제목 : 정제탑배관파열로 화재
업종 : 석유정제업
기인물 : 고온중질유
피해정도 : 사망1명, 재산피해 약10억원
재해유형 : 화재
날짜 : 1990년 11월
1. 재해발생 개요
1990년 11월 24일 20:30 경에 ○○사 신규설비에서 시운전을 시작
한후 24시간 만에 정제탑 하부 잔사유 공급 펌프 주위에서 엘보우가
갑자기 파열되어 기름(진사유)이 외부로 대량 누출되면서 화재가
발생하여 1명이 중상을 입고 열교환기를 포함한 주위 배관등 주요
화학설비등이 파손되어 약20억 상당의 재산손실을 입은 재해임.
2. 재해발생 내용
사고당시 잔사유 공급펌프의 토출배관상의 check 및 차단밸브
주위에서 Oil 누출현상을 발견, 작업자가 토출배관의 차단밸브를
Close(정확한 누출부위는 알 수 없으나 펌프 토출배관의 차단밸브를
close 해야 한다는 운전원의 판단에 의함) 하기 위해 밸브 주위에
접근했을때 주위 바닥에는 상당량의 Oil이 누출되어 있었으며,
차단밸브를 잠그는 시간동안 펌프 주위에는 가열된 Oil누출로 인한
Vapor군이 형성되어 화재발생의 가능성이 높은 급박한 상황이었고,
펌프토출배관의 차단밸브를 잠그던 운전원은 화재가 발생할 것 같은
직감에 의해 작업을 중단하고 피신 하였음.
잠시후 (30초-1분) 공정내에서 “펑”하는 소리와 함께 화재가
발생하였으며 화재 진화후 현장 확인결과 펌프 토출배관의 Elbow가
파열되어 있었음.
가. 사고 주위 세부 공정도
[그림1 참조]
나. 사고부위(Elbow 파열) 세부 Sketch
[그림2 참조]
3. 재해원인 분석
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│ 공정건설 ／ 시공 │
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│ Elbow 조립 │
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│ 상. 하 flange 간 Bolt Hole │
│ 불 일 치 │
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│ Chain bolck 및 jig등을 사용 │
│ 외력에 의한 Bolt 체결 │
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↓
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│ 무리한 Bolting 작업에 의한 재질 내부의 │
│ 뒤틀림(Distortion) 현상으로 취약부위 발생 │
└──────────────────────┘
↓
┌────────────────────────────┐
│ 수압시험(85㎏／㎠G)시는 누출이 없었으나 승온에 따라 │
│ Flange 체결부위 Leak 소량 발생 │
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↓
┌──────────────────────────┐
│ 승온시 Flange Leak에 따른 고온체결작업을 반복 │
│ 실시하였으나 leak 계속 발생 │
│ (뒤틀림에 의한 복원력 및 열팽창에 기인함) │
└──────────────────────────┘
↓
┌──────────────────────┐
│ 고온(320℃) 및 고압(15㎏／㎠G) 상태에서 │
│ Elbow 취약부위 파열 │
└──────────────────────┘
↓
┌─────────────────────┐
│ 고온의 Oil 누출 및 Light 성분에 의한 │
│ Vapor 군 형성 │
└─────────────────────┘
↓
┌────────────────────────┐
│ Vapor leak시 발생되는 정전기에 또는 Gas │
│ 누출시 발생되는 마찰스파크로 인한 화재발생 │
└────────────────────────┘
4. 재해원인
가. 직접원인
1) 엘보우 설치시 무리한 힘에 의한 재질의 변형
엘보우 설치시 무리한 기계적인 힘을 가할경우 뒤틀림등의 변형에
의한 균열 발생 가능성으로 배관, 엘보우등을 설치할 때
칫수(Flange 간 체결구의 불일치등)가 정확하지 않을 경우에는
엘보우나 그 연결부위에 물리적인 힘을 가하여 조립하는 경우가
허다하며, 이경우 그 정도가 심하게 되면 엘보우는 뒤틀림 등의
변형을 일으켜 취약부분에 균열이 발생하게 됨. 시운전중
엘보우내 후렌지 부위에서 원유가 가열되는 과정에서 계속적으로
Oil이 누출된 사실이 있으며 수차례(4-5회)에 걸친 Hot Bolting
과정에서 재질의 변형(Distortion)은 더욱 악화되었을 것으로
추정되며 사고발생 당시 엘보우 내용물은 약 320℃이상의
고온에서 약 15㎏／㎠G의 압력을 받고 있는 상태였으므로
고온고압하에서 재질 취약부위의 급격한 열화에 의한 파열의
가능성이 있을 것으로 예측됨.
2) 점화원(Ignition Source)의 추정
화재발생 원인이 된 점화원으로서는 다음과 같이
① 인접한 가열로의 불꽃
② 접합부 Gas 누출시 발생되는 정전기
③ 유분중 휘발성분의 자연발화
④ 엘보우 파열시의 금속 마찰 스파크
등의 원인을 예측할 수 있으나
가) 유분중 휘발성분의 자연발화
공정내에서 누출된 휘발성분이 고온조건하에서 자연발화
현상을 예측할 수 있으며,
사고 직전 C-P 4003 C pump 주위에는 고온중질유 누출시
발생한 가연성 증기가 자욱한 상태(근무자 진술)를 형성하고
있었으므로 누출된 고온중질유중 휘발성 저비점 유분이 인근
설비의 고온매체(Turbine pump용 High press steam 배관의
미보온 부분등) 접촉 및 고온 중질유 자체온도(약 320℃)에서
발화될 수 있는 유분에 의한 발화의 가능성이 있음.
