Clay(점토형태의 충진물) Filter 용기 내부 화재사고

 

사고개요

2021년 1월○○○사업장 Kero-Merox 정제공정의 Clay Filter 용기(직경 : 3.7 m, 높이 : 7.5 m) 내부에서 진공 흡입차를 사용한 폐Clay 제거 입조작업 중 화재가 발생하여 작업자 2명이 화상을 입은 사고이다.

 

사업장 현황

○○○사업장 Kero-Merox 정제공정은 1987년 4월 상업생산을 시작으로 현재 등유(Kerosene) 처리능력은 14,000 배럴/일이다.

 

Clay filter

분말형태의 충진물 필터로서 등유(Kerosene)중에 포함된 계면 활성제를 제거하기 위한 필터로 정제시 흡수된 유분의 증기화가 용이한 구조이며 주구성 성분은 알루미늄 실리케이트 (Aluminum Silicate)임.

 

작은 알갱이로 구성된 Clay Filter에 흡수된 유분은 비표면적이 커지고 표면장력이 감소되어 증발량이 증가하는 곡률효과에 따라 연소범위 내의 인화성 가스 농도를 형성하였을 것으로 추정됨.

 

처리 계통도

 

Pre-Treatment 공정

» Caustic Prewash : 가성소다(NaOH)를 이용하여 황화수소(H2S) 및 유기산(Naphthenic Acid)를 제거함.

 

Post-Treatment 공정

» Caustic Settler : 반응기에서 딸려온 가성소다(NaOH)가 비중차에 의해 분리됨.

» Water Wash Column : 잔존하는 미량의 가성소다(NaOH)를 물을 이용하여 제거.

» Salt Filter : 물세척탑에서 등유에 섞인 미립자의 물을 제거.

» Clay Filter : 등유에 녹은 계면활성제(Surfactant), 금속화합물 등의 불순물 제거.

 

 

등유 처리공정 설명

Clay Filter란 점토형태의 충진물 필터로 등유에 녹은 계면활성제(Surfactant), 금속화합물 등의 불순물을 제거하기 위한 설비이다.

 

등유 중에 존재하는 계면 활성제는 주로 상압증류탑 상부에 주입되는 부식방지제의 일부와 Prewash 등에서 등유 중에 존재한다.

 

계면 활성제는 기름과 물층의 계면에서 서로 분리되는 것을 방해하는 물질이므로, 물의 완전한 분리가 요구되는 항공유 환경에 대단히 해롭다.

 

Clay Filter는 이러한 계면활성제 등의 불순물을 제거하여 제품(등유)의 품질을 높이기 위한 후처리 공정 설비이다.

 

Clay 입자 Size : 0.3 ~ 1 mm / 용량 : 60 Ton(69.5 m3 )

 

 

 

사고 원인 분석 과정

 

1. Clay Filter 교체 주기의 적정성 확인

금번 Clay Filter의 ‘Clay 교체작업’ 실시 전 차압은 1.5 kg/cm2 수준으로 사업장 지침 기준인 1.0 kg/cm2 이상으로 운전되어 1월 ○○일 No.3 Kero Merox Unit을 가동정지 하였다.

 

사업장의 작업절차서에는 Clay Filter 차압이 1.0 kg/cm2 이상 상승하고 항공유 품질 SPEC이 개선되지 않을 때, 상부의 고형화된 Clay 일부를 걷어내고 보충하거나, Clay 전체를 교체하는 절차에 따른다고 기술되어 있다.

 

최근 12년간(2009 ~ 2020년) Clay 전체교체 이력을 확인한 결과 2 ~ 3년 주기로 실시되었으며, Clay Filter 용기의 측면 맨홀에서 Clay Filter 차압이 1.0 ~ 1.3 kg/cm2 일 때 작업이 이루어진 것을 확인할 수 있다.

 

직전(2020년 3월) 교체 이후 차압 증가속도는 이전과 유사하였으나, 교체 직후 차압이 1.0 kg/cm2 이상으로 높아, 운전 9개월 만에 차압이 1.5 kg/cm2 로 상승하여 이번(2021년 1월) Clay Filter 전체교체작업을 진행하였다.

 

☞ 원료(등유)의 상태에 따라 차압이 변하며, 운전 조건 등은 특이사항이 없었음을 제시함.

 

 

2. 유체(등유) 드레인 및 퍼지 작업의 적정성 확인

“Clay 교체 및 Clay Skimming 작업표준”에서 등유 드레인 및 질소 퍼지 작업 발췌함.

 

라이센스 매뉴얼 절차와 사업장 절차서의 가장 큰 차이는 LP Steam 퍼지절차의 유무로 라이센스 매뉴얼에는 2 ~ 3 kg/cm2 (g) 스팀을 사용한 퍼지작업을 48시간 이내 진행하여 적합한 안전 규정에 만족할 시 질소 퍼지를 진행하도록 명시되어 있다. (스팀 퍼지 후에는 응축수 발생으로 인한 폐수 등이 발생하는 환경적인 이슈가 존재함.)

