Selection of Transition Point through Calculation of Cumulative Toxic Load -Focused on Incheon Area-

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*****인하대학교 환경⋅안전융합전공 석사 (Program in Environment Technology & Safety Technology Convergence, Inha University)

*****한국환경공단 취급시설진단부 주임 (Chemical Facilities Diagnosis Division, Korea Environment Corporation)

*****인하대학교 환경⋅안전융합전공 교수 (Program in Environment Technology & Safety Technology Convergence, Inha University)

*****인하대학교 화학과 교수 (Department of Chemistry, Inha University) Vol. 35, No. 6, pp. 15-24, December 2020

https://doi.org/10.14346/JKOSOS.2020.35.6.15

ISSN 2383-9953 (Online) http://www.kosos.or.kr/jkosos

누적독성부하 산정을 통한 주민소산 전환시점 선정에 관한 연구

-인천지역을 중심으로-

이은지^*⋅한만형^**⋅천영우^***⋅이익모^****⋅황용우^*****†

Selection of Transition Point through Calculation of Cumulative Toxic Load

-Focused on Incheon Area-

Eun Ji Lee^*⋅Man Hyeong Han^**⋅Young Woo Chon^***⋅Ik Mo Lee^****⋅Yong Woo Hwang^*****†

†Corresponding Author Yong Woo Hwang Tel : +82-32-860-7501 E-mail : [email protected] Received : June 25, 2020 Revised : October 12, 2020 Accepted : October 23, 2020

Abstract : With the development of the chemical industry, the chemical accident is increasing every year, thereby increasing the risk of accidents caused by chemicals. The Ministry of Environment provides the criteria for determining shelter-in-place or outdoor evacuation by material, duration of accident, and distance from the toxic substance leak.

However, it is hard to say that the criteria for determining the transition point are not clear. Transition point mean the time that evacuation method is switched from shelter-in-place to outdoor evacuation. So, the purpose of this study was to calculate appropriate transition point by comparing the cumulative toxic load. Namdong-gu in Incheon Metropolitan City was finally selected as the target area, considering the current status of the population of Incheon Metropolitan City in 2016 and the statistical survey of chemicals in 2016. The target materials were HCl, HF, and NH3. Modeling was simulated by ALOHA and performed assuming that the entire amount would be leaked for 10 min.

Residents' evacuation scenarios were assumed to be shelter-in-place, immediate outdoor evacuation, and outdoor evacuation at an appropriate time after shelter-in- place. Based on the above method, the appropriate transition point from residents located in A(800 m away), B(1,200 m away), C(1,400 m away) and D(2,200 m away) was identified. In HCl, appropriate transition point was after 15 min, after 16 min, after 17 min, after 20 min in order by A, B, C and D. In HF, appropriate transition point was before 1 min or after 16 min, before 4 min or after 19 min, before 5 min or after 20 min, before 14 min or after 26 min in order by A, B, C and D. In NH3, appropriate transition point at A was before 4 min or after 16. Others are not in chemical cloud. This study confirmed the transition point to minimize the cumulative toxic load can be obtained by quantitative method.

Through this, it might be possible to select evacuation method quantitatively that cumulative toxic load are minimal. In addition, if the shelter-in-place is maintained without transition to outdoor evacuation, the cumulative toxic load will increase more than outdoor evacuation. Therefore, it was confirmed that actions to reduce the concentration of chemicals in the room were necessary, such as conducting ventilation after the chemical cloud passed through the site.

