페놀수지 반응기 폭발사고 (2020.09.10)

온산공단 페놀수지 반응기 폭발사고 (2020.09.10)

2020년 9월10일 오전 8시 24분경
울산 온산공단 의 한 사업장에서 페놀수지 제조 반응기에서 이상반응으로 반응기 폭발사고가 발생했다. 당국은 반응기의 이상반응으로 폭발된 것으로 추정하며, 다행히 인명피해는 없다.

과거 LPB 반응기 폭발사고 사진

✅ 뉴스 출처 
ccnews.lawissue.co.kr/view.php?ud=2020091009181010699a8c8bf58f_12

울산 울주군 온산읍 공장 페놀수지 제조 반응기 폭발 사고…인명피해 없어

✅  페놀-포름 알데히드 폭주 반응 : 사례 연구
Gargi Bhattacharjee ,Susmita Neogi &수딥 쿠마르 다스 

소개
화학 공정 산업에서 작업장 사고는 규정, 기술 보호, 캠페인, 교육 등에도 불구하고 흔합니다. 따라서 위험과 위험을 식별하고 평가하는 것은 안전 관리의 필수 단계입니다 [ 1 – 5 ]. 산업 활동 과정에서 통제되지 않은 개발로 인해 발생하는 열, 독성 물질, 화재 등의 주요 방출은 매우 일반적입니다 [ 6]. 공정 산업에서 사고를 유발할 수있는 오류 또는 잘못된 작동을 예측하기 위해 다양한 위험 분석 기술이 사용됩니다. 따라서 직장 사고 나 사건으로부터 배우는 것은 매우 중요합니다. 사고 조사와 사고로부터 배우는 것은 중요한 연구 주제이며 다양한 방법론과 접근 방식이 개발되고 사용되었습니다 [ 7 – 10 ]. 본 논문은 페놀 포름 알데히드 수지 제조 단위에서 발생한 사고를 기반으로 한 작업 위험 분석 (JHA) 및 SWOT 분석을 다룹니다.

방법론
작업 위험 분석
작업 위험 분석 (JHA)은 산업 공정에서 위험 식별 및 위험 평가에 사용되는 귀중한 기술입니다 [ 11 ]. 작업자, 작업, 도구 및 작업 환경 간의 관계에 중점을 둡니다. JHA는 작업의 각 단계를주의 깊게 연구하고 기록한 다음 기존 또는 잠재적 작업 위험을 식별하여 작업을 수행하는 가장 좋은 방법을 결정하여 위험 가능성을 줄이거 나 완전히 제거한 후 적절한 작업 절차를 식별했습니다. 이 방법은 작업을 수행하는 가장 안전한 방법을 계획하는데도 효과적임이 입증되었습니다 [ 3]. 이 분석의 이점은 근로자의 부상과 질병을 줄이는 것입니다. 생산성을 높이고 근로자 보상 비용을 줄이는 더 효과적이고 안전한 작업 방법을 식별합니다. 또한 신입 사원 교육을위한 귀중한 도구입니다. 경영진은 또한 JHA에서 확인한 시정 조치를 취하여 직원의 안전과 건강에 대한 헌신을 입증해야합니다. JHA는 위험한 상황에서도 경영진이 신뢰와 직원의 신뢰를 얻는 데 효과적입니다 (US Department of Labor, OSHA 3071 [ 12 , 13 ]). JHA는 세 가지 주요 단계로 구성됩니다 [ 11 ] :

1. 식별 – 특정 작업을 선택하고 작업을 일련의 단계로 나누고 작업 중에 발생할 수있는 사고를 식별합니다.
2. 평가 – 작업 중에 발생할 수있는 위험을 평가합니다.
3. 조치 – 위험을 줄이거 나 제거하기위한 조치.

또한 직원과 상사가 업무를 완전히 이해하고 절차 [ 14 , 15 ] 에 따라 수행 할 수 있도록 공식적인 업무를 설명합니다 .

SWOT 분석
SWOT 분석 (강점, 약점, 기회 및 위협)은 강점과 약점을 식별하고 산업의 기회와 위협을 조사하는 효과적이고 유용한 도구입니다. 강점 및 약점 분석은 과거 성과, 현재 강점, 자원 및 능력에 중점을 둡니다. 기회 분석은 작업 절차 및 작업 환경의 개선에 초점을 맞추고 있으며 위협은 작업의 장애물과 생산성에 영향을 미치는 문제를 나타냅니다.