 

3. 가연성 증기(연소 분위기) 형성과정 추정

Clay Filter는 분말형태의 충진물 필터로 주구성 성분은 알루미늄 실리케이트이며, 등유 정제 시 흡수된 유분의 증기화가 용이한 구조이다. 즉, 작은 알갱이로 구성된 Clay Filter에 흡수된 유분은 비표면적이 커지고 표면장력이 감소되어 증발량이 증가하는 곡률효과에 따라 연소범위 내의 인화성 가스 농도를 형성하였을 것으로 추정된다.

 

작업 전 실시하는 인화성 가스 측정방법에 대한 적정성 확인 결과, 사업장에서 사용하는 복합5종 가스측정기는 취급물질인 등유에 적용성이 없어, 해당 작업에 대한 가스측정기로는 적합하지 않은 것으로 판단된다.

 

» 휴대용 복합5종 가스측정기의 LEL센서는 메탄을 표준가스로 하여 인화성가스를 감지하고 폭발 하한계(LEL) 20 %에서 경보를 하도록 설정된 측정기이지만, 모델명 GasAlertMicro5의 ‘센서 (4p90c) 데이터 시트(좌)’에는 높은 탄화수소 등에 적합하지 않음과, 제조사 하니웰에서 제공한 ‘Correction factors 가이드라인 문서(우)’에는 Kerosene처럼 Heavy한 물질에서는 감도가 낮다고 명시되어 있다. 실제 작업 전 용기 내부 인화성가스 측정결과 측정값이 매번 “0”으로 표시되었다.

 

 

4. 점화원 존재 가능성

작업자 진술과 사고현장을 확인한 결과, Clay Filter 용기 상부 입조작업 시 내부에서 덩어리진 Clay를 작은 크기로 쪼개어 모으기 위해 사용된 것으로 추정된 쇠삽이 용기 상부 플랫폼 작업대에서 발견되었으며, 재해자가 필터 내부에서 쇠삽을 사용하는 과정에서 충격·마찰에 의한 점화원이 발생하였을 가능성이 있다.

 

사고 당시 시간대의 기상정보를 확인해 보면 습도가 53 ~ 57 %로, Clay Filter 용기 내부에서의 작업 간 clay와 clay, clay와 호스, 작업복 등의 마찰에 의해 발생된 정전기가 점화원으로 작용하였을 가능성이 있다.

 

 

5. 결론

사고 발생 형태, 사고 발생 조건, 사고 발생 물질 등을 검토한 결과, Filter 용기 내부에서 입조작업 도중 Clay에 흡수된 등유의 증기화로 연소범위 내의 인화성가스 농도가 형성되고, 순간적인 점화원에 의해 화재가 발생된 것으로 추정된다.

 

 

 

 

사고발생 원인

 

Clay Filter 교체주기 및 퍼지 작업방법 부적절

Clay Filter 차압이 1.5 kg/cm2 까지 상승한 이후에 Clay 교체작업을 시작하여, 용기 내부에 Clay의 고착화가 가속되었을 수도 있다.

 

내용물(등유) 드레인 후 질소 퍼지완료 확인절차가 명확하지 않고, 라이센스 매뉴얼의 스팀 퍼지 절차가 사업장의 업무절차서에 포함되어 있지 않아 등유의 제거가 안전한 상태까지 이루어지지 못했을 가능성이 있다.

 

 

인화성가스 측정방법(측정기) 부적절

취급물질 특성에 적합한 가스감지기를 사용하여야 하나, 사업장에서 사용한 복합5종 가스측정기는 등유에 감도가 낮아, 작업공간의 폭발(연소) 분위기를 감지하지 못했을 것으로 추정된다.

 

작업시 사용하는 작업공구 부적절

위험물이 있어 폭발이나 화재가 발생할 우려가 있는 장소 또는 그 상부에서 불꽃이나 아크, 정전기 등을 발생시키는 기구 및 공구 사용을 금지하여야 하나, 입조 작업 시 내부에서 충격·마찰 등으로 불꽃을 발생시킬 수 있는 쇠삽 등을 사용하였다.

 

 

작업방법 변경에 따른 위험성 확인 미비

정기적인 Clay Filter 교체작업은 개방된 측면맨홀에 진공 흡입차를 사용하여 제거하는 방법으로 진행되었으나, 용기 내부에 Clay가 고착되어 측면맨홀을 통한 폐Clay 제거 작업이 수월하지 못하여 상부입조를 통한 작업으로 변경이 되었으나, 작업변경에 따른 작업허가서 재발행(밀폐공간 출입 보충작업 허가 등)이나, 작업 위험성평가를 미실시하였다

 

 

 

동종사고 예방대책

Clay Filter 교체주기 준수 및 스팀퍼지 작업 추가

용기 내부에 Clay가 고착되지 않도록 Clay Filter 차압 관리기준에 따른 교체주기를 준수하고, 정상작업 절차를 준수하는게 중요하다. 충분한 ‘내용물 Drain 및 Purge 작업’을 수행하기 위해 업무 절차서에 스팀 퍼지 절차 추가 및 퍼지 완료를 확인할 수 있는 적합한 방법(열중량 시료분석 등)을 추가하여 충진물 내부에 체류되어 있는 등유의 농도를 확인하는 절차가 필요하다.