Key Words : evacuation, chemical leak, transition point, accident, toxic load Copyright@2020 by The Korean Society

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1. 서 론

우리나라 화학산업 발전에 따라 매년 화학물질 유통 량이 증가¹⁾하고 있으며, 이에 따라 화학사고 발생으로 인한 위험도 증대되었다. 2012년에 구미에서 발생한 불산 누출사고 이후 화학사고에 대한 국민적 불안이 증대되면서 환경부는 ｢유해화학물질관리법｣을 ｢화학 물질관리법｣으로 개정하여 화학사고에 대한 관리를 강 화하였다. 유해화학물질을 취급하는 사업장은 취급 전 에 장외영향평가서 및 위해관리계획서를 제출해야하 며, 취급시설의 검사를 받아야 한다. 특히 사고대비물 질을 지정수량 이상 취급하는 사업장이 제출해야하는 위해관리계획서에서는 ‘화학사고 발생시 주민의 소산 계획’ 항목을 작성 및 운영함으로써 화학사고 발생 시 신속한 주민대피 등이 이루어지도록 하고 있다.

화학물질안전원는 “주민소산계획 작성 안내서”를 발간하여 독성물질 누출사고 발생시 사고 물질, 사고 유형, 사고 지속여부 및 영향거리 등을 종합적으로 판 단하여 실내대피 또는 소산을 결정하도록 Table 1과 같이 기준을 제시하고 있다²⁾.

Table 1. Criteria for determination of shelter-in-place and outdoor evacuation

Shelter-in-place Outdoor evacuation Chemical is leaked at once Chemical is leaked continuously Vapor transports rapidly and

dissipates

If there is a possibility of additional leakage

atmospheric conditions in which Vapor can quickly dissipate (atmospheric stability is A or B)

No buildings suitable for evacuation.

The leak can be controlled in a short

time Fume-accompanied fires continue

Insufficient amount of explosion or flammable vapour is not present

Difficult atmospheric conditions to extinguish vapor clouds

In case of a very short exposure time, although within influence

Residents live in an area that is likely to be affected continuously

화학물질안전원은 화학사고 발생시, 사고물질이 주 민대피 가능성이 있는 물질 16종을 주민대피 대비물질 로 지정하여 관리하고 있으며, 해당 물질은 Table 2와 같다. 지자체는 안전원과의 협의를 통해 주민대피 결 정 등을 하도록 하고 있으며 주민대피단계를 총 3단계 (1단계 : 실내대피, 2단계 : 상황관찰, 3단계 : 주민소산) 로 구분하고 있다. 특히 화학사고 주민대피의 기본을 실내대피로 하며, 외출을 자제하고 외부공기 유입을 차단하도록 하고 있다³⁾.

Table 2. 16 Outdoor evacuation target chemical

No Chemical name No Chemical name

1 Ammonia 9 Phosgen

2 Formaldehyde 10 Triethylamine

3 Hydrogen chloride 11 Chlorine dioxide 4 Hydrogen fluoride 12 Hexafluoro-1,3-butadiene

5 Chlorine 13 Cyanide hydrogen

6 Trichloride bovine 14 Methylamine 7 Ethylene oxide 15 Trichloride silane

8 Hydrogen sulfide 16 Fluorine

이와 같이 환경부에서는 독성물질 누출시 주민대피 절차 및 주민대피방법 선정 기준 등을 안내하고 있다. 그러나 이는 실내대피(Shelter-in-place) 또는 주민소산 (Outdoor evacuation)을 결정하는데 있어 명확한 기준을 제시하고 있다고 보기 어려우며, 주민대피 명령의 시 점을 판단하는 기준 등이 명확하지 않은 실정이다.

이와 관련하여, 김민주는 불산 누출사고 발생 시 영향 범위 내에서 누출지점으로부터 실내 농도가 ERPG-2 20 ppm 이하인 범위 내에서는 실내대피 하는 것이 안전하 다고 판단했다. 또한 그 외 범위 내의 주민은 영향범위 밖으로 소산하는 것이 안전하다고 판단하였다⁴⁾. 유병태 는 독성가스 누출시 특정 위치에서 실내농도 변화를 산 정하여 실내농도가 실외농도보다 높아지는 실내대피 한계시점(Terminate Shelter-In-Place)을 결정하였다⁵⁾.

하지만 위와 같은 연구는 노출되는 농도만 고려하고 있으며, 주민이 실내대피 및 주민소산 하는 동안의 독 성부하를 고려하고 있지는 않다.

