【중대산업사고속보】

     제목 : 규산소다 제조공정 용해조 폭발
  속보번호: CCPS-0310
     날짜 : 2003년 10월
   기인물 : 규산소다
 재해유형 : 폭발
 피해정도 : 사망 3명, 부상 5명

                   【규산소다 제조공정 용해조 폭발】

1. 사고개요
    
 ○ 2003년 10월 17일 11 : 30분경 (주)○○화학 내 규산소다 제조공정에서 용해조
   (용적 36㎥: 직경 3m, 높이 5.5m, 두께 25mm)에 수산화나트륨(49% 수용액), 물 및 
   규사를 투입한 후 용해조 내부에 7kg/㎠G 스팀을 공급하면서  측부에 설치된 재킷에 
   150℃-170℃의 열매체유를 열원으로 공급하여 용해조 내부압력을 9kg/㎠G로 유지하면서 
   운전 함

 ○ 용해조 내부 압력이 9kg/㎠G에 도달시 열매체 보일러 운전을 중지하여 열원 공급을 
    중단하여야하나 열원이 지속적으로 공급되어 내부 압력이 비정상적으로 상승하였으며, 
    과압 방출장치인 안전밸브가 작동하지 않아 용해조가 파열(물리적 폭발)되면서 105-110m 
    비래하고 공장 설비들이 붕괴되면서 3명 사망 및 5명 부상 재해가 발생한 재해임

2. 사고공정의 특성

 ▶ 용해조 내부 공정식
               

                      (자료출처: Ferry Handbook)

3. 사고발생공정 및 운전상황

 o 2003년 10월 17일 08:00분경 주운전원 ,보조운전원 2명 등이 경기도 평택시 소재 
   (주)○○화학에 정상 출근함 

 o 08:00분경부터 09:00 까지 용해조에 원료인 수산화나트륨(NaOH)과 물을 펌프를 사용하여 
   투입하고 분말상태의 규소(nSiO₂)를 상부 원료투입구로 투입한 후 용해조 운전압력인 
   9kg/㎠G로 가압하기 위하여 용해조 내부에 7kg/㎠G 스팀과 외부 재킷에 열매체유를 통한 
   가압을 시작함

 o 11:00분경 용해조 내부압력이 7kg/㎠G가 되면 스팀이 보일러로 역류하므로 보일러 담당자
   가 공정운전원(보조)에게 스팀밸브를 닫을 것을 통보하여 스팀공급을 차단함

 o 11:15분경 주운전원이 일찍 점심식사를 하여야 보조운전원 등과 교대를 할 수 있으므로 
   근처(공장외부) 식당에 식사하러감 
 ※ 평소에는 11:30경 용해조 운전압력인 9kg/㎠G에 도달하여 보조운전원이 열매체 보일러를 
    정지시키나 사고 당일은 가압공정이 15분 정도 빨리 진행되어 보조운전원이 열매체유 
    순환 펌프(기어펌프)를 수동으로 정지시킬 것으로 판단하고 식사하러 감

 o 11:30분경 용해조 외부 재킷을 통한 지속적인 열원공급으로 내부 과압에 견디지 못한 
   용해조가 파열(물리적 폭발)하여 약 105-110m 비래하였으며, 폭발압에 의해 공장설비들
   이 붕괴되면서 근로자 등 3명이 사망하고 5명이 다친 것으로 추정됨

4. 사고원인 분석

 o 용해조 안전밸브 기능상실
 - 파열된 용해조(설계압력:15kg/㎠G)는 내부에 과압 형성시 용해조의 파열을 방지하기 
   위하여 설정압력 11kg/㎠G로 안전밸브를 설치하였으나 용해조 내부에서 만들어지는  
   규산나트륨, 원료인 규사 (모래) 등이 안전밸브 내부에 부착, 안전밸브 기능이 상실됨
   에 따라 내부 과압을 해소하지 못한 용해조가 파열되어 재해가 발생한 것으로 추정됨 
   ※ 용해조 내부의 과압형성 원인은 열매체 보일러가 정지되지 않고 200℃(포화 수증기압
      :15kg/㎠G) 전후의 열매체가  지속적으로 공급되어 단열계 상태인 용해조에 열원을 
      공급하여 용해조 내부에 설계압력 이상의 포화 수증기압이 형성되었을 것으로 추정되며, 
      당시 사용한 열매체유는 텍사썸46 [○○정유(주)제품]으로 315℃까지 사용이 가능하며 
      최초 비등점은 357℃ 임   
   ※ 파열된 용해조는 내용적 36㎥으로 2001.11.12일 에너지관리공단에서 1종기타(최고사용 
      압력 15kg/㎠)로 설치검사(유효기간 2년)를 받은 설비 임
   ※ 사고발생 후  거의 모든 관련설비가 파손되어 열매체 보일러에 대한 조사는 실시하지 
      못하였으나 연료는 방커C 유를 사용함이 확인되었고 공정안전보고서 제출대상과 관련 
      없음