SWOT 방법은 문제의 솔루션을 식별하거나 조직 내의 강점과 약점, 조직 외부의 기회와 위협을 분석하는 계획을 개발하는 데 사용됩니다. 내부 및 외부 요인은 조직의 장점과 기회 인 긍정적 인 점과 약점과 위협 인 부정적인 점을 강조합니다. 그것은 경영진과 근로자에게 직업과 작업 환경에 대한 명확한 아이디어를 제공합니다. 따라서 사고 / 미사 근 상황을 최소화하고 안전 의식을 높입니다.

폭주 반응
폭주 반응은 생성 된 열이 용기의 냉각 용량을 초과하기 때문에 가속화되는 화학 반응입니다 [ 16 ]. 제어되지 않거나 폭주하는 반응은 원자재의 오 충전, 오염 물질의 존재, 원자로의 냉각 시스템 고장 등과 같은 다양한 상황의 결과로 발생합니다. 열 생성이 원자로의 제거 능력을 초과하면 반응이 가속화 될 수 있습니다. , 그것은 폭주이며 온도를 증가시키고 어떤 경우에는 압력을 증가시킵니다. 압력이 크게 증가하면 작업자가 부상을 입을 수있는 잠재적 위험이있는 폭발이 발생할 수 있으며 공장 내 또는 외부에서 사망 할 수도 있으며 환경에 영향을 미칠 수 있습니다. 바튼과 놀란 [ 17]는 1962 년부터 1987 년까지 영국에서 189 건의 폭주 반응의 사건과 원인을보고했으며, 그중 64 건은 중합 반응과 관련이 있었고 13 건은 페놀과 포름 알데히드 반응에만 관련되었습니다. 영국 플라스틱 연맹 [ 18]는 폭주 반응을 최소화하고 제어하는 ​​데 도움이되는 페놀-포름 알데히드 반응에 대한 소책자를 출판했습니다. 1997 년 9 월 10 일 콜럼버스의 Georgia Pacific Resins Plant는 폭주 반응으로 인해 페놀-포름 알데히드 수지 반응기 2 번에서 대규모 폭발을 경험했습니다. 폭발로 인해 액체 수지 및 기타 화학 물질이 방출되었습니다. 이 사고로 작업자 한 명이 사망하고 다른 직원 4 명이 부상을 입었고 소방관 3 명이 화학 화상을 입었습니다. 폭발은 공장에서 최소 2 마일 떨어진 곳에서 느껴졌습니다. 공장 반경 3/4 마일 이내의 주민들은 대피했습니다. 콜럼버스시의 사건 보고서에 따르면 [ 19], 주민 8 명과 안전 담당자 1 명을 포함한 9 명이 사고 당시 증상을 호소했습니다. 증상으로는 피부 작열감, 발진, 인후통, 두통, 기관지염으로 인한 호흡 문제, 목의 타는듯한 느낌, 메스꺼움 등이 있습니다. 많은 주민들이 눈이 타거나 코와 목에 자극을 받았다고보고했습니다.

페놀-포름 알데히드 반응
페놀 수지는 산성 또는 염기성 촉매의 존재하에 페놀 또는 치환 된 페놀과 포름 알데히드와 같은 알데히드의 반응에 의해 제조된다. 페놀 수지는 목재-파티클 보드, 섬유판, 합판, 부직포 및 단열재, 코팅제, 종이 및 몰딩 컴파운드 및 수성 페인트 용 접착제, 첨단 고온 제조용 접착제로 사용됩니다. 내성 복합 재료. 산촉매 된 페놀 포름 알데히드 수지는 노 볼락으로 알려져 있으며 염기 촉매 된 수지는 레졸이라고합니다.