이와 관련하여 김보민은 사고 발생 시 주민이 대피 소로 이동하는 동안 노출되는 누적 독성부하를 구하고, 프로빗 분석을 통해 사망확률을 고려한 합리적인 대피 소 설치 간격을 도출하였다⁶⁾. 또한 이학태는 누적 독성 부하와 프로빗 분석 이용하여 누출 시 대피속도에 따 른 고령자의 상대적 위험도를 계산하였다⁷⁾.

이와 같이 최근의 누출사고의 피해를 최소화하기 위 한 연구들은 폭로시간이 고려되는 누적 독성부하와 이 를 통한 프로빗 분석까지 진행되는 방향으로 진행되고 있다.

다만, 프로빗 분석은 사망확률을 구하는 분석방법으 로 누적 독성부하가 낮은 경우 그 값이 음수가 나오게 되며, 이 경우 사망확률을 구할 수 없게 되는 한계를 가지고 있다.

위와 같이 프로빗 분석의 한계와 누적 독성부하 계 산의 필요성을 고려할 때 누출사고의 피해 최소화를 위해선 누적 독성부하의 계산이 필수적으로 수행되어

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야 함을 확인하였다.

이에 본 연구에서는 실내에 대피하고 있는 주민이 실외로 소산하는 시점에 따른 누적 독성부하를 산정하 고 비교함으로써 합리적인 소산 전환시점을 확인하는 것을 목적으로 하였다.

2. 연구방법 2.1 연구대상

2.1.1 지역, 대피대상자 및 기상조건 선정

본 연구에서는 인천광역시를 대상지역으로 하였으 며, 인천광역시 내에서 인구 밀집도가 크면서 화학물 질 취급사업장 분포가 많은 곳을 대상지역으로 선정하 기 위해 인구현황 및 화학물질 취급사업장 현황을 조 사하였다.

인구 밀집도 조사를 위해 2016년 인천광역시의 인구 현황을 조사하였으며 세대수는 부평구(216,492세대), 남동구(209,885세대), 서구(194,008세대) 순서로 많았으 며, 인구수는 부평구(549,716명), 남동구(530,982명), 서 구(510,733명) 순으로 많았다⁸⁾.

2016년 화학물질 통계조사 결과에 따르면 인천지역 의 통계조사 대상 사업장은 총 1,190개 이다. 동구가 496개로 가장 많았으며 남동구 463개, 서구 431개 순 으로 많았다.

따라서 본 연구에서 대상지역은 인천광역시 내에서 화학물질 취급사업장이 가장 많으며 인구수가 두 번째 로 많은 남동구로 선정하였다.

이 중 화학물질 취급사업장 분포가 밀집되어 있는 지점을 화학사고 발생지로 설정하였으며, 누출원으로 부터 실제로 800 m, 1,200 m, 1,400 m, 2,200 m 떨어져 있는 A, B, C, D에 위치한 주민을 주민대피 대상으로 Case Study를 진행하였다(Fig. 1).

Fig. 1. Distribution of factory in namdong industrial complex and distance of resident residence location from the central of complex.

기상조건은 인천지역의 2019년 연평균 기온 13.25℃, 연평균 풍속 2.93 m/s 그리고 연평균 상대습도 65%로 하였다⁹⁾.

2.1.2 물질 선정

2016년 화학물질 통계조사 결과 인천광역시 남동구 내 화학물질 취급사업장에서 취급하는 화학물질 중, 연간입고량 및 연간사용판매량이 가장 많은 물질 상위 100개를 선정하였다. 100개 물질 중 ‘사고피해영향 평 가에 관한 지침’에 따른 독성부하 계산식을 사용하여 독성부하를 산정하기 위해, 프로빗 계산식의 계수가 존재하는 물질을 분류하였다. 해당 물질은 염화수소, 불화수소, 암모니아, 톨루엔이다.

본 연구에서는 4개 물질(염화수소, 불화수소, 암모니 아, 톨루엔) 중 주민대피 대비물질 16종에 속하는 3개 물질인 염화수소, 불화수소 그리고 암모니아를 연구대 상 물질로 선정하였다.

