축정렬 미실시 : 열매체유 보일러 사고사례

 

1. 사고발생공정 및 설비(열매보일러 공정)

본 화재사고 발생 열매보일러 공정은 합성수지 공정의 합성 반응기 운전온도(210 ℃ ~ 230 ℃반응) 및 고무접착제 제조공정의 교반기 고무멜팅온도 (190 ℃ ~ 200 ℃) 유지를 위하여 B-C를 이용하여 열매체유의 인화점(약 200 ℃)보다 높은 온도인 약 260 ℃ ~ 270 ℃ 보일러에서 가열·승온하여 간접적으로 열을 공급하는 공정이다. 이때 열매체유를 공정으로 공급하고 감온된 열매체유는 열매보일러로 순환시키기 위하여 열매체유 순환펌프를 이용하는데 이 순환펌프의 베어링 파손으로 열매체유가 누출되어 화재가 발생하였다.

열매체유 누출 유사 펌프(원심펌프)

​

​

2. 위험물질 목록

명칭 : 열매체유(혼합열매체유, SK SG THERM 315 + SHL THERM22A)

※ 배관(전체 체적 2,400Liter) 내의 열매체유 성분은 기존 열매체유(SK SG THERM 315)에 2015. 10. 12일 SHL THERM 22A 2드럼을 보충함으로써 배관 내의 열매체유는 SK SG THERM 315 약 2,000L, SHL THERM 22A 약 400L가 혼합된 상태임

​

용도 : 반응기 승온을 위한 열매

- 물리적 상태 : 액상

- 물리화학적특성

​

<표 1> 열매체유의 물리화학적 특성 값

※ 혼합 열매체유의 물리화학적 특성치는 산업안전보건연구원 대전 화학물질센터 위험성연구팀의 분석결과이며, 분석 의견은 다음과 같다.

- 인화점은 3회 시험결과 반복성 허용오차 범위 내에 있으며, 평균 200 °C 임.

​

- 자연발화점은 1차 320 °C 였으나 시료의 점도 및 장기간 무교체 사용조건등을 고려하여 2회, 3회 시험은 시료를 각각 3일, 4일 정치 후 상부시료를 샘플링하여 측정한 결과 2차 276 °C, 3차 253 °C로 자연발화점은 정치기간에 따라 감소하는 경향이 발생함.

​

- 사업장에서는 일정기간 사용 후 열매체유 전체 교체를 하지 않고, 부분 보충하며 장기간 사용하였기 때문에 열화로 인하여 저비점 물질이 배관 내에 지속적으로 축적되어 누출 시 자연발화의 가능성은 상존한다고 볼 수 있음.

신유(왼쪽) & 오랜 사용으로 산화 및 열화된 열매체유(오른쪽)

​

​

​

3. 사고발생 원인추정

사고 발생 펌프를 분해한 결과 베어링이 완파된 것이 확인되어 베어링 신품의 불량을 배제 할 수는 없으나 2015년 6월 4∼6일 3일간 대구 소재 외 주업체인 OOOO을 통하여 순환 펌프의 베어링 및 Mechanical Seal을 교체 후 펌프 Shaft 축정렬을 미실시하여 진동 등의 기계적 과부하로 인하여 사용 8개월 만에 베어링이 완파(실드, 볼 및 리테이너 등이 모두 파손된 상태)되면서 고정부와 회전부 사이에 상당한 유격이 발생하여 열매체유가 다량 누출되었을 것으로 추정된다.

​

이때 열매체유 공정 운전 압력 4 kg/㎠, 온도 220 ∼ 270 °C 로 운전됨에 따라 누출 시 에어로졸(Aerosol)을 형성하여 분출되었고, 이때 베어링 파손으로 인한 상당한 기계적 마찰열로 고온의 열매체유가 발화되었을 것으로 추정된다.

※ 에어로졸(Aerosol) 상태에서는 열매체의 인화점, 발화점보다 낮은 온도에서 점화, 자연 발화될 수 있다고 보고되고 있다.

