CSB 고전 사례 분석—프리덤 인더스트리스의 화학물질 저장탱크 누출로 인한 공공수역 오염 사고

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CSB 고전 사례 분석 — 프리덤 인더스트리스의 화학물질 저장탱크 누출로 인한 공공수역 오염 사고
탕빈 1
천진시 주안 기업관리 컨설팅 유한회사
웹사이트: www.justsafety.com.cn
전화번호: 13802084672
이메일: tangbin@justsafety.com.cn

허천 2
상하이 위루이 비즈니스 컨설팅 유한회사
키워드: 저장탱크 누출, 화학물질, 완전성 관리, 미국 화학물질 안전 및 위험 조사위원회(CSB)
요약: 본 글은 미국 화학물질 안전 및 위험 조사위원회가 프리덤 인더스트리스의 화학물질 저장탱크 누출로 인한 공공수역 오염 사고를 조사한 결과를 바탕으로, 저장탱크의 고장과 누출된 화학물질이 엘크 강으로 흘러들어가는 것이 공공수역 오염을 초래하는 원인임을 분석합니다. 또한 저장탱크의 완전성 관리 측면에서 저장탱크의 안전 관리 수준을 향상시킬 방법들을 논의합니다. 1. 소개 2014년 1월 9일, 미국 웨스트버지니아주 환경보호국 감독관들이 해당 주의 주도인 찰스턴에 위치한 프리덤 인더스트리즈사의 화학물질 저장 및 수송 시설 현장을 방문하여, 지역 주민들의 신고로 발생한 해당 지역의 화학물질 냄새 문제를 조사했습니다.감사관은 탱크 구역 396의 지상 저장탱크에서 화학물질이 유출되고 있음을 발견했습니다. 유출된 화학물질은 메틸시클로헥산-메탄올 원료와 폴리에틸렌 글리콜 에터의 혼합물이었으며, 실험실 분석 결과 주요 성분은 메틸시클로헥산-메탄올 원료인 것으로 확인되었습니다.화학물질은 396번 탱크의 바닥에 있는 2개의 작은 구멍을 통해 유출되었습니다. 이 화학물질들은 396번 탱크 주변의 자갈과 토양 속으로 스며들었습니다. 처음에는 탱크의 누출 사고를 막기 위해 설치된 방화벽에도 균열이 있었으며, 오랜 시간 동안 관리가 제대로 이루어지지 않아 구멍들이 생겼습니다. 그로 인해 화학물질들이 방화벽을 통해 강으로 흘러 들어갔습니다.조사 결과, 유출된 일부 화학물질들이 인근 저장탱크 바닥에 위치한 지하 터널을 통해 강으로 들어간 것으로 나타났습니다.환경보호청의 지시에 따라, 프리덤 인더스트리스는 즉시 조치를 취하여 누출을 통제하고, 누출된 화학물질을 회수함으로써 추가적인 오염이 발생하지 않도록 했습니다.그러나 약 37.9m3의 메틸시클로헥산-메탄올 원료가 주변 토양과 엘크 강으로 스며들었으며, 강을 따라 하류로 흘러 미국 웨스트버지니아주의 공공 수처리장 입구까지 도달했습니다. 이 수처리장은 프리덤 인더스트리스 회사에서 하류로 약 2.4km 떨어진 곳에 있습니다.공공 수처리장의 설비가 물속에 있는 모든 메틸시클로헥산-메탄올 원료를 제거할 수 없어, 수송 시스템 내의 식수가 오염되었습니다.그날 밤, 공공수도회사는 93,000명의 고객(약 30만 명의 주민에 해당)에게 “사용 금지” 통지를 발송했으며, 이로 인해 광범위한 지역에서 상업 시설, 학교, 공공기관들이 문을 닫게 되었습니다.현지 병원 응급실에는 메스꺼움, 발진, 구토, 복통, 설사 증상을 보이는 환자들이 대거 몰려들고 있으며, 공공안전당국은 주민들에게 앞으로 4~9일간 수돗물 섭취와 샤워를 자제할 것을 권고하고 있다.일부 주민들은 요구에 따라 파이프를 세척했음에도 불구하고, 누출 사고가 발생한 지 몇 주가 지난 후에도 식수에서 여전히 뚜렷한 이상한 냄새가 난다고 말했습니다.이 글은 미국 화학물질 안전 및 위험 조사위원회(CSB- Chemical Safety Board)가 프리이엔더스 산업회사의 화학물질 저장탱크 누출로 인한 공공수역 오염 사고에 대해 실시한 조사 연구를 바탕으로, 저장탱크 자체의 고장과 화학물질 누출 이후의 통제 실패와 관련된 문제들을 중점적으로 분석하고 있다.2. 프리덤 인더스트리사 화학물질 저장탱크 누출로 인한 공공수역 오염 사고 경위
2.1 프리덤 인더스트리사 개요
