제목 : 방부제 재생 과정 중 폭발
속보번호: 안전제2001-13호
날짜 : 2000년 11월
업종 : 화학제품제조업
기인물 : 화학물질
재해유형 : 폭발
피해정도 : 5명사망,48명부상
(중대재해속보)
1. 사고개요
2000. 11. 2(목) 17:08분경 경기도 안산에 소재한 ○○화학(주)에서 방부제인
DBNE (Di Bromo Nitro Ethanol)의 재생과정중 반응기가 폭발하여 5명이 사망
하고, 48명이 부상하는 사고가 발생함.
2. 사고물질 특성 및 화학반응식
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┃물질명 │폭발범위│인화점│발화점│증기압 │비중┃
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┃DEG │2∼12.3%│124℃ │224℃ │0.01mmHg@20℃ │1.12┃
┃(Di Ethylene │ │ │ │ │ ┃
┃Glycol : │ │ │ │ │ ┃
┃C₄H(10)O ₃) │ │ │ │ │ ┃
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DBNE (Di Bromo Nitro Ethanol, C₂H₃Br₂N0₃)
- 방부제 원료로 사용되는 화학물질로 유해위험성 및 물리화학적 특성이
미확인된 화학물질임
사고회사에서 연구개발한 화학물질로서 제조과정과 원료물질, 중간생성물,
제품의 성상은 연구소에 실험데이터를 갖고 있으나 화재로 소실됨.
- DBNE는 융점이 30∼35℃로서 여름철에는 액상이나 그 외에는 상온에서
고상으로 존재하여 취급이 불편하므로 용제로 DEG를 첨가하여 사용함.
화학 반응식
NaOH
○ 반응식: CH₃NO₂＋HCHO＋Br₂ -------------→
Base (염기)
OH
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H-C-CH₂·NO₂ → HO-CH₂-CH₂NO₂ (1차 반응)
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H β-hydroxyl nitro ethanol
Br Br Br H
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HO-C-C-NO₂ 또는 HO-C-C-NO₂ (2차 반응)
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H H Br H
(1.2 DBNE) (1.1 DBNE) (2종류의 Isomer가 생성됨)
3. 사고발생당시 공정 및 운전상태
가. 사고발생당시 DBNE 재생 공정
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불량제품 → ┃ 1호 반응기 ┃ 110∼130℃, 진공(760mmHg)
┃ ┃ 15∼20시간
┃ ┃ ※ 사고발생공정
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↓
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┃ 저 장 탱 크 ┃ DBNE 75% + DEG 25%
┗━━━━━━━━┛
↓
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┃ 재 포 장 ┃ 50kg, 200kg 용기에 재포장
┗━━━━━━━━┛
나. 사고당시 운전상태
○ 폭발사고 당시의 반응온도 및 압력(진공), 증류시간 등을 확인할 수 있는
작업일지, 작업지시서, 현장의 계기 등이 화재·폭발로 완전 소손되어 확인
이 불가능하였으며,
○ 사고공정과 관련하여 작업자들의 진술내용과 현장의 정황을 정리하면 다음과
같음.
- 사고당시 재생중인 DBNE는 2000. 2∼3월에 수출용으로 생산된 제품으로서
색도불량으로 클레임 이 예상되어 창고에 보관중인 것으로,
※ 정품은 연황색이나 갈색의 불량품을 별도 보관
- 운전책임자는 제품재생을 위하여 2000. 9∼10월중 5회에 걸쳐 실험실에서
시료 300㎖를 취하여 진공 감압, 110℃∼130℃ 정도의 온도상태에서 실험
하여 색도불량을 해소할 수 있음을 알았음.
○ 실험결과를 근거로 2000. 11. 1 16:00경부터 1호 반응기에 불량제품 2,500kg
(DBNE 1875kg, DEG 625kg : 12드럼)을 투입하여 공장 최초로 재생을 시도함.
※ 통상 DBNE를 제조하는 과정에서는 온수를 이용하여 승온시켰으나 온수로는
100℃이상 승온시킬수 없기 때문에 사고당시에는 반응기 쟈켓에 직접
스팀을 넣어 가열하였음.
- 현장 운전적용시에는 130℃에서도 변화가 없으므로 서서히 온도를 상승
시켰음.