2.1.3 저장량 산정

저장량을 산정하기 위해 2016년 화학물질 통계조사 를 이용하였다. 통계조사의 경우 취급량을 범위로 나 타내었으나, 본 연구에서는 저장량을 산정하기 위해 해당 범위에 중앙값을 대푯값으로 하였다. 해당 물질 을 취급하는 사업장들이 연간 입고하는 전체 입고량 (B)을 사업장 개수(A)로 나누어 각 물질별 연간 평균 입고량(C=B/A)을 계산하였으며, 이를 12개월로 나누어 월별 평균 입고량(D=C/12)을 산출하였다. 월별 평균 입 고량은 각 사업장에서 해당 물질을 매월 사용하기 위 해 입고시키는 양이며, 이를 최대로 누출될 수 있는 저 장량인 것으로 가정하였다. 각 물질별 산정근거는 Table 3에 나타내었다.

Table 3. Calculation of storage volume Count of

factory

Total quantity [ton/Y]

Average quantity [ton/Y/Count]

Average quantity [ton/M/Count]

(A) (B) (C = B/A) (D = C/12)

HCl 151 28483 188.6 15.7

HF 30 1336 44.5 3.7

NH3 14 611 43.7 3.6

2.2 ALOHA

ALOHA(Areal Location of Hazardous Atmospheres)는 미국 해양대기국(NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration)이 개발하고, 환경보호청(EPA, Environmental Protection Agency)과 공동으로 활용하는 피해예측 프

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로그램이다. Gaussian 대기 확산 및 DEGADIS 누출모 델을 사용하여 대상 화학물질 별 영향범위를 산정한다. ALOHA는 데이터 입력 시 Building Type을 활용하여 건물 내의 가스농도를 평가할 수 있으며, 실내 공기 환 기율(air exchange rate) (단, 입력값은 0.01~60에 한함) 을 입력하여 시간당 환기횟수를 임의로 적용할 수 있 다. 1,000종 이상의 순수물질 및 5개의 수용액물질(암 모니아수(0~30%), 염산(20~40%), 불산(37~70%), 질산 (69~99%), 발연황산(삼산화황 기준 4~56%))에 대해 위 험성 평가가 가능하며, 관심지점에서의 시간별 농도를 알 수 있다¹⁰⁾.

국내에서는 박상욱이 ALOHA를 이용하여 암모니아 누출 사고 발생 시 장외에 미치는 영향 범위를 산정한 선행연구가 있다¹¹⁾.

본 연구에서는 특정 지점에서의 실내 농도와 실외농 도를 동시에 확인할 수 있어야 하므로 ALOHA(Areal Location of Hazardous Atmospheres)를 모델링 프로그램 으로 선정하였다.

2.2.1 누출률 산정

ALOHA에서는 대략적인 누출량과 누출시간을 아는 경우 Direct Source를 통한 모델링을 권장하고 있다. 연 구대상 화학물질의 월 평균 입고량을 저장량으로 가정 하였다. 최악의 시나리오란 유해화학물질을 취급하는 개별 단위설비 또는 배관 등에서 보유할 수 있는 최대 의 양이 체류된 상태로 화재⋅폭발 및 유출⋅누출되어 사람 및 환경에 미치는 영향범위가 최대인 경우의 사 고시나리오이다¹²⁾. 본 연구에서는 최악의 시나리오 조 건인 10분간 전량누출 조건에서 평가하였으며, 저장량 이 전량누출 되는 것으로 하였다. 이에 따른 누출률은 Table 4와 같다.

Table 4. Leakage rate Storage amount

[ton] Leakage rate [kg/min]

(full leakage for 10 minutes)

HCl 15.7 1,570 kg/min

HF 3.7 370 kg/min

NH3 3.6 360 kg/min

2.2.2 침기율 산정

주민이 실내대피를 하는 경우, 창문 및 출입문 등을 닫아 외부 공기가 실내로 유입되는 것을 차단해야 한 다. 이때 의도되지 않은 경로를 통하여 실내공간에 유 출입되는 공기량이 존재하게 되는데, 이러한 공기의 량과 실체적의 비율을 침기율이라고 하며 ACH50(회, 1/h)라고 표현한다.