프리덤 인더스트리사는 1992년에 설립되었으며, 광업, 철강 및 시멘트 산업에 전용 화학물질을 공급하고 있다.찰스턴 공장 부지에는 컴퓨터로 제어되는 두 개의 적재 및 하역 구역이 있으며, 탱크로리를 통해 공장으로 운반된 메틸시클로헥산-메탄올, 염화칼슘, 글리세린 등의 화학물질들이 지상에 설치된 저장탱크에 임시로 저장된 후 판매됩니다.2013년 12월 31일, 프리덤 인더스트리는 에토와 강의 처리 시설과 합병하면서 396번 저장탱크의 소유권을 얻었으며, 9일 후 화학물질 유출 사고가 발생했습니다.사고 당일, 회사 명부에는 19명의 직원이 있었으며, 그중 18명이 현장에 있었습니다.공장 구역의 동쪽에는 철도와 배로 대로가 있으며, 주거지역은 공장 구역 남쪽에 인접해 있습니다. 엘크 강은 그림 1에 나타난 바와 같이 공장 구역의 서쪽 경계를 따라 흐릅니다.공장 구역에는 2층짜리 사무용 건물, 창고, 묘지, 소방 펌프실, 횃불, 연료 충전대, 오일-워터 세퍼레이터, 부두, 그리고 19개의 지상 저장탱크와 이들을 연결하는 제품 파이프라인이 포함되어 있습니다.그중 396 사고가 발생한 저장탱크는 1938년에 건설되었습니다(그림 2 참조). 설계된 저장 용량은 174.9m3이며, 프리 산업 회사가 이 탱크를 소유하게 된 후에는 메틸시클로헥산-메탄올 및 폴리에틸렌 글리콜 에터의 혼합물을 저장하는 데 사용되었습니다.사고 당일 396번 탱크에는 질량비로 88.5%의 메틸시클로헥산-메탄올 원료, 7.3%의 폴리에틸렌 글리콜 에터, 그리고 4.2%의 물이 들어 있었습니다.https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeqcPic0yAxryvTlLbTeJV3iaiazbTFHCbQbWMOick8JRUWUY4MsuEIQJzXg/0?wx_fmt=png 그림 1: 화학물질 저장소의 배치도
https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeC5t4x00NznsaVrZx5vVSy3K4nY8UiaTbYm5cgxvibEpgMvYILWRrkCew/0?wx_fmt=png 그림 2: 396 사고가 발생한 저장탱크의 모습(사고 후)
2.2 누출 사고와 관련된 화학물질들
2.2.1 크루드 MCHM – 메틸시클로헥산-메탄올 원료
396 사고가 발생한 저장탱크에는 메틸시클로헥산-메탄올 원료(Crude Methylcyclohexane Methanol, 약칭 Crude MCHM)와 폴리글리콜 에터(Polyglycol Ethers, 약칭 PPH, stripped)의 혼합물이 들어 있었습니다.메틸시클로헥산-메탄올 원료는 이스만 화학회사에서 생산하며, 6가지 다른 화합물을 포함하고 있습니다. 자세한 내용은 표 1을 참조하십시오.그중 4-MCHM(즉, 순수 메틸시클로헥산-메탄올)의 함량이 가장 높으며, 음용수 시스템에 유입되는 주요 성분이기도 합니다.표 1: 이스만 화학회사가 생산하는 메틸시클로헥세인-메탄올 원료의 성분표
화학물질명 | 농도 범위
4-메틸시클로헥세인메탄올 | 68-89%
4-(메톡시메틸)시클로헥세인메탄올 | 4-22%
물 | 4-10%
메틸 4-메틸시클로헥세인카르복실레이트 | 4-10%
디메틸 1,4-시클로헥세인디카르복실레이트 | 5%
메탄올 | 1%
1,4-시클로헥세인디메탄올 | 1-2%

메틸시클로헥세인-메탄올 원료는 주로 폼 플로팅 공정에서 석탄을 세척하거나 불순물을 제거하는 데 사용됩니다. 하지만 이 물질을 연소시키면 오염이 발생할 수 있습니다.이스만 화학회사가 제공한 안전 데이터시트에 따르면, 인체는 희석되지 않은 메틸시클로헥산-메탄올과의 접촉을 피해야 하며, 이 물질은 눈과 피부에 자극을 줄 수 있습니다.더 높은 온도에서는 메틸시클로헥산-메탄올 증기도 눈과 호흡기에 불편함을 일으킬 수 있습니다.현재 메틸시클로헥산-메탄올에 대한 직업적 노출 검사 방법과 수치 범위에 관한 정보는 없습니다.2.2.2 폴리글리콜 에터(PPH, 스트립드) 폴리에틸렌 글리콜 에터 누출 사고가 발생한 지 12일 후, 프리 인더스트리 컴퍼니는 396 탱크에 존재하는 또 다른 물질인 폴리에틸렌 글리콜 에터에 대해 공개했습니다. 이 물질은 부유 선별 효과를 높이는 역할을 하며, 396 탱크 내 물질의 7.3%를 차지합니다.프리 이노더스트사가 제공한 안전 데이터시트에 따르면, 이 물질은 심각한 피부 및 눈의 자극을 유발하며, 가연성 액체에 해당합니다.2.2.3 ShurFlot 944
