제목 : 크실렌 탱크위에서 시료채취 작업중 폭발
업종 : 석유화학 제품제조업
기인물 : 혼합크실렌
피해정도 : 사망 1명
재해유형 : 화재,폭발
날짜 : 1991년 01월
1. 재해발생경위
1991.1.4. 15:17분경 석유화학제품제조업체의 크실렌탱크
(P-T11:xy-lene Test tank)에서 제품분석을 의뢰받은 재해자가 탱크의
상부(Roof)에 올라가 시료채취작업을 시작하였다.
잠시후 "펑" 소리와 함께 탱크상부가 날아가면서 화재가 발생하여
시료채취작업자가 화상을 입고 추락하여 사망하였으며, 탱크상부는
내부압력에 의해 10m 정도 날아갔다.
[그림1] 재해발생상황도
2. 특성요인도
┌───────────┐
│ 물적요인(불안전상태) │
└───────┬───┘ ┌─────┐
┌─────┐ 제전봉에 산화 │ │ 발생형태 │
│ 작업종류 │ 피막이 형성 │ └──┬──┘
└──┬──┘ ──────▶│ 탱크내부 크실렌의│ 폭발
시료채취 │ │ 폭발범위형성 │◀──
────▶│ │◀────── │
▼ ▼ ▼ ┌──┐
───────────────────────────────────┤재해│
안전교육 및 ▲ ▲ ▲ └──┘
관리감독소홀 │급격한 행동으로 인하│ │ 혼합크실렌
────────▶│여 인체와 작업복에 │ │◀─────
│정전기 발생 │ │
위험물의 특성에 │─────────▶│ 불활성가스로 퍼징 │
관한 내용미게시 │ 제전복과 제전화를 │ 작업 미실시 │ 정전기
─────────▶│ 착용치 않음 │ ◀──────── │◀───
│ ────────▶│ │
┌──┴──┐ │ ┌──┴──┐
│관리적요인│ │ │ 기인물 │
└─────┘ ┌─────┴─────┐ └─────┘
│인적요인(불안전행동) │
└───────────┘
3. 작업상황 및 관련설비
가. 작업상황
1) 1991.1.3. 20:17분경 크실렌 제품을 사고탱크인 P-T11(Xylene Test Tank)
로 이송하기 시작하여 1991.1.4. 9:30분경 제품 이송 작업을 종료하였다.
- 제품 이송전.후 탱크내의 크실렌 재고현황
. 이송전 : 76 Bbl
. 이송후 : 1005 Bbl(최대저장량: 1,250Bbl)
주) Bbl (Barrel) : 제적의 단위로 보통 석유류 제품을 표시할
때 사용함. 1 Bbl = 158.91ℓ
2) 당일 15:05분경에 실험실에 제품(혼합크실렌)분석을 의뢰하여 재해자가
시료채취기(면줄, 시료채취병, 납봉을 사용하여 만듬)를 들고서 차량을
이용하여 탱크지역에 도착하였다.
3) 먼저 벤젠 및 톨루엔 저장탱크의 제품에 대한 샘플채취를 완료한후,샘플
을 땅바닥에 두고서 크실렌 탱크 상부에 올라가 채취작업을 실시하였다.
나. 사고발생 관련설비
1) 시료채취기
[그림2 참조]
2) 탱크 사양 및 형상
가) 탱 크 명 : P-Tll(Xylene Test Tank)
나) 탱크형태 : Cone Roof(원추형)
다) 용 도 : 크실렌 제조공정(0∼6 unit)에서 생산된 제품의 품질
검사를 목적으로 제품탱크에 이송하기 전에 임시 저장한다.
[그림3] GENERAL SECTION
[그림4] 탱크의 형상
다. 재해를 일으킨 크실렌의 성상
1) 석유화학의 기초원료가 되는 탄화수소 화합물을 불포화 탄화수소,
방향족 탄화수소 및 파라핀 계층의 대별할 수 있으며 벤젠, 톨루엔,
크실렌과 같은 방향족 탄화수소는 유기합성화학공업의 기초원료로
염료, 의쇠 섬유, 화학 및 각종수지등의 제조용으로 사용된다.
2) 제조공법은 초기단계에는 석탄건류 생산물로부터 분리하여 생산하였으나,
현재는 석유화학공업의 발전에 힘입어 석유 유분에서 대량 제조 및 정제
하여 생산한다.