한국건물친환경설비학회에서는 에너지절약건물로 평가받기 위해서는 3.0 ACH50 이하의 기밀성능, 패시 브건물로 평가받기 위해서는 1.5 ACH50 이하의 기밀 성능 수준을 만족할 것을 권장하고 있다¹³⁾.

본 연구에서는 침기율이 가장 낮은 패시브건물의 침 기율인 1.5 ACH50을 적용하였다.

2.3 주민대피 시나리오

화학사고 발생 시 사고 물질로부터 영향을 받지 않 도록 출입문 등을 닫고 외출을 자제하며 실내에 머무 는 것을 ‘실내대피’라고 하며, 주민들이 화학사고 발생 지역을 벗어나 지정된 대피소로 이동하는 것을 ‘주민 소산’이라고 정의한다. 또한 ‘주민대피’란 실내대피와 주민소산을 포함한 것으로, 화학사고 발생장소에서 벗 어나 대피소로 이동하거나 누출물질로부터 영향을 받 지 않도록 실내에 머무는 것을 의미한다¹⁾.

본 연구에서는 누출원으로부터 100 m 거리마다 떨 어져 있는 건축물 내에 주민이 거주하고 있다고 가정 하였다. 해당 주민에 실내대피, 주민소산 또는 실내대 피 이후 적절한 시점에 주민소산으로 전환을 명령할 수 있다. 각각의 대피시나리오별 주민에게 미치는 누 적 독성부하를 정량적으로 산정하여 비교하였다.

주민소산을 하지 않고 실내대피만 유지할 경우, 실내 대피 종료시점은 최대 60분까지 인 것으로 가정하였다.

또한 주민소산 시 소산지점은 누출된 독성물질의 ERPG-2에 해당하는 영향범위 밖이며, 연구대상 물질별 ERPG-2 농도는 염화수소 20 ppm, 불화수소 20 ppm, 그 리고 암모니아 150 ppm이다. 이동속도는 65세 이상 노 인의 6분걷기 측정결과 평균 걷는 속도가 약 88.91 m/min 인 것을 고려하여, 1분간 100 m씩 이동하는 것 으로 가정하였다¹⁴⁾.(Fig. 2)

Fig. 2. Visualization of residents evacuation.

2.4 독성부하 산정 방법

ALOHA 모델링 프로그램과 Web Plot Digitizer를 사 용하여 화학사고 발생시, 누출원으로부터 100 m 간격 으로 농도를 1분 단위로 관측 및 수치화 하였다. 독성 물질누출에 의한 영향은 노출된 시간 및 독성치에 비

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례하여 계산하며 시간에 따른 농도변화 유무에 따라 계산한다. 시간에 따라 농도가 변하기 때문에, 분당 평 균 농도를 아래의 식에 적용하여 독성부하를 산정하였 다. 염화수소, 불화수소 그리고 암모니아 모두 동일한 방법으로 총 독성부하를 산정하였다¹⁵⁾.

_≃_{  }



^ ^^^^^

TL = 독성부하(ppm·분)

C = 폭로시간(te)동안 독성물질 농도(ppm) n = 특정 독성물질의 계수

tei = 폭로시간(분)

위 식에서 n(특정 독성물질의 계수)은 화학물질에 따라 달라지며, 염화수소, 불화수소, 암모니아순으로 1, 1, 2를 적용한다. 폭로시간(te)은 화학물질에 노출된 시 간으로, 실내대피의 경우 60분이고 주민소산의 경우 실내대피를 했던 시간과 주민소산을 하여 ERPG-2 범 위를 벗어나는데 까지 걸리는 시간이다.