펌프 분해 및 파손된 펌프 베어링 사진

​

원인 1. 화학설비 및 그 부속설비에 대한 사용 전의 점검 미실시

사업주는 화학설비 및 부속설비에 대해서는 분해하거나 개조 또는 수리를 한 경우 안전검사내용(펌프, 전동기 등에 이상소음, 이상진동이 설계치 이하임을 확인)을 점검한 후 해당 설비를 사용하여야 함에도 불구하고 점검을 미실시하였다.

또한, 펌프의 베어링 및 Mechanical Seal 등의 교체 시 정확한 축정렬을 실시하지 않음으로써 사용기간이 경과하면서 진동이 발생하여 베어링의 파손으로 이어졌다.

[산업안전보건기준에관한규칙 제277조, 안전검사 고시(고용노동부고시 제2013-15호]

​

대책 1. 화학설비 및 그 부속설비에 대한 사용 전의 점검 실시

열매체유 펌프등의 화학설비 및 부속설비에 대해서는 분해하거나 개조 또는 수리를 한 경우 안전검사내용을 점검한 후 해당 설비를 사용하여야 하며,

또한, 고속회전체인 펌프류의 베어링 및 메카니칼씰 등의 교체시는 소음, 진동 등 의 기본적인 점검 외 반드시 정밀한 축정렬(Shaft alignment)을 통한 설비 보전을 하여야 한다.

​

​

원인 2. 열매 순환펌프의 설비등급 및 점검·검사주기 미설정으로 설비 보전 미흡

설비 검사 및 보수·유지계획 지침 중 보일러 및 펌프류에 대한 점검·검사 주기 설정은 되어있으나 열매 보일러 순환펌프의 설비등급 및 점검열매순환용 펌프 및 각 종 계기류 등에 대해서 점검·검사주기를 설정하지 않았으며, 설비 보전이 미흡하였다.

​

대책 2. Pump 설비등급 및 점검·검사주기 설정 및 준수

미설정된 열매체유 순환용 펌프의 설비 등급 및 점검·검사주기를 설정한 후 주기적인 점검·검사가 실시되어야 하며, 검사 시에는 단순한 육안검사가 아닌 시운전시 소음, 진동 등의 측정 및 정확한 축정렬(Shaft alignment) 등을 실시하여야 한다.

​

​

원인 3. 열매체유 변경에 따른 변경관리 미실시

화학물질(열매체유 SK SG THERM 315에서 새로운 열매체유 SHL THERM 22A로 변경) 변경 시 변경요소관리 절차에 따라 변경관리가 이루어져야 함에도 불구하고 변경관리를 실시하지 않았다.

​

대책 3. 열매체유 변경에 따른 변경관리 실시

화학물질(열매체유 SK SG THERM 315에서 새로운 열매체유 SHL THERM 22A로 변경) 변경시 변경요소관리 절차에 따라 변경관리 실시함으로써 변경에 따른 위험성평가 및 변경내용에 대한 공정안전자료 Update, 근로자 교육 등을 실시 하여야 한다.

​

​

원인 4. 새로운 열매체유(SHL THERM 22A)에 대한 물질안전보건 자료 미비치 및 교육 미실시

변경 열매체유 SHL THERM 22A에 대한 물질안전보건자료를 작업장 내 근로자가 잘 보이는 위치에 비치하지 않았다.

아울러, 근로자들에게 해당 물질에 대한 물질안전보건자료에 관한 교육을 미실시하여 해당 근로자로 하여금 해당 물질에 대한 물리적 위험성에 대한 인식이 부족하였다.

​

대책 4. 새로운 열매체유(SHL THERM 22A) 물질안전보건자료 비치 및 교육실시

변경 열매체유 SHL THERM 22A에 대한 물질안전보건자료를 작업장 내 근로자가 잘 보이는 위치에 비치하고 해당 물질에 대해 근로자들에게 물질안전보건자료에 관한 교육을 실시하여 해당 근로자로 하여금 해당 물질에 대한 물리적 위험성에 대한 실효성 있는 교육을 실시하여야 한다.

