NCC 분해가스 압축공정 폭발 사고사례 (KOSHA-MIA-202013)

2020년 3월 ○○○사업장의 NCC공장 압축공정의 분해가스 압축기의 3단 토출부 신축이음 (Expansion Joint, 20")이 파단되어 에틸렌, 프로필렌 등을 포함한 다량의 납사(Naphtha) 분해가스가 누출되어 대규모의 폭발 · 화재가 발생한 사고이다.​

압축 공정 개요

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사고 발생 후 신축이음

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타이로드형 신축이음(Tie-Rod Expansion Joint)

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신축이음은 증기나 가열된 가스와 같은 고온 물질을 전달하거나 배관의 움직임과 진동을 흡수하기 위해 배관에 설치하는 배관자재의 한 종류이며, 사고가 발생한 신축이음은 신축이음 양쪽 끝에 벨로우즈가 하나씩 총 2개소가 설치되어 있다.

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신축이음의 주요 구성품인 벨로우즈는 몇 개의 주름으로 이루어져 있고 각 주름 사이에는 벨로우즈의 강도 향상 및 응력이 균등하게 작용하도록 END RING이 설치되어 있고, 하부 끝단에는 보강링 (REINFORCE RING)이 설치되어 파이프의 내부 압력, 축과 측면 편향을 어느 정도 수용 할 수 있게 설계 및 제작된다.

신축이음 벨로우즈 도면

타이로드는 긴 철봉 모양을 하고 있으며 유체가 흐르는 방향으로 작용하는 힘을 벨로우즈와 나누어 받아 과도한 힘이 벨로우즈에 가해져 파단되는 것을 방지하는 역할을 하며 벨로우즈를 둘레로 복수 개를 설치한다.

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신축이음 양끝 플랜지에 볼트로 타이로드를 연결하여 고정된 신축이음을 타이로드형 신축이음(이하 ‘신축이음’으로 표기)이라고 한다.

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사고발생공정​

NCC공장 개요

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분해가스 압축기 모형도

 

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분해가스 3단 압축기 하부 신축이음 연결부 모형도

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사고발생원인 (추정)

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 공장 증설 시 신축이음 설계 및 설치 (시공) 미흡

- 공정설비 증설로 인한 변경 사항에 대해 설계 단계에서 기술선(Licensor) 에서 권고하는 사양이 적절하게 반영되지 않았으며, 현장 설치 (시공) 미흡으로 인해 제작 사양 대비, 필요이상의 응력이 가해졌을 것으로 추정됨.

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 점검 · 정비 규정 부재, 설비점검 및 관리 미실시

- 신축이음, 배관지지대에 대한 점검 정비 규정이 없어 주기적인 점검 및 관리를 실시하지 않았음.

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 설비의 가동전 점검 미흡 추정

- 공정설비 증설로 인한 변경 및 정기보수 후 실시한 가동전 점검 시 배관 플랜지의 정렬 상태, 신축이음 설치 상태 등 배관설비에 대한 가동전 점검 실시 상태가 미흡하였음.

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 공정 위험성평가 실시 상태 미흡

- 신축이음이 설치된 압축기 토출부에 대해 반복적인 진동, 변위 등에 의한 설비 파단으로 인한 화재 폭발 누출 위험요인을 도출하지 않는 등 공정 위험성평가 실시상태가 미흡하였음.​

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신축이음의 방향별 파단 형태

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동종사고 예방대책

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 공장 증설 시 설계 및 설치 시공 관리 철저

- 기술선 (Licensor) 또는 제작사의 설계사양, 관련 규격 (Code, Guide, Specification 등)을 빠짐없이 반영하여 설계 및 설치 (시공)하도록 철저히 관리하여야 함.

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 설비 점검 정비 관리규정 제정 설비관리 철저

- 신축이음, 배관 지지대에 대한 주기적인 관리를 할 수 있도록 관련 설비 점검정비 규정을 제정하여, 설비별로 위험등급에 따라 적합한 점검 주기로 점검을 하여야 함.

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 설비의 가동전 점검 철저

- 설비 설치가 끝난 후에는 발주자 및 설치사가 서류 및 현장점검 (가동 전 점검 등)을 철저히 하는 등 공장운영에 필요한 장치 및 설비가 적합하게 설치되어 있는지 철저히 관리하여야 함.

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 공정위험성평가 실시 철저

- 위험물질 누출로 인해 화재 폭발 위험이 높은 설비 및 부속설비의 경우, 해당 구간에서 유해 위험을 일으킬 잠재적 가능성이 있는 유해 · 위험 요인을 파악하여 위험성을 추정, 결정하여 감소대책을 수립 · 실행하는 등의 공정위험성평가를 통해 사업장 안전보건을 확보할 수 있도록 하여야 함.

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* 국내 NCC공장 14개사의 압축기 연결배관은 고정배관 (12개소), 벨로우즈 (2개소)로 설치됨.

NCC plant

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Lesson Learned로는 아래와 같이 생각해 볼 수 있다.

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- 설계과정에서 가급적이면 expansion joint를 사용하지 않도록 하중이나 force and moment, 진동 등은 배관계 support를 통해서 반영할 수 있도록 함.