2.4.1 실내대피 하는 경우

Table 5는 누출원으로부터 거리 및 시간에 따른 실 내농도이다. 가로축은 누출원으로부터의 거리(m)이며 세로축은 시간(분)이다. 예를 들어 누출원으로부터 200 m 떨어진 지점에 위치한 건축물 내에 거주하는 주민이 실내대피한 경우, 해당시간 동안 누적되는 독성부하는 78,792이다.

Table 5. Example of indoor concentration calculation Distance(m)

Time(min) 100 200 300 400 500 600

1 277 79 0 0 0 0

2 987 197 42 17 0 0

3 1,717 436 172 76 27 12

4 3,234 728 319 157 85 42

5 3,923 941 472 235 158 84

...

56 2,089 763 425 288 198 147

57 2,073 744 410 280 183 146

58 1,996 744 395 274 183 143

59 1,949 721 388 267 175 138

60 1,813 702 366 262 175 135

Total 218,968 78,792 41,740 27,146 18,727 14,036

2.4.2 주민소산 하는 경우

주민소산을 실시하는 경우 누적독성부하는 소산을 시작하는 위치에서부터 농도가 ERPG-2 값 이하가 되 는 지점을 이탈하는데 까지 누적되는 독성부하로 하였 다. Table 6은 누출원으로부터 거리 및 시간에 따른 실 외농도이다. 가로축은 누출원으로부터의 거리(m)이며 세로축은 해당지점의 실외에 위치한 주민이 소산을 실 시한 시간(분)이다.

누출원으로부터 200 m 떨어진 지점의 실외에 위치한 주민이 사고 발생 즉시 소산을 실시하며 600 m 떨어진 지점까지 이동할 경우 누적되는 독성부하는 a+b+c+d+e 를 합하여 산출하며, 누적 독성부하는 1,760,091이다.

Table 6. Example of outdoor concentration calculation Distance

(m) Time(min)

100 200 300 400 500 600

1 82,309,377 394,252

(a) 87,809 5 0 0

2 130,783,561 4,405,860 785,756(b) 34,133 1,564 1

3 130,783,561 8,292,190 1,625,911 306,661(c) 45,218 4,855

4 130,783,561 8,292,190 1,710,483 549,449 169,767(d) 48,609

5 130,783,561 8,292,190 1,710,483 549,722 230,571 103,655(e)

6 130,783,561 8,292,190 1,710,483 549,722 230,571 114,570 7 130,783,561 8,292,190 1,710,483 549,722 230,571 114,566

2.4.3 실내대피에서 주민소산으로 전환하는 경우

실내 거주중인 주민이 실외로 소산하게 되는 경우는 대피명령 이전까지 실내에 머물렀을 때 누적되는 독성 부하와 대피명령 이후 ERPG-2의 영향범위 밖으로 소 산할 때 누적되는 독성부하를 더한 값으로 하였다.

Fig. 3. Visualization of transition from indoor evacuation to outdoor evacuation.

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3. 연구 결과 3.1 모델링 결과

ALOHA 프로그램을 이용하여 대상물질(염화수소, 암모니아, 불화수소)이 10분간 전량 누출된 경우의 누 출시나리오를 모델링하였으며, 모델링 결과는 Table 7 에 나타내었다. ERPG-2의 영향범위가 가장 큰 경우는 염화수소 15.7톤이 10분간 전량누출 된 경우로, ERPG-2 영향범위는 약 6,800 m이였다. 독성 영향범위가 가장 작은 경우는 암모니아 3.6톤이 10분간 전량 누출된 경 우로, ERPG-2 영향범위는 약 1,000 m이다.(Table 6)

Table 7. Result of Modeling Leak amount

[ton] Leak time

(min) Leakage

[kg/min] ERPG-2 End point [m]

HCl 15.7 10 1,570 6,800

HF 3.7 10 360 2,400

NH3 3.6 10 370 1,000

3.2 누적독성 산정 결과 3.2.1 염화수소

Fig. 4은 누출원으로부터 800 m 떨어진 지점에서의 염화수소의 모델링 결과 그래프이다. 누출된 증기운이 해당지점을 지나가면서부터 실외농도가 급격하게 증 가하며, 실내농도가 서서히 증가한다. 약 12분 후 실내 농도가 실외농도보다 높아지는 교차점이 존재한다. 염 화수소가 800 m 떨어진 지점을 통과하기 시작한 이후 로 해당지점을 완전히 통과하는데 까지 걸리는 시간은 약 12분이다.