ShurFlot 944은 메틸시클로헥산-메탄올을 주성분으로 하고, 소량의 폴리에틸렌 글리콜 에터가 적절히 혼합된 제품입니다.프리덤 인더스트리사가 제공한 안전 데이터 시트에 따르면, ShurFlot 944는 알코올, 에틸렌글리콜 에테르, 카르복실레이트 등으로 구성되어 있습니다. 이 제품은 부유선별용으로 사용되며, 짙은 노란색 또는 갈색을 띠고 강한 냄새가 납니다.메틸시클로헥산-메탄올 원료와의 노출 반응과 유사하게, ShurFlot 944는 피부, 눈, 호흡기에 자극을 일으키며 메스꺼움과 구토를 유발합니다.2.3 누출 사고 경과 2014년 1월 9일 오전 8시 16분, 미국 웨스트버지니아주 환경보호청은 공기 중에서 이상한 냄새가 난다는 신고를 접수했습니다. 해당 냄새는 찰스턴에 위치한 프리이엔드 산업회사의 생산 시설에서 나는 것으로 알려졌습니다.그날 오전 10시경, 카나와군의 911 신고 센터에도 화학물질의 이상한 냄새에 관한 신고가 접수되었습니다. 그 장소는 프리덤 인더스트리 회사에서 약 0.8km 떨어진 곳이었습니다.환경보호청 감사관은 오전 11시 05분경 프리 산업 회사를 방문하여 회사 대표와 만나 공기의 이상한 냄새 문제에 대해 논의했습니다.거의 동시에, 프리덤 인더스트리스사의 직원 1명이 사장에게 메틸시클로헥산-메탄올 원료 저장탱크에서 누출이 발생했다고 보고했다.회사 사장은 감사관과 함께 396번 탱크 근처로 가서, 누출되는 액체가 마치 솟아오르는 샘물처럼 37.2m² 크기의 액체 웅덩이를 형성하고 있으며, 그 깊이는 약 7~10cm라는 것을 확인했습니다.액체가 담긴 용기의 북서쪽 모서리로는 직경 약 30.5cm인 지하 터널을 통해 계속해서 액체가 유입되고 있습니다. 동시에, 저장 탱크의 방화제 아래와 내부의 구멍들을 통해 액체가 옆에 있는 엘크 강으로 스며들고 있습니다.사고가 발생한 후, 웨스트버지니아주의 공공수처리장 감독관은 더 많은 정보를 얻기 위해 즉시 현장으로 달려갔습니다. 그 후 그는 CSB 조사관들에게, 유출 지점 근처의 엘크강 수면에 뚜렷한 반짝임이 나타난다고 보고했습니다.오전 11시 56분, 그는 누출된 MCHM이 응집제라는 것을 알게 되었다.오후 1시 30분경, 프리덤 인더스트리 컴퍼니나 자동차 운송 회사 소속으로 보이는 현장 직원이 공공수처리소의 감독관에게 MCHM은 응집제가 아닌 발포제라고 말했습니다.이후 환경보호국은 누출량을 약 3.8~18.9m3로 추정했다.오후 2시경, 공공 수처리장 운영자는 수처리 시설로 들어가는 강물에서 약한 이상한 냄새가 난다는 것을 발견했습니다.추정된 유출량과 기타 알려진 정보를 바탕으로, 공공수처리장은 여과 공정과 정화 시스템을 활용하여 유출된 화학물질로 인한 이상한 냄새 문제를 해결하기로 결정했습니다.오후 4시가 조금 지난 후, 공공 수처리 시설에서는 필터가 물속의 화학물질을 완전히 제거하지 못했다는 것이 확인되었습니다. 또한 필터 하류에서도 이상한 냄새가 감지되었으며, 공공 수도 공급 시스템이 오염된 것으로 보입니다.오후 6시, 공공수도회사는 **사무소, 환경보호국, 공중보건관리국과 협의한 뒤 “사용 금지” 통지를 발표했습니다.그날 밤 9시 30분, 웨스트버지니아주 주지사 톰린은 대중에게 비상사태 선포를 발표했다.https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSetJksUCufraoUYt8yAIlNfw64DCCcFPh9AyHybfIXkL8Z0cVmkUPpaQ/0?wx_fmt=png
그림 3: 누출 사고에 대한 긴급 대응 시간표
3. 프리덤 인더스트리스사의 화학물질 저장탱크 누출로 인한 공공수역 오염 사고 분석
