화공안전기술사 126회에 출제된 고압산소 취급 배관 급속 화재 사고 원인, 재발방지 대책에 대해 알아보겠습니다. 사고조사에 대한 사항으로 해당 자료를 미리 확인하지 않거나, 관련 업무와 무관한 업무를 수행하는 경우 접근하기 쉽지 않았던 문제였습니다.
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<화공안전기술사 출제문제>
(2022-126-25) 2교시
A 기업에서는 기체 상태의 고압산소를 취급하는 배관에서 급속한 화재 사고가 2차례 발생하여 각각 3명씩 6명이 사망하는 사고가 있었다. 첫 번째 사고 때 배관의 재질은304 스테인리스강이고, 두 번째 사고의 재질은 탄소강이다. 산소배관에서 급속한 화재가 발생하는 원인과 재발방지대책을 설명하시오.
관련 사항은 산소배관_화재사고(OPL) 안전보건공단, 중대사고 이슈 리포트_2021.04, KOSHA Guide (P-138-2013) 산소 과잉 분위기의 화재 위험성 및 방지대책에 관한 기술지침 참고하시면 됩니다.
1. 개요
- 공기 중 조건에서와 달리 고압산소 조건에서는 극미량의 가연물만으로도 화재ㆍ폭발이 발생가능
- 연소속도가 높아 순식간에 배관 등을 녹일 수 있는 온도까지 연소온도가 상승
2. 화재 원인
1) 산소 배관 내 가연물 잔류
- 산소배관 내 그리스 등 가연물이 조금이라도 있는 경우 화재 발생 가능
- 밸브 조절 시 그리스 등 산소와 충돌 / 반응
- 급격한 조작에 따른 마찰열
- 단열 팽창 현상이 점화원으로 작용 가능
2) 차단밸브 전 후단 균압 조치 소홀
- 밸브 조작시 배관 내 산소의 고속 흐름 유발 가능
- 생성된 난류가 배관내 금속 입자간 / 급속입자 & 배관 충돌 촉진
- 고농도 산소(99.5% 이상) 하에 점화되어 고압산소화재로 발전
3) 산소배관 재질 선정
- 허용 유속 이상 산소 흐름 형성되는 경우 화재, 폭발에 취약한 일반탄소강 재질 선정
※ 산소 배관내 부식 / 마모 등으로 인해 탄소강 금속입자는 가연물 / 점화원으로 작용 가능
4) 산소배관 화재/폭발 정보 부재
- 유틸리티 시설로만 인지되는 산소 공급 시설
- 화재 / 폭발 매커니즘 파악 X
3. 재발방지 대책
1) 균압 배관 & 조작 주의
- 가능한 밸브 개폐는 천천히 + 배압 가압으로 차압 최소화
- 압력차가 있는 경우 균압배관으로 바이패스 설치 압력차 최소화
2) 취급설비 내부 관리
- 잔류 먼지로도 화재 발생 가능
- 윤활유 등 내부 가연물 완전 제거 운전
3) 재질, 유속 관리
- 재질에 따라 재질 연소 위험
- 유속 / 압력 고려하여 재질 선정
※ 150℃ 까지는 카본스틸 적용 가능
※ 200℃ 까지는 스테인리스 스틸 / 비철 금속류 사용 가능
→ 약 10MPa.abs의 탄소강내 유속은 5m/s 까지 가능
4) 산소배관 취급 위험성 인지 / 자료 확보
- 산소 배관 설계 기준 / 밸브 조작시 위험성 등 확보
- 운전 매뉴얼 / 작업 표준 등 작성
5) 정기적인 점검
- 난류 흐름 유발 가능 구간 → 스테인리스강 등 재질로 교체
6) 적합한 차단밸브 선정
- 완전 폐쇄 / 완전 개방 작동
- 스로틀링(Throttling)모드에서 사용 지양
- 볼 / 플러그 밸브 빠른 개폐로 난류 형성시 단열압축에 의해 온도 상승 가능
- 빠른 개폐 방지 위해 기어 작동기(Gear Operator) 장착
4. 산소 화재 특성
- 압력이 높을수록 점화온도를 낮춤, 연소속도 증가
- 오일, 그리스 등 산소 존재하에서 쉽게 점화 & 폭발적 연소
→ 산소와 접촉할 우려 있는 부분 탄화수소계 오일 / 그리스 사용X
- 오일, 그리스 연쇄반응 → 금속의 연소 / 용해 가능
- 점화원 : 단열 압축, 마찰, 기계적 충격, 전기불꽃, 입자상 물질 함유한 높은 가스속도
화공안전기술사 126회에 출제된 고압산소 취급 배관 급속 화재 사고 원인, 재발방지 대책에 대해 알아보았습니다.
다른 문제들은 아래 링크 참조 바랍니다.
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