 o 무리한 공정운전 
 - 일반적인 규산나트륨 습식제조 방법은 하이드로써멀법(Hydro-Thermal)을 이용하며, 사고 
   공정과 동일한 원료를 내부압력 12-15kg/㎠G로 가압하여 운전했을 때 생산효율이 양호함을 
   감안할 때 열매체유 보일러를 통한 열원공급이 주운전원의 진술내용 보다 높은 온도에서 
   운전되었을 가능성이 있으며 안전밸브는 이미 기능을 상실하였을 것으로 추정됨
   ※ 용해조 내부의 압력을 9kg/㎠G 유지하기 위해서는 내부에서 용해 중 발생한 용해열 
     (발열량)이 크지 않은 반응이므로 180℃ 전후의 열매체유가 공급되었을 것으로 추정되고 
     내부압력을 일반적인 제조방법인 하이드로써멀법 (Hydro-Thermal)과 같은 15kg/㎠G로 
     운전하기 위해서는 200℃전후의 열매체유가 공급되었을 것으로 추정되며 운전원은 
     열매체 보일러에 고온제한스위치가  170℃에 설치되었다고 진술하였으나 실제로 설정
     된 온도가  170℃ 보다 높거나 고장 또는 기능해제 되었을 가능성이 있음

 o 근로자의 숙련도 미흡
 - 공정운전자 등은 화재·폭발 등을 예방하기 위한 공정개요, 운전조건 등을 충분히 교육
   받지 못하고 원료투입량 및 밸브조작 등 기본적인 작업방법만을 알고 있는 상태에서 단순
   작업만을 수행하여 내부압력 및 온도의 급격한 상승시 대처가 미흡하였을 것으로 추정됨 

5. 사고방지 대책

 o 파열판 설치
 - 용해조 내부에서 만들어지는 규산나트륨은 공업용접착제 원료 등으로 사용하는 점성이 
   있는 물질이며 원료로 사용하는 규사(모래)는 입자가 커서 이러한 물질들은 안전밸브의 
   틈새에 축적되어 안전밸브 기능상실을 유도할 가능이 높은 물질이므로 이러한 물질 등을 
   취급하는 압력용기에 안전밸브를 설치할 때는 안전밸브 전단에 파열판을 직렬로 추가 
   설치하여 안전밸브의 기능상실을 방지하거나, 안전밸브 대신 파열판을 설치하여야 하며 
   안전 안전밸브 전단에 파열판 설치시 안전밸브와 파열판 사이에 압력계기를 설치하여 
   파열판의 파열여부를 확인할 수 있도록 하여야 함 

 o 온도계 및 냉각설비 설치
 - 사고발생 용해조는 용해시 내부에서 발열반응을 하는 특수화학설비로서 내부의 온도가 
   자체발열량에 의해 상승할 수 있으므로 온도계를 설치하여 내부온도를 파악할 수 있도록 
   하고 공정운전온도 이상으로 상승시 내부온도를 하강시킬 수 있는 냉각설비를 설치하여야 
   함  

 o 경보장치 설치(권장사항)
  - 사고발생 용해조는 작업자가 공정운전압력 이상으로 압력상승시 수동조절밸브를 통하여 
    내부압력을 조절하였으나 작업중 작업자가 공정압력 상승을 인지하지 못하였을 경우를 
    대비하여 압력경보장치를 설치하고 공정운전압력 이상으로 압력 상승시 경보를 발생하도록 
    하며 열원공급용 열매체 보일러와 연동시켜 열원공급이 자동차단되도록 하여야 함  

□ 관련 사진 : 붙임 자료 참고