- 사고당일인 2000. 11. 2. 16:35분경 운전원은 현장 점검중 1호 반응기의
진공압력이 떨어지고 (760→500mmHg) 온도가 142℃로 상승하므로 감독자
에게 보고하였고, 계속 온도가 147℃까지 올라가자 스팀 밸브를 잠그고
1층의 진공펌프를 확인 하던중 파열음을 수반한 폭발이 발생함.
4. 사고원인
폭발사고 당시의 작업일지, 작업지시서, 현장의 계기 등이 화재·폭발로 완전
소손되어 정확한 원인을 파악하기는 어려우나, 사고공정과 관련된 작업자들의
진술내용과 현장의 정황을 정리하여 다음과 같은 가정을 할 수 있음.
┌─────────────────────────────┐
│가정 : 반응기 내부온도 상승으로 인한 DBNE 또는 DEG의 폭발 │
└─────────────────────────────┘
검토 :
○ 반응기 내부 투입물질은 DBNE 75%와 DEG 25% 혼합물질로 다음과 같은
위험성이 있는 물질임
- DBNE : 인화점, 발화점 등의 물리화학적 특성이 확인되지 않은 상태이나,
고온에서는 분해되어 브롬 (Br₂), 브롬화수소(HBr)가 생성될 수
있는 불안정한 물질임.
- DEG : 상온에서는 비교적 안정한 물질이나 가열시에는 인화점 124 , 폭발
범위(2.0%∼12.3%)에서 점화원이 투입되면 폭발할 수 있는 물질임.
○ 사고당시 운전조건은 공급스팀, 운전자의 진술 등으로 볼때 150℃이상 상승
되었을 것이며 이 상태에서 운전자는 진공 유지를 위하여 파열판을 맹판
으로 체결한 후 운전을 시도한 것으로 판단됨.
- 진공상태에서 반응기 내부온도가 상승하게 되자 조작자가 폭발의 위험을
감지하고 스팀을 차단하고 벤트를 개방하여 대기중의 공기가 반응기에
유입되어 폭발 분위기가 형성되고, 이때 점화원의 투입으로 폭발한 것으로
추정됨.
○ 점화원으로는 반응기 내부온도가 DEG의 인화점 이상으로 상승되어 폭발
분위기가 형성되어 있을 경우 다음과 같은 점화원중 하나에 의해 폭발되었을
것임.
- 반응기 교반기 소손에 의한 온도계 하우징 또는 반응기 내벽과 충돌시
발생된 기계적 스파크
- 반응기 내부 진공이 깨지면서 유입되는 공기의 유속에 의해 발생한 정전기
- 교반기가 회전하면서 발생한 정전기 등
5. 사고교훈 및 동종 재해예방 대책
가. 설비의 제작기준과 정비체제 강화
- 설비의 제작기준이행 철저 및 정비체제를 강화하여 설비의 안전성을 유지
해야 함.
나. 회분식(Batch)공정의 운전 절차 준수
- 회분식 공정의 운전시에는 혼합물질의 몰비, 운전방법 등을 기술한 운전
절차서를 작성하고 절차서에 따라 운전을 실시하여야 함.
다. 신제품 개발에 대한 검증을 이행
- 물리화학적 성질, 반응 메카니즘 및 운전절차에 대한 검증을 하여야 함.
라. 위험공정에 대한 자동제어 기능 강화
- 온도, 압력, 유량, 액위 등의 변화를 감시할 수 있는 경보, 긴급차단 등
자동제어 설비가 요구됨.
마. 위험물질의 위험성 교육실시
- 위험물질의 취급방법 및 위험성 등을 포함한 물질안전보건자료에 대한
교육을 실시하여 위험물질을 취급하는 근로자에게 물질 및 공정위험성을
알려야 함.
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│사고관련 사진 │
└───────┘
[그림 1 ]
사고당시의 폭발ㆍ화재상황
[그림 2 ]
최초폭발이 발생된 반응기주위의 붕괴현장
[그림 3 ]
폭발한 동형의 반응기에 맹판조치된 파열판 노즐 및 1 벤트배관
[그림 4 ]
150m 이격되어 인근사업장에 비산된 Condenser
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