3) 디멜틸벤젠, 크실렌.자이렌등의 별명을 가지고 있으며
올소(Ort-so-), 파라(Para-), 메타(Meta-)등 3가지 이성체가
있으나, 사고탱크는 혼합 크실렌으로 상기 이성체가 적정 비율로
비열된 상태이다.
표12-1. 혼합크실렌 조성('90.12.31 자체분석 Data)
┌─────┬───┬───┬───┬───┬───┬────┐
│ 함량/조성│ O-X │ M-X │ P-X │ E-B │ Cq │ 기 타 │
├─────┼───┼───┼───┼───┼───┼────┤
│ % │ 19.4 │ 41.6 │ 19.2 │ 17.9 │ 0.5 │ 1.4 │
└─────┴───┴───┴───┴───┴───┴────┘
4) 혼합크실렌에 대한 물성은 일반적으로 보고된 자료가 없으며,
각물질별 주요한 물리적 성질을 살펴보면 다음과 같다.
표12-2. 혼합크실렌의 물성
┌──────┬───────┬───────┬──────┐
│ 항 목 │ O-크실렌 │ M-크실렌 │ P-크실렌 │
├──────┼───────┼───────┼──────┤
│ 분 자 량 │ 106.17 │ 106.17 │ 106.17 │
│ 비 중(20℃)│ 0.88 │ 0.86 │ 0.86 │
│ 융 점( ℃)│ -25.2 │ -47.9 │ 13.2 │
│ 인화점(℃) │ -27.0 │ 23.2 │ 23.0 │
│ 폭발한계 │ 1.0-6.0 │ 1.1-7.0 │ 1.1-7.0 │
│ (Vol%) │ │ │ │
└──────┴───────┴───────┴──────┘
5) 크실렌은 산업안전보건법상 제2종 유기용제로 분류되며 유해.위험성을
살펴보면 다음과 같다.
가) 인화성.폭발성
(1) 벤젠과 동일하게 폭발성이 높은 가연성 액체이다.
(2) 상온에서 증발되고 공기와 일정비율로 혼합되면 폭발성
가스로변한다.
(3) 증기는 공기보다 무겁고 낮은 위치에 체류되어 폭발성혼합가스를
만들기 쉽다.
나) 인체에 미치는 영향
(1) 허용농도: 100ppm
(2)눈, 코, 목등을 자극시킴
다) 도전율이 1×10^-12(Ω/ㄷ㎝) 미만으로 마찰등에 의하여 정전기가
발생하기 쉬운 물질이다.
4. 재해발생 전개과정
가. 크실렌을 이송
1) '91.1.3. 20:15분경 크실렌 제조공정에서 탱크로 제품을 이송하기
시작하였다.
2) '91.1.4. 09:40분경 이송을 완료하였다.(저장량 : 1005Bbl
최대저장용량: 1250Bbl)
3) '91.1.4.15:05분경 분석을 의뢰하였다.
4) 탱크내 혼합크실렌의 증기가 증기압을 형성하여 폭발범위 상한치(7 Vol%)
를 초과하였다.
[그림5 참조]
나. 1차 샘플을 채취
1) 재해자가 1차로 벤젠 및 톨루엔 저장탱크에서 샘픔을 채취하였다.
2) 샘플채취를 완료한 유리병을 사고탱크 주위의 땅바닥에 두었다.
3) 장갑을 착용한 상태에서 재전봉을 만졌다.
[그림6 참조]
다. 크실렌이 폭발범위를 형성
1) 탱크 상단으로 뛰어 올라갔다.
2) 재해자가 시료채취를 위해 상부덮개(Cauge Hatch)를 열었다.
3) Cauge Hatch 부근의 혼합크실렌 증기는 증기압에 의해 잠시 분출하다
대기중의 공기가 내부로 들어가 폭발범위(1.1-7Vol%)를 형성하였다.
[그림7 참조]
라. 크실렌 시료채취 작업을 시작
1) 시료채취기를 탱크내부로 투하하였다.
2) 시료채취기의 납봉이 크실렌 액면과 급히 접촉하면서 액 방울이
상부천정과 접촉하였고 파형을 그리면서 횡파가 전달되어 탱크내부의
측면과 접촉하였다.