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- 그럼에도 불구하고 설치를 해야 한다면 응력 계산을 정확히 수행 및 spec에 맞게 설계를 하고 시공시에도 기준에 부합하도록 설치해야 함.

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- 운전단계에서 주기적 모니터링 및 제작사 권고에 따른 잔여수명 확인하여 교체를 수행.

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- 고압가스 배관상의 expansion joint의 경우 RBI에 따른 위험등급, 검사주기를 검토하여 예방관리 차원에 critical item으로 분류하여 평상시에도 육안 검사등을 철저히 수행해야 함.

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- 공정 위험성 평가 단계에서 반드시 시나리오에 포함하여 이에 대한 consequence와 safeguard를 확인하고, SOP에 반영 및 운전원 교육도 병행하도록 recommendation 부여가 필요함.

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KOSHA에서 정리한 「분해가스 압축기 배관 신축이음 파단 후 폭발·화재사고」로부터 얻은 교훈은 다음과 같다.

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1. 점검, 정비없는 화학설비 및 부속설비의 사용은 사고의 원인이다!

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화학설비 및 부속설비를 수년간 사용하였음에도 단 한 차례도 점검, 정비를 하지 않아 신축이음의 이상여부를 사전에 파악하지 못하였다. 모든 화학설비 및 부속설비는 공정운전 과정 중에 발생하는 응력, 공정에서 취급하는 물질 및 부산물에 의한 부식, 쌓임, 막힘, 끼임 등으로 인한 위험이 축적될 수 있다.

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이런 위험을 사전에 발견하고 위험 발생 가능성을 낮추기 위해 필요한 활동이 화학설비 및 부속 설비의 주기적인 점검, 정비활동이다. 화학설비 및 부속설비의 점검, 정비를 수행하기 위해서는 화학설비 및 부속설비의 이상 상황이 유발할 수 있는 안전적 측면의 위험과 경제적 측면의 위험을 모두 고려하여 화학설비 및 부속설비 별로 설비의 등급을 부여하여야 한다.

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부여된 설비의 등급에 따라 점검의 주기와 예방정비, 예측정비, 고장정비 등 필요한 정비의 종류를 결정한 후 점검, 정비 계획을 수립하고 계획에 따라 실시한 점검, 정비 결과는 기기이력카드에 기록하여 관리하여야 한다. 이러한 화학설비의 점검, 정비, 기록관리 활동을 통해 화학설비 및 부속설비의 위험 상태를 파악하고 예측하여 위험에 미리 대응하는 것이 사고예방의 방법이라 할 수 있다.

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2. 화학설비 및 부속설비의 적정 설계·시공은 사고예방의 시작이다!

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화학설비의 부속설비 설계시에는 작용하는 모든 요소를 고려하여 설계하여야 하고, 설계시와 동일하게 현장에서 시공되어야 하나, 설계, 시공시에 오류가 발생된 것으로 추정되었다. 따라서 설계자는 화학설비 및 부속설비가 설치될 공정의 온도·압력·유량 등 공정 유체 흐름 조건 외에도 화학설비 및 부속설비 자체가 갖고 있는 근본적인 취약점, 설비의 전·후에 설치된 시설과의 상호 영향, 설비가 설치될 때 있을 수 있는 설치 오차 등을 전반적으로 고려하여 화학설비 및 부속 설비를 설계하여야 한다.

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시공자는 화학설비 및 부속설비를 현장에 설치할 때에는 사전에 설치 가이드를 숙지하여 설치 가이드의 요구사항에 맞게 시공해야하며 설치가 완료된 이후에 사업주와 시공자가 설치 가이드에 맞게 화학설비 및 부속설비가 설치되었는지 필히 점검하여야 한다. 화학설비 및 부속설비 설계·시공의 개선을 통하여 유해·위험 요인 발생 가능성을 낮추는 것이 공정 사고예방의 방법이라 할 수 있다.

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3. 내실 있는 공정위험성 평가는 사고예방의 시작이다!

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산업안전보건법과 관련 시행령, 시행규칙 및 ·산업안전보건기준에 관한 규칙에 많은 안전·보건 준수사항이 구체적으로 기재되어 있음에도 불구하고 위험성평가 실시라는 법조항을 두어 사업주 스스로 사업장에서 발생될 수 있는 위험을 찾아 허용 가능여부를 평가하고 그 결과에 따라 필요시 추가 안전조치를 수립하도록 하고 있다.

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이는 단순히 법에 명시된 사항을 준수하는 것으로는 사업장에 내재된 위험에 의한 사고를 모두 예방하기에는 부족하므로 사업장의 위험성평가를 통한 안전조치 수립 과정이 사고를 예방하는데 필수적인 활동이라는 것을 말한다. 위험성평가는 공정 위험성평가와, 일상 작업과 정기보수작업 등 모든 작업에 대한 위험성을 도출해내는 작업 위험성평가로 구분된다.

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공정(또는 작업) 위험성평가시에는 공정(또는 작업)에 대하여 이해도가 높은 각 분야별 담당자, 설계자, 시공자, 작업자 등이 참여하여 공정 (또는 작업) 중 평가에서 누락되는 부분이 없도록 다양한 관점에서 위험성을 검토하는 것이 중요하다.

 

 

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