800 m에서 실내에 위치한 주민의 소산 전환시점에 따른 누적독성부하 그래프는 Fig. 5와 같다. 누출이 일 어난 후 1분 이내에 즉시 소산을 실시할 경우 누적독 성부하는 3,877이다. 누적독성부하는 5분이 될 때까지 급격하게 증가하며, 5분이 경과한 시점에 실외소산으

Fig. 4. Modeling results of HCl full leak for 10 minutes at a distance of 800 meters.

Fig. 5. Cumulative toxicity load graph of HCl according to transition point when HCl full leaks for 10 minutes at 800 m.

로 전환했을 때 누적독성부하는 6,721이다. 5분 이후부 터 약 15분이 되는 시점까지는 시간경과에 따라 누적 독성부하가 점차적으로 감소하며, 15분이 경과한 뒤의 누적독성은 1,627이다. 소산이 15분 보다 늦어지는 경 우에는 시간이 경과함에 따라 누적독성부하는 다시 증 가한다.

60분이 경과한 시점의 누적독성부하는 8,982이며, 이는 실내대피를 60분간 유지한 것과 동일하다.

소산 전환시점은 누적독성부하가 가장 낮은 때로 하 는 것이 합리적이다. 이에 따라 누출사고가 발생 시 실 내대피를 유지하고 있다가 약 15분경에 소산 하는 것 이 적절한 대피방법인 것으로 확인되었다.

실내로 유입된 독성물질은 사고가 종료된 이후에도 계속 실내에 체류하기 때문에 60분간 실내대피만을 유 지하는 것은 적절하지 못한 것으로 확인되었다.

3.2.2 불화수소

Fig. 6은 누출원으로부터 800 m 떨어진 지점에서의 불화수소의 모델링 결과 그래프이다. 누출된 증기운이 해당지점을 지나가면서부터 실외농도가 급격하게 증 가하며, 실내농도가 서서히 증가한다. 약 13분 후 실내 농도가 실외농도보다 높아지는 교차점이 발생한다. 불

Fig. 6. Modeling results of HF full leak for 10 minutes at a distance of 800 meters.

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Fig. 7. Cumulative toxicity load graph of HF according to transition point when HF full leaks for 10 minutes at 800 m.

화수소가 800 m 떨어진 지점을 통과하기 시작한 이후 로 해당지점을 완전히 통과하는데 까지 걸리는 시간은 약 13분이다.

800 m에서 실내에 위치한 주민의 소산 전환시점 따 른 누적독성부하 그래프는 Fig. 7와 같다. 누출이 일어 난 후 1분 이내에 즉시 소산을 실시할 경우 누적독성 부하는 183이다. 누적독성부하는 7분이 될 때까지 급 격하게 증가하며, 7분이 경과한 시점에 실외소산으로 전환됐을 때 누적독성부하는 1,013이다. 7분 이후부터 약 16분이 되는 시점까지는 시간경과에 따라 누적독성 부하가 점차적으로 감소하며, 16분이 경과한 뒤의 누 적독성은 244이다. 소산이 16분보다 늦어지는 경우에 는 시간이 경과함에 따라 누적독성부하는 다시 시간에 따라 증가한다.

소산 전환시점은 누적독성부하가 가장 낮은 때로 하 는 것이 합리적이다. 이에 따라 누출사고가 발생한 직 후 1분 이내에 즉시 소산을 시작하거나, 실내대피를 유 지하고 있다가 약 16분경에 소산하는 것이 적절한 대 피방법인 것으로 확인되었다.

