제목 : 접착제 제조공정의 폭발
업종 : 화학제품 제조업
기인물 : 종합반응기
피해정도 : 사망 1명, 부상 1명
재해유형 : 폭발
날짜 : 1994년 10월
1. 재해개요
'94년 10월 ○일 09:50경 경기도 소재 ○○약품 (주)에서
반응기의 일부를 임대하여 초산비닐 접착제를 제조하는 ○○화학공업사
소속 근로자가 초산비닐수지 중합반응중 반응기내의 급격한 반응폭주로
누출된 인화성 증기가 비방폭형 전기기구에 의해 착화되어
폭발함으로써 근로자 1명이 사망하고 1명이 부상한 재해임.
2. 재해원인 조사
가. 재해발생공정
반응기에 주원료인 초산비닐 모노머(VAM)와 희석제인 메탄올을
투입하고 반응개시제(BPO)를 투입한 후 약54℃정도로 온도를
승온하여 약4시간 동안 중합반응시켜 접착제 원료인 초산비닐수지를
제조하는 공정임.
(재 해 발 생 공 정)
┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐
│ 원 료 ├─▶│ 반 응 ├─▶ │ 희 석 ├─▶│ 제 품 │
└─────┘ └─────┘ └─────┘ └─────┘
.VAM:410kg .메탄올:250kg .메탄올:550kg
.메탄올:15kg (Dripping) .BPO(가소제):15kg
.BPO:1.5kg .온도:54℃
.스팀:2kg/㎠/G
.시간:4Hour
나. 반응물질의 물성(특성)
1) 온도별 증기압 변화
┌────────┬──┬──┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ 구 분 │60℃│70℃│75℃ │80℃ │85℃ │91℃ │ 비고 │
├────────┼──┼──┼───┼───┼───┼───┼───┤
│VAM(VINYL ACETA │ 486│ 637│ 809 │ 948 │1,104 │1,319 │단위: │
│-TE MONOMER) │ │ │ │ │ │ │㎜Hg │
├────────┼──┼──┼───┼───┼───┼───┼───┤
│METHYL ALCOHOL │ 632│ 934│1,103 │1,353 │1,619 │1,978 │단위: │
│ │ │ │ │ │ │ │㎜Hg │
└────────┴──┴──┴───┴───┴───┴───┴───┘
* Antoine equation으로 구한 값으로 약간의 오차는 있을 수
있다.
* 물질별 식의 적용 온도 범위는
- VAM : -18℃∼106℃
- MTOH : -16℃ ∼ 91℃
2) 주요원료 물성표
┌─┬──────┬───┬───┬───┬────┬─────────┐
│ │ 물 성 │비 점│인화점│발화점│폭발범위│ │
│ └───┐ │ │ │ │ │ 비 고 │
│ 물 질 명 │ │ (℃) │ (℃) │ (℃) │ (℃) │ │
├─────┴──┼───┼───┼───┼────┼─────────┤
│VAM(VINYL ACETA │ 72 │ -8 │ 402 │2.6-13.4│무색액체 │
│-TE MONOMER) │ │ │ │ │ │
├────────┼───┼───┼───┼────┼─────────┤
│METHYL ALCOHOL │ 64 │ 11 │ 464 │6.0-36 │ " │
├────────┼───┼───┼───┼────┼─────────┤
│ │ │ │ │ │-백색결정고체 │
│BPO(BENZOYL │ - │ - │ 80 │ - │-충격에 의한 폭발 │
│ PEROXIDE) │ │ │ │ │-건조상태에서 60℃│
│ │ │ │ │ │이상 가열하면 폭발│
└────────┴───┴───┴───┴────┴─────────┘
* Fire Protection Guide on Hazardous Materials 10th Edition,
NFPA(참고문헌)
[그림] 중합반응공정
다. 기인물 : 중합반응기
┌───┬──┬────────────┬───┬───┬───┐
│ 형 식│용량│ 크 기 │재 질 │열 원│설치일│
├───┼──┼────────────┼───┼───┼───┤
│회분석│2Ton│ ￠1,430×2,500L×7t │sus304│스 팀│'94.7 │
└───┴──┴────────────┴───┴───┴───┘
라. 작업상황
1) '94.10. 09:00경 ○○약품(주)의 초산비닐수지접착제 제조공장내
1호반응기에서 임차공장인 ○○화학공업사 소속 피재자가
반응기에 초산비닐모노머(VAM)메탄올, BPO(Benzoyl Perozide)등
원료를 투입후 스팀을 이용하여 반응기를 예열 및 교환기 가동등
반응작업을 진행하고 있었음.
2) 1호반응기의 측면에 위치한 2호반응기에서도 동시에 ○○약품(주)
소속 생산차장이 초산비닐모노머(VAM), 메탄올, BPO(Benzoyl
Peroxide)등 원료를 투입후 스팀을 이용하여 반응기를 예열,
교반기 가동등 작업을 진행시킨후 약 10m 측면에 위치한 7호
반응기에 가서 작업하고 있던중 09:50분경 폭발화재 발생으로
1호반응기에서 작업중이던 피재자가 사망하고 6호반응기에서
작업하던 근로자가 부상을 입었음.