저장탱크에서 화학물질이 유출되어 엘크 강으로 흘러들어간 원인을 규명하기 위해, CSB 조사팀은 저장탱크와 방화제, 그리고 주변 토양을 철저히 점검했습니다. 또한 관련 기술 문서와 저장탱크 검사 기록도 함께 확인했습니다.3.1 저장탱크의 고장 분석 3.1.1 점식부식 API 인증을 받은 저장탱크 검사원들이 396번 사고가 발생한 저장탱크를 내부와 외부에서 점검한 결과, 누출의 원인은 396번 저장탱크의 바닥면에 있는 두 개의 구멍이었습니다. 이 구멍들의 직경은 각각 약 1.9cm와 1.0cm였습니다.저장탱크 재료 샘플에 대한 구조 검사를 통해, 누수 구멍이 점식 부식으로 인해 발생했음을 확인했습니다. 점식 부식은 저장탱크 내부의 바닥면에서 시작하여 토양 쪽으로 확산되면서 벽의 두께를 점차 약화시켜 결국 구멍이 생기게 됩니다.또한, 탱크 하우징 근처 지역에는 그림 4와 그림 5에 나타난 바와 같이 비교적 깊은 별도의 부식점들도 존재합니다.인접한 MCHM 탱크(395, 397)의 바닥판에도 유사한 점식 부식 문제가 존재합니다.https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeovgRWT8oTV7Tc9iaASDuz20oa5L7wOhvQNVul9iaecxnAysMcexGYYsQ/0?wx_fmt=png 그림 4: 396 사고가 발생한 저장탱크의 바닥면에 있는 부식된 구멍과 부식점들 https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSecDozfJAEfOETgt2nMqUREpqakC2jVnE0XibxxNDHLwLUiahcuDUdFZaA/0?wx_fmt=png 그림 5: 396 사고가 발생한 저장탱크의 바닥면의 부식 정도 일반적으로 말하는 부식이란, 금속 합금과 환경 사이에서 일어나는 전기화학 반응으로 인해 표면이 점차 손상되는 현상을 말합니다.점식이란 금속 표면의 한 점 또는 아주 작은 영역에서 깊이 방향으로 발달하는 부식 구멍을 말하며, 공동 형태를 띱니다. 보통 수평으로 놓인 금속의 상면에서 시작하여 중력 방향으로 발달하며, 금속의 전체 두께를 관통할 수 있습니다.점식은 일반적으로 특정 부위에만 발생하며, 종방향의 부식 속도가 횡방향의 부식 속도보다 일반적으로 높기 때문에 점식 문제를 감지하기가 매우 어렵습니다.점식으로 생긴 녹이 부식 부위를 덮어버려, 검사 과정에서 발견하기가 더 어려워집니다.저장탱크 바닥의 토양 쪽도 부식의 영향을 받지만, 누출 사고를 직접 유발하는 점식 부식에 비해 토양 쪽의 부식은 그다지 심각하지 않으며, 그림 6에 나타나 있습니다.점식의 특징 중 하나는 보통 금속 표면에서 시작하여 중력 방향으로 확산된다는 것입니다. 그림 6을 보면, 396 저장탱크의 바닥면 내부에 뚜렷한 부식점들이 있으며, 이러한 부식점들은 탱크의 벽두께 방향으로 확산되고 있습니다.비교해 보면, 토양 쪽의 부식 특징은 비교적 일관되어 있으며, 매우 얕은 움푹 들어간 부분과 산화철층이 형성됩니다.일반적으로 특정 부위에서 발생하는 점식 부식의 속도는 금속 표면 전체에서 일어나는 일반적인 부식 속도보다 훨씬 빠릅니다.https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSek11YrbwESXgs5v6K2JibsaOQkQNqaG6eOT851I6RIlofWRTQA49f6yA/0?wx_fmt=png그림 6: 저장탱크 바닥판의 부식으로 인한 벽두께 변화3.1.2 부식 속도 396번 사고가 발생한 저장탱크의 바닥판에 있는 부식점들에 대한 형태학적 분석에 따르면, 관통하는 부식 구멍들은 바닥판의 윗면에서 시작되는 것이지, 아랫면에서 시작되는 것이 아닙니다.CSB 조사팀은 탱크 분야의 전문가를 파견하여 부식 속도를 분석하도록 했습니다.부식 속도가 변동한다는 점과 많은 불확실한 요인들이 존재한다는 것을 우리도 인지하고 있지만, 당시의 연구 상황을 고려할 때 가장 합리적인 가정은 396 저장탱크의 부식 속도가 그 수명 동안 일정하다는 것입니다. 즉, 12.3mpy(1년당 밀)이며, 그 변동 범위는 10~15mpy입니다.원본 저장탱크 도면과 문서 기록이 없어, 1938년에 건설된 396번 저장탱크의 경우, 저장탱크 전문가들은 원래의 바닥판이 25년간 사용된 후 1963년에 누출 사고가 발생했을 때 사용된 6.4mm 두께의 용접 강철로 만들어진 바닥판으로 교체되었다고 추정하고 있습니다.사고 후 탱크 바닥판의 상태를 고려하여, 탱크 검사원은 교체된 바닥판이 최소 25년은 사용되었을 것으로 추정했습니다.저장탱크 바닥판을 교체한 후 어느 시점에, 부식의 영향을 방지하기 위해 저장탱크 바닥판 위에 폴리아세트산비닐 재료가 추가되었으며, 자세한 내용은 그림 7을 참조하십시오.https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeogd5kdcYDPXLfFcRBKPWEdg6ekic9hwJTiau54VVIj3VvT7GRSXxRm6Q/0?wx_fmt=png