* 유분 물성 Data
┌─────┬─────┬──────┬─────┬────┐
│물 질 명│인화점(℃)│폭발한계(％)│화점(℃) │증기밀도│
│ │ │ │ │(증기=1)│
├─────┼─────┼──────┼─────┼────┤
│프 로 판│ - 43 │2.2 - 9.5 │ 466 │ 1.56 │
│솔벤트납사│ 22 - 27 │1.1 - 6.0 │482 - 510 │ - │
│ C7 - C10 │ 32 │1.0 - 6.0 │ 463 │ 3.7 │
└─────┴─────┴──────┴─────┴────┘
나) 엘보우 파열시 금속 마찰 스파크 발생
엘보우 취약부위 누설이 진전되어 파열되는 순간 고온중질유가
유출될시 발생되는 마찰 스파크에 의한 점화 에너지 충족의
가능성 있음.
나. 간접요인
1) 엘보우 자체의 결함에 의한 파열의 가능성
Elbow모재의 결함으로 내용물이 고온의 조건에서 내압에 의한
파열이 발생할 수 있으나 설치된 엘보우는 용접심이 없으며,
고주파 벤딩 제품으로서 합금의 재질로 되어 있고
자료분석표(Mill Sheet)에 의하면 이상이 없는 것으로
사료되나, 엘보우 자체의 결함을 완전히 배제할 수는 없을 것임.
* Elbow Spec.
12″－ Elbow STD
90° LONG RADIUS BUTTWELD,
SEAMLESS 5Cr － 1／2 Mo,
ASTM A 234 GRWP 5. Norm Thickness ; 10.3㎜
2) 용접시 후 열처리 미흡으로 인한 재질의 취약부의 발생
엘보우와 후렌지와의 용접에 의한 경도의 증가로 인한
균열(Crack) 발생 가능성으로 용접후 후열처리를 하지 않을
경우 경도 증가에 의한 균열이 발생될 수 있으나 후열처리를
규정대로 실시한 근거가 있어서 사고시점에 균열이
발생되었다고 보기는 어려움, 그러나 후열처리를 하였다고
해서 균열발생을 100％방지하는것은 아니기때문에 그
가능성을 배제할 수는 없을 것임.
5. 재해예방 대책
가. 기술적 대책
1) 접합부에의 유류누출방지
화학설비 또는 그 배관의 덮개, 후렌지, 밸브등의 접합부에
대하여 위험물질등의 누출로 인한 폭발, 화재 또는 위험물의
누출을 방지하기 위하여 접합면을 상호 밀찰시키는 등의
적절한 조치를 하여야 하나, 현장 점검 미흡으로 Oil 누출의
조기 발견이 않되었고, 계속적인 Hot Bolting 작업으로만
누출방지 조치를 함으로서 누출방지에 대한 근본적인 대책이
이루어질 수가 없으므로 다음과 같은 대책을 수립하여야
한다.
가) 접합부 Oil 및 Gas 누출을 조기 발견하기 위한 점검 체제의 강화
나) 누출정도에 따라 위험상황시 긴급가동 정지 초치
다) 누출정도에 따라서 Hot Bolting을 중지하고 체결부위 정밀점검
실시
2) 사용시작점의 점검 이행 의무의 소홀
화학설비 및 그 부속설비를 처음으로 사용하는 때에는, 당해설비에
대하여 뚜껑, 후렌지, 밸브접합상태의 이상유무, 내면 및 외면의
현저한 손상, 변형유무를 점검후 설비를 사용하여야 하나,
엘보우 설치시 무리한 기계적인 힘을 가하므로 뒤틀림등의
변형에 의한 배관의 균열여부에 대해 점검이 이루어 지도록
하여야 하며 특히 설치된 배관중 엘보우(탄화수소 계통 취급
부위)는 전량 균열 유무 검사(UT)를 실시후 사용 요망
3) 작업요령에 따른 작업절차 미준수
펌프 운전이 일시적 또는 부분적으로 중단된 때의 작업요령에 따라서
운전하여야 하나, 사고당시 밸브등의 작업순서를 미준수하여 대형사고가
발생하는 경우가 있다.
나. 관리적 대책
시운전 일정의 부적절 : 주말(토, 일요일)을 기해 시운전을 실시함으로
인한 근로자의 심리적 부담 증가 및 근무의욕 저하가 우려되므로
시운전등을 포함한 주요 공정 Start Up을 가능한 평일을 선택함으로써
근무 의욕을 고취 시키도록 함이 바람직함.
다. 교육적 대책
화학설비의 안전을 확보하기 위해서는 개인적인 지식 및
판단력의 향상과 함께 적합한 팀 행동이 요구되며 이를위해
지휘 연락체제를 확립함과 동시에 각각의 책임분담을 실현하기
위해 적정한 내용에 대한 교육훈련을 일정한 기간마다
반복하여 운전자에게 실시함과 동시에 작업상 훈련이 활용에
의해 실시훈련을 철저히 하고 기능의 향상을 도모해야 한다.
이를 위해
- 화합물 및 화학반응에 관한 지식
- 화학설비등의 구조 및 취급방법에 관한 지식
- 화학설비등의 운전 및 보전방법에 관한 지식
- 작업 규정
- 재해사례
- 관계법령
등을 작업자에게 교육하도록 한다.
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