3) 6m정도 하부로 계속 납봉 투하하였다.
4) 샘플 채취를 하면서 다시 상방향으로 잡아당겼다.
[그림8 참조]
마. 정전기가 방전되면서 폭발
1) 크실렌 액면과 분리되는 경제면에서 전기 이중층이 형성되어
정전기가 발생하였거나 인체에서 발생된 정전기가 방전되면서
점화원이 되어 폭발하였다.
2) 폭발후에 화재로 전개되었다.
가) 1차 햇치부근에서 인화되어 내부의 연소된 화염이 햇치를 통해
순간적으로 분출되면서 재해자의 옆구리 부분에 화상을 입혔다.
나) 순간적으로 내부에서 분출되는 폭풍압에 의해 재해자는 약10m정도
날아가 떨어졌다.
다) 또한 그 순간 햇치(Hatch) 반대편의 농도가 높은 크실렌증기가
화염에 의해 인화되어 탱크가 파열하였다.
라) 탱크 상단(Roof)은 약 10m정도 날아가 1차 배관상단에 튕기면서
땅바닥으로 떨어졌다.
[그림9 참조]
5. 재해발생원인
가. 탱크 내부에서 크실렌이 폭발범위를 형성
내부압력에 의해 크실렌 증기가 햇치를 통하여 외부로 분출하다가
내부압력이 떨어지면서 외부공기가 탱크내부로 들어가 폭발 범위를
형성하였다.
나. 정전기의 발생
재해자의 급격한 행동으로 인하여 재해자의 인체와 작업복에 많은
양의 정전기가 생성되었다.
1) 사고 당시의 기후조건은 대기습도 22%, 온도 4℃ 정전기가
발생할 수 있는 조건을 갖추었다.
2) 탱크 사다리에 설치된 제전봉의 접촉저항이 500(Ω)정도이나
재해자가 고무장갑을 착용한 상태에서 제전봉을 만졌을 가능성이
크므로 인체에 발생,축적된 정전기에 대한 제전효과는 기대할 수
없었다.
3) 동장비와 동작업복(상.하의)을 착용한 다른 근로자의 모의실험결과
정전위 500(v)정도를 인체정전용량 240(PF)으로 보면 정전에너지는
1/2CV^2=1/2×240×10^-12×500^2=30×10^-6=30(μJ)로
B.T.X(Bezene, Toluene, Xylene)의 경우 최소 착화에너지가
220-2,500(μJ)이므로 점화원으로서 작용할 수 없다.
4) 그러나 동잠바와 동작업복 사이의 최대 정전위는 2,00(V)로
정전에너지가 480(μJ)에 달하여, 벤젠의 경우 최소 착화에너지
220(μJ)를 상회하므로 벤젠0:폭발범위(1.3-7.9Vol%)에 들어있으면
점화원으로 되어 착화될 수 있다.
다. 퍼징작업 미실시
작업전 불활성가스(Inert gas)인 질소(N2)등을 이용하여 퍼징(Purging)
작업을 실시하지 않았다.
라. 제전봉의 노화
제전봉은 설치시 제규격대로 설치되었으나 부식등으로 산화피막이
형성되는등 노화되어 제기능을 발휘하지 못하였다.
7. 동종재해 예방대책
가. 제전복과 제전화를 착용
시료채취작업, B.T.X의 상.하역 작업시에는 제전복과 제전화를 착용하여
인체내 및 의복의 정전기를 자기 방전시킨다.
나. 인체의 정전기 발생을 억제
일정한 속도를 유지하여 천천히 작업하여 인체와 작업복에 생성되는
정전기량을 최소화시킨다.
다. 불활성가스를 주입
시료를 채취하기 전에 폭발범위를 형성하지 않도록 불활성가스(질소등)를
주입한 후 작업을 한다.
라. 작업안전수칙을 게시
작업자가 쉽게 알 수 있도록 탱크 주위에 크실렌의 위험성에 대한
각 화학성상과 취급시 주의사항등에 대한 작업안전수칙을 게시하고
작업자가 이를 따르도록 교육 및 관리감독을 철저히한다.
마. 안전에 관한 교육 실시
각종 가연성 물질은 대전현상으로 인해 정전기가 발생할수 있으므로
탱크로 유입하거나 유출할 때 제한유속과 정치시간을 작성하여 교육시킨다.
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