그림 7: 396 사고가 발생한 저장탱크의 서비스 기간에 대한 정보
3.1.3 저장탱크의 무결성 검사
CSB 조사팀은 프리드 인더스트리즈가 지상에 설치된 저장탱크 및 관련 장비가 적절하게 유지보수될 수 있도록 하는 합리적인 정기 점검 및 테스트 절차를 마련하지 않았다는 것을 발견했습니다.한 가지 이유는, 상기 저장탱크의 유지보수 절차를 준수하도록 하는 관리 요건이 거의 없으며, 기업들도 스스로 이러한 요건을 준수하지 않기 때문입니다.프리덤 인더스트리스는 MCHM 저장탱크가 2014년 1월에 발생한 누출 사고 이전에 최소 10년 동안 점검을 받지 않았다고 밝혔습니다.CSB 조사팀은 프리덤 인더스트리스 회사의 공장 내 저장탱크에 대한 비공식적인 평가 보고서를 입수했는데, 이 보고서는 총 2페이지로 구성되어 있으며 2013년 12월에 한 제3자 컨설팅 기관이 작성한 것입니다.이 짧은 보고서는 저장탱크의 외관 검사 결과를 요약하고 있으며, 395/396/397번 저장탱크에서 리벳 작업이 이루어졌다고 언급하고 있으나, 저장탱크 내부에 대한 정보는 제공하지 않고 있습니다.보고서에 따르면 “위에서 언급된 저장탱크들은 일정 수준의 구조적 완전성을 갖추고 있지만, API653 및 EPA 표준을 완전히 충족하는 것은 아닙니다”. 따라서 업그레이드나 개조를 하지 않는다면, 이러한 저장탱크들은 석유나 규제 대상 제품을 보관하는 데 사용될 수 없습니다.보고서는 기업들이 향후 5년간 자격을 갖춘 인력을 통해 모든 저장탱크를 철저히 점검할 계획을 수립할 것을 권고한다.CSB 조사팀은 프리덤 인더스트리스 사가 어떠한 누출 예방 또는 누출 모니터링 시스템도 갖추고 있지 않으며, 효과적인 누출 방지 조치도 시행하지 않고 있다는 것을 발견했습니다. 또한 저장탱크에 액체 수위 표시 장치와 측정 시스템이 설치되어 있지 않아 MCHM의 실제 누출량을 파악할 수 없었고, 이로 인해 누출량 추정치가 부정확해졌습니다.당시 웨스트버지니아주와 연방 규정에서는 지상 저장탱크에 누출 감지 시스템을 설치하도록 강제하지 않았습니다.3.2 MCHM 유출과 엘크강으로의 유입
396번 사고로 인해 저장탱크의 바닥에 생긴 부식된 구멍을 통해 MCHM이 유출된 후, 이는 두 가지 경로를 통해 엘크강으로 들어갑니다: (a) 손상된 방화제를 통과하는 경우；(b) 파손된 지하 터널을 통과합니다.3.2.1 탱크 구역의 지질학적 분석: CSB 조사팀은 지질학자를 파견하여 MCHM 탱크 아래의 토양 특성과 침투성을 조사했습니다. 그 결과, 탱크 바닥 아래 10~15cm 두께의 자갈층은 매우 높은 침투성을 가지고 있어, MCHM이 이 자갈층을 빠르게 침투할 수 있다고 판단되었습니다.쇄석 기초 아래의 토양은 점토류에 속하며, 지표면 점토의 최소 투수계수는 10^-7cm/sec 미만으로 중간 수준의 투수성을 나타낸다.자갈은 매우 높은 침투성을 가지고 있어 유체의 흐름에 대한 저항이 거의 없으며, 그림 8에 나타나 있습니다.396번 탱크의 누출 구멍 크기를 바탕으로, CSB 조사팀은 MCHM이 탱크 바닥에서 토양으로 유출되는 속도가 11.5GPM(갤런/분, 약 0.0038m³/분)이라고 추정했습니다.따라서 396 저장탱크 누출 사고는 주변 지표면에서 관찰될 수 있거나, 저장탱크 주변의 토양에 스며들었을 것입니다.하지만 CSB 조사팀의 면담을 받은 프리덤 인더스트리 직원들 중에는 사고가 발생하기 전날까지 MCHM 유출의 징후를 발견했다고 말한 사람은 아무도 없었습니다.https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeU14py4guRmVkP4GgkVHBqraXB6dLyeic0wzRRQLybpCr0Feibr733fMA/0?wx_fmt=png 그림8: 자갈 기초의 침투 저항 개념도 3.2.2 방화제방 현장의 모든 저장탱크 주위는 석조 구조의 벽돌담으로 둘러싸여 있어, 누출 사고 발생 시 넘침 방지 조치로 활용될 수 있다.