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사업추진배경
휘발성유기화합물질(volatile organic compounds, VOCs)은 상온, 상압에서 기체상태로 존재할 수 있는 모든 유기성 물질로 건강에 직접적으로 유해한 영향 을 미치거나 대기 중에 배출된 후 여러 가지 화학반응 을 통해 유해물질을 생성시키고 있기 때문에 정부 및 기업에서 그 배출량을 줄이기 위해 노력하고 있다.
우리나라의 화학물질 배출량조사제도(TRI, toxic inventory release)는 1996년 OECD 가입시 PRTR (pollutant release and transfer register)의 이행을 약 속함에 따라 1999년 석유정제업과 화학업종을 대상으 로 처음 배출량조사가 이루어졌으며, 이후 매년 환경 배출량 및 이동량을 의무적으로 보고하도록 규정하고 있다. 2005년부터 화학물질 배출저감 자발적 협약 (30/50 프로그램)을 체결하고 있으며, 2008년 50개 자발적 참여 사업장에 대한 화학물질 배출량 공개를 시작으로 2010년까지 모든 사업장에 대하여 사업장별 화학물질 배출량을 공개할 예정에 있다.
또한 악취방지법이 강화됨에 따라 주요 산업단지들 이 악취관리지역으로 지정되었으며 산업의 고도화에 따라 대기 중으로 배출되는 질소산화물, 황산화물, 오존 등과 같은 기준오염물질(criteria air pollutant) 이외에 도 유해성이 높은 화학물질(HAPs, hazardous air pollutants)에 대한 관리의 필요성이 증대되고 있다.
따라서 지금까지 소각, 흡수, 흡착 등과 같이 다양한 저감기술에 대한 시설투자로 배출량이 효과적으로 감소 한 굴뚝, 소각로 등과 같은 점오염원에 비해 전체 VOCs 배출량의 약 50%를 차지하지만 아직 그에 맞는 조치가
이루어지지 않는 밸브, 플랜지, 펌프, 연결부 등과 같은 비산배출원에 대한 관리는 많은 개선의 여지가 있다.
원격 인식 LDAR 시스템 개발 과정
이러한 비산배출원에 대한 관리를 위하여 본사는 환경기술연구개발사업의 연구결과인 “휘발성 유기화 학물질 누출메카니즘, 누출모델, 배출계수, 누출제어 방안의 경제성 평가기술 및 VEER software”를 토대 로 비산배출원에서의 VOCs의 누출을 제어하는 비산 배출원관리시스템(LDAR, leak detection and repair)을 개발하여 2003년부터 국내 5개 기업, 10개 사업장, 15개 단위공장에서 시범적으로 도입하여 운 영한 결과 다음과 같은 요구사항이 발생하였다.
- VOCs 이외의 물질에 대한 관리 방법 개발 - 바코드 태그에 대한 인식율 개선 및 정보처리 속
도 개선
- 지리적 또는 안전상의 문제로 접근이 불가능한 장치에 대한 측정ㆍ관리
방승석·신승원·박현수
㈜티오이십일, {ssbang, twodori, hspark}@to21.co.kr
그림 1. LDAR 시스템 개요.
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원격 인식 비산배출원관리시스템 개발
- 기존 시스템 내에 누적된 다량의 데이터에 대한 효과적인 관리ㆍ활용
이와 같은 개선 요구사항들을 개발ㆍ적용하여 원격 인식 비산배출원관리시스템을 개발하였다.
PDA datalogger
개발기존의 LDAR 시스템에서 장치모니터링을 위해서 는 검지기와 더불어 측정대상장치를 확인할 장치목록, 바코드를 인식하기 위한 바코드 스캐너, 그
리고 측정결과를 데이터베이스에 입력하기 위한 datalogger를 모두 휴대해야만 하기 때 문에 작업효율이 현저하게 떨어질 뿐 아니라 복잡한 현장에서 안전사고 및 해당 플랜트의 운전에도 영향을 미칠 가능성이 컸다. 따라 서 이러한 위험요소를 줄이고 작업효율을 높
이기 위하여 산업용 PDA를 도입하고 PDA용 datalogger를 개발함으로써 측정목록과 바코드 스캐 너, 그리고 datalogger를 통합하였다.