​

대책 5. 안전한 열매체유 사용을 위한 주기적인 관리

사용시 공급자 또는 공인된 시험기관으로 하여금 사용 열매체유의 주요 관리항목(점도, 산가, 수분, 불용분 등)에 대한 시험을 의뢰하여 그 시험 결과를 토대로 교체 등에 대한 검토가 이루어져야 한다.

[KOSHA GUIDE D-40-2012 열매보일러에 관한 기술지침]

​

대책 6. 누설위험부 감시체제 강화

누설의 가능성이 있는 위험부 및 현장 상시 감시 불가지역에 대해서는 누설발생 초기에 즉시 대응이 가능하도록 감시체제를 강화해야 한다.

강화방안으로는 폐쇄회로 TV(CCTV)등을 설치하거나 누설감지기를 설치할 수 있을 것으로 판단되며, 감시모니터 또는 경보기는 사람이 상주하는 장소에 설치하여 누설이 감지되었을 경우 즉시 대응할 수 있도록 해야 한다.

​

​

​

4. 사고로부터 얻은 교훈

교훈 1.열매체유는 인화점이 높다고 하여 인화의 위험성이 낮은 것은 아니다.

대부분의 열매체유는 인화점이 높아 대기로 누출시 위험성이 적을 것으로 인식하고 있으나 인화점 이상의 고온 및 고압 운전시 열매체유가 누출하면 에어로졸 형성하여 분출됨에 따라 인화점 및 발화점보다 낮은 온도에서도 점화 및 자연발화 될 수 있음을 명심하여야 한다.

또한, 열매체유에 의한 화재는 Major Leak, Insulation Fires, Loss of Flow, Cracked Heater Tubes 등이 대표적이며 그 중 Insulation Fires가 비교적 발생이 많은 사례인데 이는 보온재 등에 누출된 열매체유가 스며들어 넓은 가연 면적을 갖게되므로 낮은 온도에서도 자연발화 되는 대표적 사례이다.

​

​

교훈 2. 회전기계 축정렬(Shaft Alignment)의 중요성

본 사고에서 보듯이 회전기계 축에 대한 Misalignment가 산업현장에서 미치는 재정적, 인명적 손실은 매우 엄청나다. Misalignment로 운전됨에 따라 기계 수명을 제대로 다하지 못하고 고장 또는 파손되는 일이 상당히 많이 발생한다. 또한 공정 중 대형 회전체에 대한 축정렬에만 관심이 있고 소형 회전체에 대해서는 상대적으로 관심이 작아 베어링, 축, 누설장치 및 커플링에서 많은 문제점을 나타내고 있다.

이에 모든 회전기계의 정확한 축정렬을 반드시 실시하여 재정적 손실은 물론이고 중대산업사고를 예방해야 한다.

​

​

교훈 3. 열매체유의 무한 사용은 금절되어야 한다.

열매체유의 장기 사용시 고온산화, 열분해 등에 의해 휘발성물질이 생성되어 인화점 및 자연발화점이 현저히 낮아져 자연발화 및 인화될 가능성이 커지므로 주기적 분석, 관리가 필요하다.

- 열매체유는 일반적으로 인화점 ± 25 ℃, 점도 ± 20 %, 잔류탄소분 0.5 % 이상 등의 성상 변화가 있을 경우를 교환기준으로 설정한다.(열매유의 종류에 따라 다를 수 있음)

- 다만, 대부분의 열매체유 제조사에서 교환기준을 제공하므로 그 기준에 따르는 것이 좋으며, 또한 대부분의 제조, 공급사에서는 사용 열매체유에 대한 시험 서비스를 진행하고 있으므로 사용 열매체유의 샘플을 제조, 공급사에 송부하여 시험의뢰 한 후 그 결과 값을 토대로 교체 여부를 결정하는 것이 바람직 할 것이다.