첫 번째 방화제내에는 398~405번 저장탱크가, 두 번째 방화제내에는 393~397번 저장탱크가 포함되어 있으며, 벽돌, 콘크리트 블록 및 타설 콘크리트로 만들어졌다. 설계 조건은 모든 저장탱크가 완전히 파손되더라도 모든 물질을 수용할 수 있도록 하는 것이다.398 저장탱크와 펌프실 사이의 콘크리트 벽이 두 방화제를 분리합니다.MCHM과 PPH는 396 탱크 바닥에서 계속 누출되어 방화제 내 북서쪽 모서리의 저지대로 흘러 들어갔습니다.방화제는 오랜 기간 동안 관리가 소홀해져 구조적 손상이 발생했고, 그로 인해 사고 당일 유출된 MCHM이 방화제의 손상된 부분을 통과할 수 있었습니다.그림 9에 나타난 바와 같이, 방화제의 많은 부분에 큰 구멍과 균열이 있어 누출된 물질을 통제할 수 없다.https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeoLrC6HazRSAVWPvqibtYstSm7AgtqXcQXrSf7D2IxwGDDicHpKKPEzug/0?wx_fmt=png그림 9: 방화제가 손상된 위치3.2.3 지하 터널형 탱크 구역의 빗물 배수 시스템은 직경이 30.5cm인 지하 곡면 강관 터널로 구성되어 있습니다. 이 터널은 탱크 구역의 동북쪽에서 시작하여 방화제 지역을 가로질러 탱크 구역의 서북쪽까지 이어지며, 엘크 강으로 연결됩니다.배수관은 394 저장탱크와 395 저장탱크 사이를 지나가며, 396 저장탱크의 북쪽으로부터 약 9m 떨어져 있습니다.그림 10은 암거 지하 구조의 단면 개략도이며, 암거 입구의 정확한 위치는 불확실합니다.유출된 일부 MCHM은 매니홀로 스며들어 매니홀을 따라 흘러, 방화제 구역 외부에 위치한 매니홀의 배출 지점이나 출구까지 가서 엘크 강으로 배출됩니다.https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeSEf5au6XtCsl5SqMBfQJicHCym0MKqica9JkZIc22ibf6UXQPibAdsMcGg/0?wx_fmt=png
그림 10: 지하 터널의 구조도
3.3 CSB 조사팀의 권고사항
(1) 용수 공급원 근처에 위치한 지상 저장탱크의 소유주와 운영자는 정기적인 점검 프로그램을 마련하고, 저장탱크와 방화제방의 상태를 지속적으로 모니터링해야 합니다. 이를 통해 저장탱크의 완전성과 누출 사고를 통제할 수 있는 능력을 확인해야 합니다.또한 인근의 공공수도회사 및 비상대응 기관과 협력하여, 보관 중인 화학물질의 특성, 저장량, 독성 정보 등에 대해 충분히 소통함으로써, 유출 사고가 발생했을 때 즉시 이러한 핵심 정보를 확보할 수 있도록 해야 합니다；(2) 지상 저장탱크의 소유자와 운영자는 기존의 관리 요구사항에 따라 적절한 누출 방지 및 보호 대책을 업데이트하고 이를 철저히 준수함으로써, 저장탱크나 방화제방에서 누출이 발생할 가능성을 줄여야 한다；(3) 많은 화학물질의 독성학적 정보가 알려져 있지 않으므로, **이러한 위험한 화학물질로부터 수자원과 일반 대중을 보호하기 위한 조치를 즉시 취해야 합니다.수원지 인근 지역의 화학물질 저장 시설에 대한 점검 빈도를 높이고, 비상대응 기관과 공중보건 기관 간의 협력 체계를 개선한다；（4）**수원 평가 규범을 마련하여, 공공수자원회사들이 수원의 특성, 잠재적인 중대 오염원, 관리 전략, 수원 모니터링, 대체 수원 등을 포함한 ‘수원 보호 방안’을 수립하도록 해야 한다.**《수원 보호 방안》은 최소 3년에 한 번씩 업데이트되어야 하며, 혹은 중점 관리 지역 내의 잠재적인 심각한 오염원에 변화가 생겼을 때에도 업데이트되어야 합니다.4. 프리덤 인더스트리 컴퍼니의 화학물질 저장탱크 누출로 인한 공공수역 오염 사고가 주는 교훈은, 저장탱크의 안전 관리는 처음에는 사고 발생 후 이를 처리하고 긴급 수리를 하는 방식에 기반을 두고 있었습니다. 또한, 사용 기간에 따라 정기적으로 점검 및 수리를 실시하는 방식도 사용되었는데, 이 사례도 그러한 경우입니다.현재 우리나라의 대부분의 저장탱크 사용자들도 이 단계에 머물러 있지만, 서구 선진국들에서는 예측 가능한 위험과 신뢰성을 바탕으로 한 완전성 관리 방식이 이미 광범위하게 도입되고 있습니다.