레졸에는 첨가, 축합 및 경화의 3 단계 중합 반응이 있습니다. 첫 번째 단계는 페놀에 포름 알데히드를 첨가하여 메틸로 페놀 (2 히드 록시 메틸 페놀, 4- 히드 록시 메틸 페놀, 2,6- 디 히드 록시 메틸 페놀, 2,4- 디 히드 록시 메틸 페놀 및 2,4,6- 트리 히드 록시 메틸 페놀)을 형성하는 것입니다. 이 메틸로 페놀은 응축되어 저 분자량 프리폴리머를 형성합니다. 가열시 프리폴리머는 단단한 가교 네트워크 [ 20 ]를 가진 다양한 분자량 폴리머로 변형됩니다 . 산 촉매 반응에서 첫 번째 단계는 부가 반응 인 포름 알데히드와 페놀이 메틸로 페놀 (2- 히드 록시 메틸 페놀, 4- 히드 록시 메틸 페놀)을 형성하는 반면, 메틸로 페놀은 축합하여 디 히드 록 시디 페닐 메탄을 형성하고 가열시 최종적으로 함께 축합되어 선형 중합체를 형성합니다. novolacs [21 ].

Debing et al. [ 22 ] 레졸 형성의 동력학 촉매로서 암모니아를 사용하여 요금이 첫번째 순서였다 연구 하였다. Goldblum [ 23 ]은 암모니아와 산촉매 페놀-포름 알데히드 반응은 본질적으로 유사하지만 암모니아 촉매 수지의 분자량은 황산을 촉매로 사용하여 얻은 수지보다 2 ~ 3 배 더 높다고보고했습니다. Megson [ 24 ]은 산성 조건에서 반응이 이분자 라고보고 했지만 Jones [ 25 ]는 저온에서 반응이 단 분자라고보고했습니다. 알칼리 상태에서는 단 분자 반응과 이분자 반응이 모두 관찰되지만 일반적으로 암모니아는 단 분자 반응을 일으 킵니다.

페놀 포름 알데히드 반응은 발열 성이며 사고 가능성은 다른 화학 반응보다 높습니다. 일단 반응이 시작되면 반응에 의해 생성 된 열이 반응 속도를 높이고 더 많은 열을 생성하여 반응을 가속화합니다. 영국 플라스틱 연맹 [ 18 ] 에 따르면 반응의 열은

Δ HR=− 1 7.2kJ / mol의 HCHO가 a−CH2OH 메틸 올기Δ HR=− 90kJ / mol의 HCHO가 a−CH2−메틸렌 브릿지
암모니아 촉매 수지의 반응열은 ΔHR = -66에서 -71.5 kJ / mol 사이입니다.

제조 공정
배치에서 페놀 대 포름 알데히드의 비율은 약 1 : 1.1이었고 촉매 암모니아는 배치 총 질량의 약 1/40 배였습니다. 제조 공정에서 원료 페놀은 87 % 농도의 수용액으로 취했고 포르말린 농도는 약 37 %였습니다. 6,000 L의 배치를 사용하여 수지를 준비했습니다.

반응기에 페놀과 포름 알데히드를 충전 한 후 일반적으로 오버 헤드 탱크에서 암모니아를 첨가했습니다. 또한 가열 또는 냉각 목적으로 반응기 외부 재킷에 가열 코일 및 냉각 코일 배열이있었습니다. 반응기 질량은 전기 모터를 사용하여 지속적으로 교반되었습니다. 반응기 바닥에는 배수관이 하나 제공되었습니다. 반응기에는 온도와 압력을 측정하기 위해 각각 온도 표시기와 압력 게이지가 부착되어 있습니다.

원자로 상단에는 원자로와 수신기가 연결된 수직 응축기가 있습니다. 응축기에서 응축 된 반응기의 증기는 원하는 품질의 증류 액에 도달 할 때까지 반응기로 다시 돌아와서 리시버로 옮겼습니다. 파열판이 반응기와 응축기 증기 파이프 라인 사이에 설치되었습니다. 고압의 경우 파열 된 디스크가 열리므로 원자로가 절약됩니다. 반응기 재킷의 증기 공급을 약 100 ° C에서 증가 또는 감소시켜 반응기의 온도를 유지했습니다. 반응기의 온도가 높아지면 재킷에 냉수를 적용하여 온도를 유지했습니다.

사건
이 사건은 2001 년 8 월 26 일 오후 2시 45 분경 인도 서 벵골 나디아 구 칼리 야니에서 발생했습니다. 사고 당일 암모니아를 촉매로 사용하여 시운전이 시작되었습니다. 초기 작업은 가성 소다를 촉매로 사용했으며 안전한 작업 절차를 사용할 수있었습니다. 따라서 암모니아를 촉매로 사용하는 반응에 대한 안전한 작동 절차가 없으므로 전문가의 감독하에 수동 제어를 사용하여 전체 작동이 시작되었습니다. 페놀, 포름 알데히드 및 ​​액체 암모니아는 저장소에 저장되었습니다.

