폴리에틸렌 반응기 폭발 화재 사고 - KOSHA 중대산업사고 사례

 

 

1) 개요

○ 2003년 10월 3일(금) 18:05분경 전남 여수시 ○○(주)의 폴리에틸렌(PE) 공장에서 반응기 하부의 펌프 흡입측 여과기(Strainer)를 청소하기 위하여 해체한 상태에서, remote on off valve인 차단밸브가 개방되면서 단관부위를 통해 헥산 등 가연성물질이 약 4분간 30톤이 누출되면서 증기운 폭발 및 화재가 발생하여 1명이 사망하고 7명이 중경상을 입은 재해임.

폭발 및 화재가 발생한 반응기 주변

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2) 공정설명

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공정흐름

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반응식

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사고발생 설비

 

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3) 재해발생원인

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가. 기술적 원인

○ 가연물 : 헥산 등 가연성물질

PE공장의 2nd 반응기에 들어 있던 약 3O톤 정도의 헥산과 PE슬러리가 반응기 하부 10″배관의 분리시켜 놓은 여과기 단관 부위를 통해 누출됨.

반응기 하부 배관의 스트레이너가 해체되어 있는 모습

 

(누출원인)

① 순환펌프를 정지시킨 후 현장에서 밸브를 수동으로 조작하는 레버를 “CLOSE” 위치로 변경시켜 놓지 않은 상태 (“OPEN” 상태)에서 제어실 분산제어시스템 (DCS)상의 조작스위치를 “OPEN” 으로 조작하여 차단밸브가 열렸을 가능성이 있음.

② 제어실 DCS 상의 조작스위치를 “OPEN”으로 조작한 후 현장에서 밸브 조작 레버를 “CLOSE”에서 “OPEN”으로 조작하여 차단밸브가 개방 되었을 가능성이 있음.

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※ 인터록상 DCS의 스위치가 “OPEN” 신호를 주고 현장의 밸브 조작 레버가 “OPEN” 위치로 조작되어야만 밸브가 열리도록 되어 있으며, 반대로 현장의 밸브조작 레버를 “OPEN” 위치로 해놓은 상태에서 DCS 상의 스위치에 “OPEN” 신호를 주어도 열리도록 되어 있음.

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※ 여과기 청소절차서에 의하면, 여과기 청소후 조립이 완료되고 펌프를 재가동하기 위해서는 현장 운전원이 제어실에 연락하여 DCS 상의 스위치를 OPEN으로 조작토록 요청한 후 현장의 밸브조작 레버를 현장에서 “OPEN”으로 작동하여 밸브를 열도록 되어 있으며, 밸브가 열려 배관상에 공정물질 (헥산+PE슬러 리)이 유입되면 펌프의 스위치를 ON으로 조작하여 펌프를 가동하도록 규정되어 있음.

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상기 절차에 따르면, 현장에서 밸브를 개방할 경우 제어실에 스위치 조작 요청을 하여야 하나 조작요청이 없었고, 현장의 밸브조작 레버의 위치에서 분리시킨 여과기가 2m정도 이격되어 가시거리 내에 있으며, 레버를 조작하여 밸브를 개방시켜 헥산 등이 누출되었다 하더라도 즉시 폐쇄가 가능한 점으로 보아, ①, ②번의 누출원인 중 ①번의 내용에 의해 누출되었을 가능성이 큼.

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○ 점화원 추정

- 전기설비의 불꽃, 고온표면 가능성

․ 헥산 등 위험물이 누출되어 5.0m/s의 속도로 증기운이 3분50초 이동하는 동안 증기운이 비방폭(일반형) 전기설비에서 발생한 불꽃 (Spark)이나 고온표면이 점화원으로 작용되었을 가능성이 있음.

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- 고온표면 가능성

․ 공정지역에 존재하는 스팀과 같은 고온의 배관이나 기기의 표면이 점화원으로 작용되었을 가능성이 있음. 특히, 제립공정의 압출기는 250도로 운전되고 있으므로 PE 제립공정의 압출기 표면온도가 점화원으로 작용되었을 가능성이 있음.

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※ 헥산의 발화온도 : 225도

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- 금속의 충돌에 의한 불꽃 가능성

․ 헥산의 증기가 확산된 구역내에서 사용한 공구에 의하거나 헥산 누출시 누출압에 의해 해체된 배관의 일부가 타 금속체와 충돌되면서 발생시킨 불꽃이 점화원으로 작용했을 가능성이 있음.

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- 분출대전에 의한 정전기 가능성

․ 반응기에서 헥산, PE슬러리, 수소 등의 내용물이 분출되면서 발생된 정전기에 의해 점화되었을 가능성이 있음.

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- 인체의 정전기 가능성

․ 현장에 있던 근로자들의 신체에 축적되어 있던 정전기가 점화원으로 작용했을 가능성이 있음.

