단면 16 m까지의 누출량을 1 m씩 계산하여, 그에 따른 누출속도를 얻을 수 있었다. 그 값들은 Table 7에 정리하였다.
Table 7
Release Quantity Released and Release Rate Released to Each Pool Area
Pool Area (m2) Release quantity (kg) Release rate (kg/s) Pool Area (m2) Release quantity (kg) Release rate (kg/s)
2 23.8 0.040 18 214.0 0.357
4 47.5 0.079 20 237.8 0.396
6 71.3 0.118 22 261.6 0.436
8 95.1 0.158 24 285.4 0.476
10 118.9 0.198 26 309.1 0.515
12 142.6 0.238 28 332.9 0.555
14 166.4 0.277 30 356.7 0.594
16 190.2 0.317 32 380.4 0.634
Table 7의 액체 표면적 32 m2 지점은 횡단면의 16 m인 길어깨 가장자리이며, 위에 기술한 표면적 조건하에 0.634 kg/s 의 누출속도로 380.4 kg 의 양이면 16 m까지 도달한다는 것을 알 수 있다. 사고 당시 초기대응시간이 지연된 점과 강우에 의해 도로노면상태가 젖어 있었음을 고려하면, 누출된 염산 7,510 kg 은 노면경사에 의해 계산된 값보다 훨씬 빠른 속도로 확산되어, 길어깨를 통해 흘러 집수정으로 유입된 것을 추정할 수 있다.
도로의 횡단경사와 노면배수에 따른 유체의 흐름에 의해 7,510 kg 의 염산이 누출되어도, 도로 노면에는 380.4 kg 의 누출량만 분포하는 것이다. 10분 동안 1 cm 높이의 액면을 형성하며, 전체 누출량 7,510 kg 으로 같은 조건이지만, 도로의 여러 매개변수를 고려하지 않고 확산된 631.623 m2 의 표면적과는 이런 부분이 부합하지 않는 것이다.

3.2 누출된 염산의 증발속도 계산

사고에서 누출된 염산은 증발하기 전에 액체 층을 형성하고 액체 층의 표면적에서 대기 중에 증발된다. 표면적에 따른 증발속도는 한국산업안전보건공단 KOSHA GUIDE P-107-2016 지침의 증발속도 계산식 Eq. (3)을 활용하여 얻은 값을 Table 8에 정리하였다.
Table 8
Evaporation Rate to Each Pool Area
Pool Area (m2) Evaporation rate (kg/min) Pool Area (m2) Evaporation rate (kg/min)
2 2.032 18 18.287
4 4.064 20 20.319
6 6.096 22 22.351
8 8.128 24 24.383
10 10.159 26 26.415
12 12.191 28 28.447
14 14.223 30 30.479
16 16.255 32 32.511
(3)
RE=1.4×U0.78×MW2/3×A×PV82.05×T
Eq. (3)에서 RE는 증발속도 (kg/min),U는 풍속 (m/sec), Mw는 분자량,A 는 액체 층의 표면적(m2),Pv는 증기압 (mmHg),T는 온도 (K)이다.
풍속은 사고 발생지점의 00시 ~ 01시까지 평균풍속 값인 3.8 m/s 를 대입하였고, 액체 표면적은 Table 7의 표면적과 동일한 가정이며, 온도 값은 KOSHA GUIDE P-107-2012 지침에 따라 25℃를 대입한 298K로 적용하였다. 표면적에 염산은 전량 증발한다는 가정 하에 Eq. (3)을 계산하였고, Table 8의 결과 값들은 단순히 액체의 표면적이 확산되면 증발속도가 비례하게 증가한다는 것이지만, 가정하여 계산된 표면적 값 이외에 다른 표면적을 대입하여도, 표면적이 증가하면 비례하게 증가하는 증발속도 값을 얻을 수 있단 의미이다. 즉 도로의 여러 매개변수를 고려하지 않은 확산 표면적 631.623 m2 대입하면 그에 비례하게 증가한 증발속도 641.7 kg/s을 구할 수 있었다.
염산이 7,510 kg 이 누출하면 사고 원점으로부터 631.623 m2 의 넓은 표면적이 형성되며 이에 따른 증발속도는 641.7 kg/s 이다. 하지만 도로에서 누출된 염산은 여러 매개변수에 의해 도로노면을 따라 흘러간다. 그러므로 전체 누출량이 사고 원점으로부터 넓게 확산 분포된 액체층 표면적에 따른 증발속도가 아닌, 도로의 여러 매개변수의 의해 흘러가며 노면에 분포되어 존재하고 있는 누출량 380.4 kg 의 표면적 32 m2에 대한 증발속도 32.511 kg/s를 고려해야 하는 것이다.
도로에서는 염산의 확산 범위가 전체 누출량의 확산 표면적이 아니다. 즉, 도로에서의 염산 확산범위는 누출된 염산이 도로의 여러 매개변수에 의해 흐르며 노면에 존재하는 누출량에 의해 발생하는 것이다.