마. 주요 조사내용
1) 기인물 조사
가) 반응기내부 반응상태
누출가능설비인 1호와 2호 반응기의 내부반응물질 상태를
확인결과 1호반응기 내부의 반응물질은 전량반응이
이루어지지 않은 액체상태 그대로 남아 회수되었으며,
2호반응기 내부의 반응물질은 어느정도 반응이 진행되어
원료일부가 수지로 형성되어 있었고 이 반응으로 인한 급격한
압력상승으로 반응 원료가 기체상태로 누출되어 초기투입량 약
430kg의 30%정도인 약 150kg정도 남아 있었음.
나) 누출부위
1호 반응기와 2호반응기의 누출가능 부위를 조사한 결과 1호
반응기는 누출흔적이 없고 2호 반응기의 맨홀 틈새에서
가스누출 흔적이 있었음.
2) 누출원인 조사
초산비닐수지 제조공정은 급격한 발열반응으로 폭발적으로
반응함으로 반응기에는 이상압력 상승시 용기보호를 위한
안전밸브 등의 방호장치가 설치되어야 하나 설치되어 있지
않았으며 또한 응축기 후단의 차단밸브가 잠긴것을 확인 하지 않은
상태로 반응기가 운전됨으로써 반응과정에서 발생한 반응열에
의한 온도상승으로 급격히 증기압이 증가하면서 상승된 반응기
내부압력이 누출 흔적으로 보아 취약부위인 맨홀틈새
(Rubber Packing) 누출이 추정됨.
3) 점화원 조사
가) 비방폭 전기설비의 고온충전부에 접촉 점화 가능성 공장내 설치된
감시등 모터, 제어반 등 모든 전기설비가 비방폭구조로 설치 되어
있어 인화성이 강한 증기가 누출되면서 고온충전부에 접촉 점화
나) 정전기에 의한 점화 가능성
반응기 내부에서 급격히 상승한 압력에 의하여 맨홀 틈새로
인화성 증기가 분출되면서 발생한 정전기에 점화
다) 점화원 추정
상기의 두가지 경우의 점화가 가능하나 제어반 및 전기배선등
전기설비를 따라 화재가 번져나간 흔적을 볼때 비방폭
전기설비 내부에 누출된 인화성 증기가 스며들면서 고온
충전부에 접촉 가능성이 높음.
바. 재해원인 추정
1) CASE 1
2호반응기의 응축기 통기관(Vent)에 설치된 차단밸브가 차단되어
있는 것을 확인하지 못한 상태에서 평상시와 같은 작업방법 및
조건으로 작업을 급격 진행중 발열반응으로 인하여 원료액체가
기체로 변하면서 급격히 팽창한 반응기 내부 압력에 의해
인화성이 강한 증기가 다량 취약부위인 반응기 맨홀 사이로
터져나와 비방폭형으로 설치된 반응기 주변 전기설비의 고온
충전부에 접촉되면서 증기운 폭발이 발생
2) CASE 2
반응개시제인 BPO(Benzoyl Peroxide)의 과량투입 또는 스팀공급량의
오조작으로 인한 폭발적인 발열반응으로 인화성증기가 다량 발생하여
급격하게 압력이 상승되어 이를 충분히 소화하지 못한 반응기의
취약부위로 터져 나오면서 분출압력에 의한 마찰대전으로 발생되는
정전기에 의해 증기운 폭발 발생.
재해 발생 전후상황 및 주요조사내용을 토대로 재해원인을 분석한
결과 CASE1에 의한 폭발재해로 추정됨.
3. 재해원인
가. 직접원인
1) 반응기에 이상압력 발생시 압력방출을 위한 안전장치 미설치
2) 온도 또는 압력의 이상 발생시 자동경보와 함께 냉각수등이
자동조절 될 수 있는 설비 미설치.
3) 공장내의 모든 전기설비가 비방폭형으로 점화원 상시 존재
나. 간접원인
1) 교육적 원인
가) 이상시 조치요령에 대한 교육미흡
나) 안전작업 수칙에 대한 교육미흡
2) 관리적 원인
이상운전 지침서 및 안전수칙 미제정 및 미게시
4. 재해예방 대책
가. 기술적 대책
1) 중합반응기에는 이상압력 발생시 안전한 장소로 압력방출이 될
수 있도록 안전밸브 또는 파열판(Rupture Disk)등 방호장치를
설치하고 토출배관은 방출되는 유체가 안전한 지역으로 유도되어
처리될 수 있도록 설치.
2) 반응폭주시 제어가 어려운 중합반응기에는 반응온도가 설정온도
이상상승시 작업자가 즉시 인지할 수 있도록 경보설비 설치
3) 위험물질 취급장소의 전기설비는 방폭 등급에 맞는 검정필한
방폭설비를 설치.
4) 반응기 내부 이상온도 및 압력발생시 경보와 함께 냉각수,
반응억제제등이 안전하고 신속하게 투입될 수 있는 설비 설치
나. 관리적 대책
1) 긴급시 조작순서를 명확히한 이상운전 지침서를 작성 보관
2) 작업조건 및 안전수칙을 제정하여 제시
3) 위험지역에 대한 구분도 작성비치
다. 교육적 대책
1) 이상조치 요령에 대한 안전작업 표준을 훈련 및 교육실시
2) 작업조건 및 안전작업수칙 교육
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