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※ 폭발 발생형태나 기후조건에 비추어 볼 때, 폭발위험장소 밖에 설치되어 있는 일반형 전기설비나 제립공정의 압출기 표면온도가 점화원으로 작용되었을 가능성이 높음.

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나. 관리적 원인

○ 공정안전보고서 미준수

- 생산설비 개보수 작업시 변경관리 절차 미준수, 변경여부 판정 기준표 상의 변경판정 항목이 일부 누락됨.

- 슬러리 냉각기 펌프 전단에는 여과기가 설치되어 있으나, 도면(P&ID) 상에 표기되어 있지 않음.

․ 여과기 청소작업시의 위험성평가가 누락.

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○ 여과기 청소작업절차서의 미흡

- 여과기를 청소하기 위해서 슬러리 냉각기 펌프를 정지시킨 후에는 현장에 설치되어 있는 밸브의 개폐조작 레버를 “CLOSE” 위치에 놓고 각 밸브가 닫혀 있는가를 확인하여야 하나, 작업절차서에 현장조작 레버를 “CLOSE” 위치 전환 및 확인 절차가 누락.

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○ IRMS 활용 등 비상대응체제 미흡

- 사업장의 IRMS을 활용한 사고시나리오 작성 및 활용이 전무

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다. 교육적 원인

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○ 운전원의 경력부족 (상황판단 및 조치능력 부족)

- 증기운 폭발이 일어나기 전, 3분51초 동안 헥산 등 가연성 물질이 누출되는 과정에서 누출초기에 제어실 운전원이 누출을 인지하였으나, 경험부족으로 긴급차단 등의 조치를 취하지 못함.

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4) 재해예방대책

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(1) 기술적 예방대책

○ 헥산 등의 위험물 누출방지

- 현장의 밸브조작 레버를 전기스위치로 변경

현재 현장에서 밸브조작 레버를 기계적으로 조작하도록 되어 있는 형태를 전기 스위치식으로 변경하고 밸브 조작은 다음에 의하도록 한다.

․ 밸브 자체의 궤도(열림/닫힘)와 현장 스위치의 열림/닫힘 상태가 일치되도록 하여야 함.

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․ 제어실(DCS, A)과 현장(Local, B)스위치를 연동 사용하는 경우에는 닫힘시에는 A or B 중의 하나, 열림시에는 A and B 모두 조작해야 밸브가 열리도록 하되, 밸브가 닫힌 후에 재조작하고자 하는 경우에는 복귀(Reset) 또는 B스위치의 초기화(CLOSE) 후에만 조작 가능하도록 한다.

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※ 밸브가 열려 있으면 현장스위치가 열림 위치로, 닫혀 있으면 닫힘위치로 Reset

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- 배관내부에 콘(Cone) 형태로 설치되어 있는 여과기를, 버킷형태 (Bucket type)의 여과기를 추가(Redundancy 개념) 설치하되, 여과기 전후에 차단밸브를 설치(3-way valve)하여 반응기의 부하저감(Load-Down)없이 청소가 가능하도록 변경을 권장함.

여과기(Strainer) 모습

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○ 고온표면의 보온

- 공정지역 내에 존재하는 스팀배관 등의 고온표면에는 보온 (Insulation)을 철저히 하여 가연성물질이 누출시 고온표면과 접촉되지 않도록 하여야 함.

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○ 비착화성 공구의 사용

- 폭발위험장소에서 사용중인 공구는 비착화성 공구(Non-Sparking 재질의 공구)를 사용하도록 규정하여야 함.

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(2) 관리적 예방대책

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○ 능력에 따른 업무부여

- 제어실 DCS 운전자는 위험상황의 판단 및 비상사태 발생시 대처가 가능하도록 근무경력, 업무능력 등을 고려하여 배치하여야 함.

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○ 변경관리 철저

- 생산설비 개보수 작업시 변경관리 절차를 준수하여야 함.

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○ 공정배관계장도 등 도면의 As-Built화

- P&ID 등의 도면은 현장에 설치된 내용과 일치하도록 주기적으로 보완(Up-Date화)하여야 하며, 공정에 대한 위험성 평가시에도 반드시 As-Built 되어있는 도면을 이용하여 평가하여야 함.

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○ 작업절차서의 보완

- 현장의 작업내용과 일치하지 않는 작업절차서는 실제내용과 동일하게 검토, 보완되어야 함.

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(3) 교육적 예방대책

○ 공정안전교육 강화

- 제어실 및 현장 근로자들에 대해 공정운전이나 인터록 등에 관한 교육을 주기적으로 실시하여 근로자의 착오에 의한 재해를 예방하여야 하며, 비상시 조치능력을 배양하여 사고 발생시 피해를 최소 화하여야 함.

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(4) 종합위험관리체제(IRMS) 활용 활성화

- 사업장 위험설비 D/B의 주기적인 Up-Date

- IRMS을 활용하여 가상사고 시나리오 작성

- 가상사고 시나리오에 따른 비상훈련 실시

 

 

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