초기에 87 % 농도의 수용액에 페놀을 넣고 37 % 농도의 포르말린을 반응기로 옮겼다. 반응기의 교반 장치는 천천히 시작되었다. 그 후 촉매로서 액체 암모니아를 반응기에 수동으로 첨가 하였다. 촉매를 첨가하는 동안 액체 촉매가 작업자의 손에 쏟아졌고 작업자는 약간의 타는듯한 느낌을 받았습니다. 반응 물질의 온도는 이미 거의 100 ° C까지 증기 가열에 의해 상승되었으며 몇 분 후에 온도가 비정상적으로 상승하는 것이 관찰되었습니다. 원자로 근처에있는 감독관은 원자로에서 약간의 이상을 느꼈고 발전소에서 사용할 수있는 몇 개의 100/200 L 드럼으로 원자로에서 반응 물질을 배출하도록 지시했습니다. 드럼을 채운 후 작업자는 반응 구역에서 떨어진 열린 공간으로 옮겨진 일부 드럼의 뚜껑을 닫았습니다. 반응기에는 여전히 반응물이 몇 개있었습니다. 몇 분 후 닫힌 드럼이 차례로 폭발하고 30-40 피트 높이로 날아가는 드럼 조각이 인근 지역 창고의 벽과 지붕을 쳤습니다. 원자로의 잔류 물질은 다른 빈 드럼으로 배출되었고 그 드럼은 닫히지 않았습니다. 이 드럼은 폭발하지 않았습니다. 원자로의 잔류 물질은 다른 빈 드럼으로 배출되었고 그 드럼은 닫히지 않았습니다. 이 드럼은 폭발하지 않았습니다. 원자로의 잔류 물질은 다른 빈 드럼으로 배출되었고 그 드럼은 닫히지 않았습니다. 이 드럼은 폭발하지 않았습니다.

사고의 가능한 원인
검사 결과 촉매로 사용 된 액체는 액체 암모니아가 아니라 농축 된 질산 인 것으로 밝혀졌다. 반응기 내부의 반응물이 격렬하게 반응합니다. 농축 된 질산은 반응기 질량의 온도를 증가시키는 폭주 반응으로 반응을 유도하는 데 도움이됩니다. 따라서 원자로에서 비정상적인 온도 상승이 관찰되었으며 냉각 장치가 원자로 온도를 제어하기에 적절하지 않았습니다. 고온에서의 격렬한 반응 (10 ° C마다 반응 속도가 약 2 배 증가)과 증기 생성으로 인해 닫힌 드럼은 고압을 경험했습니다. 높은 압력으로 인해 드럼이 폭발했습니다. 뚜껑이없는 드럼은 폭발하지 않았습니다. 반응 물질의 배출은 반응기를 절약했습니다. 따라서 운영자가 잘못된 촉매를 추가 한 것이 분명했습니다. 액상 암모니아 대신 농축 된 질산을 공정에 적용하고 속도도 빠릅니다. 조사 결과 인적 및 유지 보수 오류로 인해 사고가 발생한 것으로 나타났습니다.

오류 및 사고 분석
사고 조사를 위해 작업 위험 분석 (JHA) 및 SWOT 분석이 수행되었습니다. 표  1 은 JHA의 기본 단계를 보여줍니다. 사건의 모든 가능한 요인을 간단한 단계별 방식으로 설명합니다. 분석 결과이 사고의 주요 원인이 작동 오류 및 유지 보수 오류 인 것으로 나타났습니다. 촉매 용기에 라벨이 표시되지 않아 유지 보수 오류가 발생하여 작업자가 잘못된 촉매를 추가했습니다. 이 분석은 또한 표 1에 표시된 예방 조치를 제안합니다  . 표  2이 사고의 원인을 식별하고 향후 이러한 유형의 사고를 예방할 수있는 솔루션을 찾은이 제조 공장의 강점, 약점, 기회 및 위협을 나타내는 SWOT 분석을 보여줍니다. 이 분석은 공장의 감독이 공정에 대한 지식과 경험을 가지고 있지만 잘못된 관리가 사고의 주요 원인이라는 결론을 내 렸습니다.

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