 

취급물질에 적용성이 있는 가스감지기 사용

취급물질(등유)의 폭발하한계(LEL) 25 %인 0.15 %(1,500 ppm) 이하를 지시하고 경보할 수 있는 등유에 적용성이 있는 가스감지기를 사용하여 입조작업 전 용기 내부 가스농도 측정위치 및 측정 시기를 명확화하고, 내부 작업 중에도 가스농도 측정 및 연속 환기를 통해 작업공간의 폭발(연소) 분위기를 제거 상태를 확인하고 사전 조치하여야 한다.

 

점화원 관리

위험물이 있어 폭발이나 화재가 발생할 우려가 있는 장소 또는 그 상부에서 불꽃이나 아크 등을 발생시키는 기구 및 공구 사용을 금지하여야 하고, 베릴륨동, 목재 등 Non-Sparking 재질의 공구를 사용하여야 함. 또한, 정전기 발생을 방지하기 위해 플랙시블 호스는 알루미늄 등의 재질 확인 및 작업자의 제전복 착용 등을 확인하여야 한다.

 

작업방법 변경 시 위험성 확인

용기 상부를 통한 내부 입조작업을 원칙적으로 금지하고, 부득이하게 변경 사유가 발생하였을 경우 작업변경에 따른 위험성평가를 철저하게 실시하고, 작업허가서 재발행으로 사전 위험성 검토 및 안전성 확인 작업이 이루어져야 한다

 

 

 

사고로부터 얻은 교훈

 

불충분한 퍼지작업은 사고의 원인이다!

이번 사고는 내용물(등유) 드레인 후 질소 퍼지절차가 가연성물질(유증기)을 충분하게 제거하지 못하여 폭발(연소)분위기를 형성할 수 있다는 위험성에 대하여 제대로 인지하지 못한데서 비롯 되었다.

사업주는 기본적으로 공정에서 제조, 취급, 저장하는 모든 유해·위험물질 및 정비 중에 발생할 수 있는 유해·위험한 부산물의 위험성을 파악하고 있어야 한다.

충분한 ‘내용물 Drain 및 Purge 작업’을 수행하기 위해 업무 절차서에 스팀 퍼지 절차 추가 및 퍼지 완료를 확인할 수 있는 적합한 방법(열중량 시료분석 등)을 추가하여 충진물 내부에 체류되어 있는 유증기의 폭발(연소)분위기 형성을 제거하는 것이다.

 

용기 내 위험물질 미인지는 사고의 원인이다!

이번 사고는 취급물질 특성에 적합한 가스감지기를 사용해야 한다는 것을 제대로 인지하지 못한 데서 비롯되었다.

취급물질(등유)의 폭발하한계(LEL) 25 % 이하를 지시하고 경보할 수 있는 등유에 적용성이 있는 가스감지기를 사용하여 농도를 확인하고, 입조작업 전 용기 내부 가스농도 측정위치 및 측정시기를 명확화하는 것이 필요하다.

위험물이 있어 폭발이나 화재가 발생할 우려가 있는 장소 또는 그 상부에서는 불꽃이나 아크 등을 발생시키는 기구 및 공구 사용을 금지하여야 한다.

 

 

법은 최소한의 요구 사항이고 위험성평가는 필수이다!

「산업안전보건법」과 관련 시행령, 시행규칙 및 「산업안전보건기준에 관한 규칙」에서 요구하는 안전보건 수칙은 작업자의 안전보건을 지키기 위한 최소한의 요건임을 인지하고 법에서 요구하는 안전수칙은 필히 준수하여야 한다.

또한 법에서 요구하는 최소한의 안전보건 조치를 한 후 사업주는 정기적으로 사업장에서 발생 가능한 모든 위험성에 대하여 평가하여야 한다.

위험성평가는 정상적인 공정 가동 중에 발생 가능한 공정 위험성평가와, 일상 작업과 정기보수 작업 등 모든 작업에 대한 위험성을 도출해내는 작업 위험성평가로 구분할 수 있다.

특히 작업 위험성평가의 경우 작업 내용에 치중해 물질의 위험성에 대해서는 소홀히 하는 경우가 있을 수 있으므로 다양한 관점에서 위험성을 검토하여야 한다.

 

 

 

 

유사 사고사례

 

용기 충진물 교체작업 중 화재 사고

 

용기 충진물 교체작업 중 폐촉매에 의한 사고

 

 

용어 정의

Kero Merox 정제공정: 원유(Crude) 정제공정에서 생산된 등유(Kerosene) 중의 Mercaptan을 이황화물 (Disulfide) 형태로 전환하는 공정이다.

 

Merox: Mercaptan Oxidation의 약자로서 등유 중에 함유되어 있는 Mercaptan(R-SH)을 가성소다(NaOH), 공기, 촉매를 이용하여 이황화물(Disulfide)로 전환시켜 악취와 부식성을 제거하고 가연효과를 향상시켜주는 공정이다.

 

Clay Filter: 점토형태의 충진물 필터로 등유에 녹은 계면활성제(Surfactant), 금속화합물 등의 불순물을 제거한다.

 

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