무결성 관리 모델은 저장탱크 시스템 관리의 더 높은 단계로서, 안전 및 경제적 관점에서 저장탱크에 대해 위험 평가를 핵심으로 하는 무결성 관리 업무를 수행합니다. 저장탱크 시스템의 과거 데이터를 분석하여 위험의 발전 추세를 예측하고, 위험 수용 가능 수준과 결합하여 맞춤형 검사 전략 및 긴급 구조 관리 조치를 수립함으로써, 관리자들이 동적 감독 및 의사결정을 내릴 수 있는 근거와 관리 플랫폼을 제공합니다.4.1 위험 평가 API Publ 353은 저장탱크에 적용 가능한 정량적 위험 평가 방법을 제공합니다. 이 방법은 저장탱크의 누출 시나리오, 누출 빈도 및 그 결과를 파악한 뒤, 누출 빈도와 누출 결과를 곱하여 위험값을 산출합니다.4.1.1 저장탱크 누출 빈도 저장탱크의 누출 빈도는 저장탱크 바닥판, 탱크 용기, 넘침 현상, 부유지붕형 탱크의 중앙 배수관 등의 평가 항목들에 대한 누출 빈도를 합산한 값입니다.각 평가 항목의 누설 빈도는 수정 계수로 기준 누설 빈도를 수정함으로써 구할 수 있다.각 평가 항목의 기준 누설 빈도는 통계 자료를 통해 도출되며, 이는 표 2에 나와 있습니다.각 저장탱크의 실제 운전 조건이 다르기 때문에, 보정 인자는 저장탱크의 사용 기간, 부식 속도, 원래의 두께, 검사 등급 및 유형과 같은 요인들과 관련이 있습니다. 수학적 표현식은 다음과 같습니다: 누출 빈도 = 기준 누출 빈도 × 보정 인자.표2: 저장탱크 기준 누출 빈도 부품 고장 유형 누출 빈도(회/년) 비고 탱크 바닥의 경미한 누출 7.2e-03— 급격한 고장 2.0e-05— 탱크 몸체의 경미한 누출 1.0e-04 용접식 저장탱크 1.0e-03 리벳식 저장탱크 급격한 고장 4.0e-06 API 653에 따라 관리되지 않은 저장탱크 1.0e-07 API 653에 따라 관리된 저장탱크 부품 고장 1.0e-05— 탱크 상단 배수 호스 파손 5.0e-04 정상적으로 열린 밸브 3.175mm 구멍의 누출 2.0e-02 힌지 연결관 파손 3.0e-04 정상적으로 열린 밸브 3.175mm 구멍의 누출 3.0e-02 탱크 상단 배수 호스 파손 5.0e-06 정상적으로 닫힌 밸브 3.175mm 구멍의 누출 2.0e-04 힌지 연결관 파손 3.0e-06 정상적으로 닫힌 밸브 3.175mm 구멍의 누출 3.0e-04 4.1.2 저장탱크 누출의 결과 누출의 결과에는 토양, 수역 및 생태계에 미치는 영향 등 환경적인 결과가 포함됩니다；공중적 결과란, 탱크 구역과 그 주변에 있는 사람들의 안전, 건강 및 시설 등에 미치는 영향을 말합니다；상업적 결과란 경제적 손실과 신뢰도 하락을 의미합니다.누출 결과 값 LCV의 계산식은 다음과 같습니다: LCV=ECOF·EWF+PCOF·PWF+BCOF·BWF.식에서, ECOF는 환경적 영향 값입니다；PCOF는 공공 영향 값입니다；BCOF는 비즈니스 결과 값입니다；EWF, PWF, BWE는 각각 환경적 영향, 공공적 영향, 비즈니스적 영향에 대한 가중치 요소로, 그 값은 0~1 사이입니다. 이 값들은 기업의 가치관과 위험 선호도에 따라 결정되며, EWF + PWF + BWF = 1이 됩니다.누출로 인한 피해의 주요 영향 요인으로는 누출된 물질의 종류와 양이 있습니다；유출 영향 범위, 대상；토양 조건, 물질의 재활용 가능성；환경, 사회, 장비 및 운영에 미치는 피해와 그 피해가 지속되는 기간；누출의 결과에 영향을 미치는 특정 환경으로는 주변 생태계, 인구 밀도, 시설 배치 등이 있다.저장탱크의 누출 빈도와 그로 인한 피해를 파악한 후, 해당 위험 수치를 산출하고 위험도를 순위별로 분류합니다. 그런 다음 위험 등급과 분포 상황에 따라 맞춤형 위험 관리 전략을 수립하는데, 예를 들어 고위험 대상에 대한 점검 작업을 실시함으로써 전체적인 위험을 효과적으로 통제할 수 있습니다.4.2 완전성 평가