3.3 염화수소 기체분자의 속도와 확산

유독성 기체인 염화수소(Hydrogen chloride)가 대기 중에 확산되는 과정을 이해하기 위해서는 염화수소기체분자의 평균속력과 평균자유행로 그리고 염화수소기체가 공기 속에서 얼마나 빠른 속도로 확산되는지를 알아야 한다. 기체분자의 대표속력을 알기 위해서는 분자의 질량과 온도를 고려한 기체내의 근평균제곱속력(The root mean square velocity)을 알아야하며, Eq. (4)로 구한다.
(4)
Urms=3RTM
Eq. (4)에서 R 은 이상기체상수 8.314 J/mol․K, T는 기체 절대온도, M은 화합물 몰질량이다.
계산결과, 사고지점의 염화수소 분자들은 초당 449.229 m로 빠르게 움직인다. 이 값은 염화수소 기체분자들의 움직임이 공기 중 다른 기체분자들과 충돌하지 않고 직선으로 이동하는 경우의 값이며, 실제 염화수소 기체분자들은 공기 중의 질소, 산소, 아르곤 등 다른 분자들과 충돌한 후, 방향을 바꾸며 이동하기에 확산속도가 느리다. 공기는 질소(78.1%), 산소(20.09%), 아르곤(0.93%), 이산화탄소(0.03%), 기타가스(0.04%)로 구성되어 있으며, 평균 분자량이 28.94 g(0.02894 kg/mol)이다.
공기의 295K에서 Urms 계산 값은 504.228 m/s이며, 그레이엄(Graham)의 법칙 Eq. (5)를 통하여 두 기체간의 확산에 대한 상대적인 속도를 구할 수 있다.
(5)
r1r2=M1M2
r1 기체1의 운동속도, M1 은 기체1의 몰질량(kg), r2는 기체2의 운동속도, M2는 기체2의 몰질량(kg)이다. Eqs. (4)와 (5)는 Ian Guch(2007), “THE COMPLETE IDIOT’S GUIDE to Chemistry”, Kyomunsa, pp. 171-204.의 기체분자의 운동론의 식을 적용하였다.
Eq. (5)결과, 사고발생시간 00시 ~ 01시까지의 평균온도 22℃에서는 염화수소가스가 공기보다 1.12배 빠르게 확산된다. 이는 이론상의 값이며, 실제는 풍속과 풍하방향, 지형 등 여러 매개변수를 고려해야 할 것이다.