휘발성 무기화합물질 관리방법 개발 VOCs 외에도 화학물질 배출량 정보 공개, 악취방지법, HAPs 관리 등의 비 산배출원에 대한 환경정책이 강화됨에 따라 사업장에서는 NH3, H2S, CO, HCl, Cl2, HF 등과 같은 악취유발물질 및 위 해성이 높은 휘발성무기화합물(VICs, volatile inorganic compounds) 관리에 대한 관심이 지속적으로 증대되고 있지 만 기존의 LDAR 시스템은 VOCs의 측정값만 처리할 수 있도록 설계되어 있 어서 VICs를 체계적으로 관리하기 어려우며, VICs는 배출량 산정에 활용할 수 있는, 적합한 배출계수가 없 어서 정확한 배출량을 산정할 수 없어 배출원을 관리 하는데 한계가 있었다. 즉, 비산배출원의 관리가 이루 어지고 있는 중에도 VICs는 관리의 사각지대에 놓여 있는 것이다.
따라서 화학물질 배출량 조사 지침(환경부, 2006) 의 배출계수 측정방법에 따라 국내 사업장에 적용 가
그림 2. LDAR 시스템 개선사항.
그림 3. VOCs용 PDA datalogger.
그림 4. VOCs 및 VICs 모니터링.
그림 5. VICs용 LDAR S/W.
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능한 VICs 배출계수와 VICs용 측정프로세스, VICs 용 PDA datalogger를 개발하고 새로운 측정프로세 스와 VICs 검지기 특성에 맞는 LDAR 시스템을 개 발함으로써 LDAR 시스템을 통해 VICs를 더욱 효율 적으로 관리할 수 있도록 하였다.
RFID
측정정보 입출력기술 개발LDAR 시스템을 활용하고 있는 화학 및 석유화학 사업장의 특성상 장치인식 태그는 외부환경에 노출이 되어있어 시설의 도장작업이나 시설의 유지ㆍ보수작 업 중에 그 표면의 오염상황이 심하다. 그렇기 때문에 바코드 태그의 경우, 태그 표면이 오염 및 훼손됨으로 써 인식오류가 발생하게 되고 이에 따른 태그 교체 등 과 같은 추가작업을 필요로 함에 따라 시간과 인력, 금전적인 손실 발생이 불가피하게 되었다. 이러한 오 류를 줄이기 위하여 태그 내부의 메모리에 저장된 정 보를 인식하는 RFID 태그를 도입하여 인식오류를 줄 이고 인식속도를 개선하여 작업효율을 향상시켰으며, 태그에 누출이력을 입력함으로써 주요 누출장치에 대 한 상시점검이 가능하도록 하였다.
Laser imaging
측정기술 개발LDAR 시범사업 결과, 관리대상장치의 약 21%
정도가 정상적인 측정이 어려운 장치(측정난해, 측 정면제)들로 구성되어 있었다. 이러한 장치들은 누 출여부를 제대로 알 수가 없으며, 실제 누출이 일어 날 경우 배출에 의한 원료손실 및 환경문제를 방치 하게 되며, 잠재적인 안전사고의 원인이 될 가능성 이 크다. 또한, 실제 누출여부를 측정하고자 할 경
우 상당한 안전사고의 위험 성이 존재한다. 따라서 적외 선 가스측정기를 도입하여 laser imaging 기술을 이용 한 측정프로세스를 개발하 여 LDAR 시스템에 적용함 으로써 측정이 어려운 장치 비율을 줄이고, 또한 상시감시체계를 구축하여 정해 진 측정주기와 상관없이 주요 관리대상장치에 대하여 수시로 측정이 가능하도록 함으로써 비산배출원에 대 한 관리효율을 증가시켰다.