완전성 평가란 위험 평가를 바탕으로, 탱크에 존재할 수 있는 결함들을 검출함으로써 그 상태를 파악하는 것입니다. 또한 검출된 결함들에 대해 그 영향력을 평가하여, 결함으로 인해 위험이 증가하지 않도록 합니다. 이를 통해 위험을 줄이기 위한 조치를 취할 수 있는 구체적인 근거가 마련됩니다.4.2.1 저장탱크 검사 방법 저장탱크 검사는 탱크 바닥, 탱크 벽면, 탱크 상부 및 관련 부속품의 검사를 포함하며, 주로 정기 검사, 온라인 검사, 개방 검사를 사용한다.정기 점검은 시각적 방법을 통해 저장탱크에 구조적 손상이 있는지 직접 확인합니다；온라인 검사는 생산을 중단하지 않은 상태에서 거시적 검사, 초음파 두께 측정, 음향방출 검사 등의 방법을 사용하는 것을 말합니다；탱크 검사에는 탱크의 가동 중단, 내용물 배출, 개방 및 세척이 필요하며, 검사원들이 탱크 내부에 들어가서 각종 검사를 수행합니다. 주로 자기누설, 초음파, 방사선, 자분, 침투 등의 검사 방법이 사용됩니다.현재 해외에서는 음향발사 기술을 활용하여 상압 저장탱크의 벽면에 있는 결함들과 탱크 바닥판의 부식 및 누출 현상을 온라인으로 검출하고 있습니다. 또한, 자기누설 방법을 사용하여 탱크 바닥판의 부식 및 누출 지점을 정기적으로 점검합니다. 그리고 초음파 검사 기술을 이용해 탱크의 벽면과 윗면을 검사합니다.침투검사는 누출이나 균열과 같은 표면 결함을 비교적 민감하게 감지할 수 있습니다.진공 챔버 검사 방법은 탱크 바닥판 수리 후와 누출 지점이 의심될 때에 사용할 수 있습니다.펄스 와전류 방법은 단열층을 제거하지 않고도 벽두께를 측정할 수 있다.또한, 저압 공기나 비눗물, 혹은 가스 감지기를 사용하여 저장탱크의 작은 부식 구멍이나 용접 결함을 검출할 수도 있습니다.4.2.2 평가 방법
탱크의 결함을 평가하는 방법으로는 외부 부식에 대한 직접적인 평가, 내부 부식에 대한 직접적인 평가, 그리고 응력 부식에 대한 평가가 있습니다.평가 단계는 순차적으로 다음과 같습니다: 데이터 수집 및 통합, 결함 평가 방법 확정, 결함 평가 실시, 완전성 평가 결과 도출, 수리 조치 및 재검사 간격에 대한 권장 사항 제시 등입니다.평가의 중점은 잔여 강도 평가와 잔여 수명 예측입니다.잔여 강도 평가는 수집 및 통합된 데이터를 바탕으로, 선택된 결함 평가 방법에 따라 탱크의 잔여 강도와 안전 계수를 산출하여, 결함이 있는 재료 부분의 최대 등가 응력을 결정합니다.평가 결과에 따라 결함 수정 방법과 일정에 대한 권장사항을 제시합니다.잔여수명 예측은 저장탱크의 사용 시작 시점 및 결함 크기 등의 정보를 바탕으로 잔여수명 예측 모델을 구축하고, 추정된 성장률 정보를 적용하여 금속 결함 특성의 향후 성장 양상과 이가 재료의 무결성에 미치는 영향을 판단한 뒤, 재검사 방법 및 시간 간격 등에 대한 권고사항을 제시하는 것입니다.4.3 위험 완화 조치 위험 평가 및 무결성 평가 결과에 기반하여, 특정 누출 사고의 발생 확률이나 결과를 줄이기 위해 위험 완화 조치를 취한다.위험 완화 조치는 전반적으로 3가지 유형으로 나눌 수 있습니다: 예방적 통제 조치, 검출적 통제 조치, 그리고 보호적 통제 조치입니다.예방적 통제 조치는 누출 사고가 발생하는 것을 근본적으로 막는 것을 목표로 하며, 검출적 통제 조치는 누출 사고가 발생한 후 가능한 한 빨리 위험한 물질의 누출을 파악하는 데 초점을 맞춥니다. 보호적 조치는 누출을 줄이고, 누출이 주변 지역에 더 심각한 영향을 미치는 것을 방지하는 조치를 의미합니다.5. 결론 저장탱크의 완전성 관리에 있어서는 위험 평가와 완전성 평가를 기반으로 한 유지보수 전략을 채택하는 것이 불가피한 발전 방향입니다. 앞으로는 저장탱크의 완전성 관리 체계와 플랫폼을 구축하여 데이터 수집, 평가, 유지보수라는 순환 과정을 실현해야 합니다. 이를 바탕으로 저장탱크 구역 내의 장비들과 안전 계측 시스템의 완전성 관리까지 확대해 나가야 하며, QRA, HAZOP와 같은 공정 안전 평가 방법들도 함께 활용함으로써 최종적으로 저장탱크 구역 전체의 완전성 관리를 실현할 수 있을 것입니다.6. 참고 문헌: CSB 조사 보고서, “웨스트버지니아주 찰스턴 지역의 화학물질 유출로 인한 공공 급수원 오염”, 보고서 번호 2014-01-I-WV; API 출판물 353, “터미널 및 탱크 시설의 시스템 무결성 관리”, 2006년; APIRP 575, “대기압 및 저압 저장탱크에 대한 검사 방법”, 제3판; **안전감독총국의 화학물질 저장소 안전 관리 강화에 관한 통지, 안감총관삼〔2014〕68호**；천건봉, 세비원, 심육신 등. 저장탱크와 공정 파이프라인의 무결성 관리. 석유가스저장운송, 2011년 04호