4. 결론

도로에서의 염산탱크로리 누출사고는 화학공장에서의 누출사고와 달리, 도로라는 특이한 조건에서 발생한다. 이를 해석하기 위해서는 첫째, 도로폭, 길어깨 등 도로설계기준을 알아야 한다. 둘째, 노면배수에 따른 유체의 흐름을 이해해야한다. 그리고 세 번째로 횡단경사를 포함한 평면, 종단선형 등 기하구조 요소에 따른 유체의 흐름을 이해해야한다.
이러한 도로의 여러 매개변수를 고려하지 않은 조건하에 염산이 10분 동안 7,510 kg 이 누출되면 사고 원점으로부터 631.623 m2의 넓은 표면적이 형성되며 이에 따른 증발속도는 641.7 kg/s 이었다. 도로에서는 이러한 경우 표면적에 따른 증발속도를 정확히 해석할 수 없다. 도로에서 누출된 염산은 횡단경사 및 노면배수에 의해 유체가 흐르므로 표면적 역시 방사형 확산되지 않고 도로노면을 따라 흘러가며 형성된다. 유체의 흐름에 따른 표면적 32 m2로 가정 하에 계산한 결과, 전체 누출량 7,510 kg 중 380.4 kg의 누출량이면 도로의 길어깨 끝까지 도달했다. 그러므로 전체 누출량이 사고 원점으로부터 넓게 확산 분포된 액체층 표면적에 따른 증발속도가 아닌, 도로노면에 존재하는 누출량 380.4 kg 의 증발속도 32.511 kg/s를 도로에서는 고려해야 한다. 즉, 도로에서는 피해 확산 범위가 전체 누출량의 확산 표면적이 아니다. 도로에서의 피해확산범위는 누출된 염산이 도로의 여러 매개변수에 의해 흐르며 노면에 존재하는 누출량에 의해 발생하는 것이다. 그리고 유독성 기체인 염화수소가스의 확산은 사고 당시 평균온도 22℃에서 공기보다 1.12배 빠른 속도로 확산되는 것을 계산을 통해 얻었다. 이처럼, 도로의 여러 매개변수를 고려한 현장에 맞는 위험성 시뮬레이션 개발이 필요한 시점이다. 설비에서 발생할 수 있는 화재⋅폭발 및 누출 등 사업장 내에서의 사고 피해 영향 범위가 아닌, 불특정 지역에서 주민에게 피해를 줄 수 있는 도로에서의 운송차량 누출사고 피해 확산영향 범위에 대한 새로운 각도에서의 해석이 필요하며, 이 연구가 향후 피해 영향 범위예측 프로그램을 연구․개발할 때 도로에서의 여러 매개변수를 고려한 유해화학물질 운송차량의 누출사고 위험성예측에 조금이나마 도움이 되길 바란다.

References

Enforcement Decree of the Act on the Safety Control of Hazardous Substances, No. 34.
crossref
Ian Guch (2007). The Complete Idiot's Guide to Chemistry. Kyomunsa, p 171-204.
crossref
Jung, Y.K, Kim, B, Heo, H, Yoo, B, Sin, C, Yoon, Y, Yoon, J, and Ma, B (2017) A Study on the Simplified Estimating Method Off-site Consequence Analysis by Concentration of Hydrochloric Acid. Journal of Korean Society of Safetery, Vol. 32, No. 2, pp. 52-58.
crossref
Korea Occupational Safety and Health Agency (2012) Safety and Health Technical Guidelines. KOSHA GUIDE P-91-2012, pp. 4-9.
crossref
Korea Occupational Safety and Health Agency (2016) Safety and Health Technical Guidelines. KOSHA GUIDE P-107-2016, pp. 13-14.
crossref
Ministry of Land Infrastructure (2016) Road Technical Standard.
crossref
Ministry of Land Infrastructure. Regulations on the Structure and Facility Standards of Roads, No. 111.
crossref
National Institute of Chemical Safety, 2016) Safety Management Guide for Hydrochloric Acid Treatment Facilities, pp. 5.
crossref
Yun, D.G, Jeong, D.H, Sung, J.G, and Lee, S.H (2006) A Study for Measuring of Cross Slope Using Instrument Vehicle with Multiple Sensors. International Journal of Highway Engineering, Vol. 8, pp. 105-116.
crossref


ABOUT
ARTICLE CATEGORY

Browse all articles >

BROWSE ARTICLES
AUTHOR INFORMATION
Editorial Office
1010 New Bldg., The Korea Science Technology Center, 22 Teheran-ro 7-gil(635-4 Yeoksam-dong), Gangnam-gu, Seoul 06130, Korea
Tel: +82-2-567-6311    Fax: +82-2-567-6313    E-mail: master@kosham.or.kr                

Copyright © 2024 by The Korean Society of Hazard Mitigation.

Developed in M2PI

Close layer
prev next