품질개선 프로그램(QIP) 개발
LDAR 시스템이 전 사업장에 걸쳐 확장ㆍ구축되면 관리대상 장치수는 수만~수십만개(pts.)에 이르게 된 다. 이 경우 비산배출원의 배출경향 분석은 물론 LDAR 시스템의 운영현황 파악조차도 어려워질 수 있 다. 따라서 품질개선 프로그램(quality improvement program, QIP)을 통해 관리자와 실무담당자가 비산배 출원을 관리활동 상황을 정확하게 파악하고 효과적으 로 대처하기 위하여 측정 및 보수현황을 구체적으로 제 신사업 소개
(A) 데이터 전송방식 (B) 현장 적용
그림 6. RFID 적용 사례.
그림 7. 현장 적용 사례.
그림 8. 수시측정 결과 영상.
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원격 인식 비산배출원관리시스템 개발
시하여 LDAR 시스템을 효과적으로 운영하도록 하였 으며, 전체 관리대상장치의 60%를 차지하는 밸브와 플 랜지를 대상으로 각각의 제원정보와의 상관관계를 분 석한 데이터를 수집, 기록하고 이를 바탕으로 각 장치 및 부품의 최적 교체주기를 정립하여 사전에 보수 또는 교체함으로써 의도하지 않은 시설의 향후 시설의 조업 정지(shutdown) 횟수를 줄이는 등 비산배출원의 누출 관리 및 시설관리 효율을 증대시킬 수 있도록 하였다.
사업추진실적 및 기대효과
해외 문헌 및 국내 LDAR 운영실적에 따르면 대부 분의 비산배출원 배출량은 수십만 장치 중 일부 누출 장치로부터 배출된다. 따라서 기업에서는 LDAR 시 스템을 도입함으로써 이들 누출지점을 정확히 규명하 고, 누출지점에 대한 보수활동을 통해 상당한 누출저 감효과를 얻을 수 있으며, 작업장 내 악취를 줄이고 위 험물질에 노출을 줄여 안전사고를 예방하는 등 작업
환경의 개선효과를 가져올 수 있다. 실제로 LDAR 시 스템을 전사업장에 걸쳐 연차적으로 도입한 사업장의 경우, 배출량이 지속적으로 감소하여 LDAR 도입 전 과 비교하여 비산배출원으로부터의 화학물질 배출량 이 약 90% 이상 감소하였다. LDAR 도입 전후로 대 기질을 분석한 사업장의 결과 LDAR를 도입한 후에 공정에서의 VOCs 농도가 낮아진 것을 알 수 있었다.
또한 환경부에서는 HAPs 배출을 저감하기 위하여 HAPs 저감을 위한 시설ㆍ관리지침에서 LDAR를 HAPs 저감기술로 제시하고 있고 LDAR 시스템에서 산출한 배출량 자료는 화학물질 배출량보고시 배출량 산정 근거자료로서 제출이 가능하기 때문에 자발적 배 출량저감 협약(30/50프로그램) 및 사업장별 유해화학 물질 배출량 자료공개, 그리고 향후 HAPs (hazardous air pollutants)에 대한 LDAR 의무화 등과 같은 화학 물질 관련 법규/정책에 효과적으로 대응할 수 있다.
2007년 현재, 6개사, 9개 사업장, 11개 공장에 2006 년부터 신규 개발한 LDAR 시스템을 도입ㆍ구축하 여 운영 중이며, 2008년 현재 7개 사업장에서 도입 예 정에 있다. 한편 환경에 대한 관심이 커지고 환경관련 규제가 강화되고 있으며 화학물질 배출량에 대한 업 체별 자료의 공개를 앞두고 있는 상황에서 각 업체는 기업의 이미지에 영향을 미칠 수 있는 배출량에 민감 하게 반응하고 있기 때문에 좀 더 정확한 배출량 산정 결과를 위하여 기존의 배출량 조사방법을 개선하고자 하는 정부의 정책에 일조할 수 있을 것으로 예상된다.