3.2.3 암모니아

Fig. 8은 누출원으로부터 800 m 떨어진 지점에서의 암모니아의 모델링 결과 그래프이다. 누출된 증기운이 해당지점을 지나가면서부터 실외농도가 급격하게 증 가하며, 실내농도가 서서히 증가한다. 약 13분 후 실내 농도가 실외농도보다 높아지는 교차점이 발생한다. 암 모니아가 800 m 떨어진 지점을 통과하기 시작한 이후 로 해당지점을 완전히 통과하는데 까지 걸리는 시간은 약 13분이다.

Fig. 8. Modeling results of NH3 full leak for 10 minutes at a distance of 800 meters.

800 m에서 실내에 위치한 주민의 소산 전환시점에 따른 누적독성부하 그래프는 Fig. 9와 같다. 누출이 일 어난 후 4분 이내에 소산을 실시할 경우 최대 누적독 성부하는 5,004이다. 누적독성부하는 12분이 될 때까지 급격하게 증가하며, 12분이 경과한 시점에 실외소산으 로 전환됐을 때 누적독성부하는 61,988이다. 12분 이후 부터 약 16분이 되는 시점까지는 시간경과에 따라 누 적독성부하가 점차적으로 감소하며, 16분이 경과한 뒤 의 누적독성은 7,792이다. 소산이 16분보다 길어지는 경우에는 시간이 경과함에 따라 누적독성부하는 계속 증가한다.

소산 전환시점은 누적독성부하가 가장 낮은 때로 하 는 것이 합리적이다. 이에 따라 누출사고가 발생한 직 후부터 약 4분 이내에 소산을 시작하거나, 실내대피를 유지하고 있다가 약 16분경에 소산하는 것이 적절한 대피방법인 것으로 확인되었다.

Fig. 9. Cumulative toxicity load graph of NH3 according to transition point when NH3 full leaks for 10 minutes at 800 m.

(8)

이와 같은 방법으로 거리별 소산 전환시점에 따른 누적독성부하를 산출하였으며 이를 히트맵으로 표현 하면 Fig. 10과 같다. 가로축은 소산 전환 시점(분)으로, 실내대피에서 주민소산으로 전환되는 시점을 의미하 며 세로축은 누출원과의 거리(m)를 의미한다. 녹색, 황 색, 적색 순으로 누적독성부하가 크다.

모든 물질에 대하여 주민소산 전환 시점이 경과함에 따라, 누적독성부하가 커지는 구간이 존재하는 것을 확인하였다.

3.3 주민소산 전환시점 선정 결과

적절한 소산 전환시점은 누적독성부하가 가장 낮은 시점에 소산으로 전환하는 것이며 A(800 m), B(1,200

m), C(1,400 m), D(2,200 m)에 위치한 주민 소산 전환 시점은 Table 8과 같다.

A는 HCl이 누출될 경우, 실내대피를 유지하고 있다 가 약 15분경에 소산하는 것이 가장 적절한 대피 방법 이다. HF가 누출될 경우에는 누출 직후 1분 이내에 주 민소산하거나, 실내대피 후 약 16분 경에 주민소산으 로 전환하는 것이 가장 적절한 대피 방법이다. NH3가 누출될 경우에는 누출직후 약 4분 이내에 주민소산하 거나 실내대피 후 약 16분경에 주민소산을 하는 것이 가장 적절한 대피 방법이다.

B는 HCl이 누출될 경우, 실내대피를 유지하고 있다 가 약 16분경에 주민소산으로 전환하는 것이 가장 적 절한 대피 방법이다. HF의 경우에는 누출 직후 4분 이 Fig. 10. Heatmap of cumulative toxicity load according to transition point and distance.

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Table 8. Appropriate evacuation methods according to the transition point

Residents Chemical Appropriate eacuation methods

A

HCl 1. At first, indoor evacuation and about 15 minutes after, transition to outdoor evacuation

HF

1. Outdoor evacuation within 1 minutes of leakage 2. At first, indoor evacuation and about 16 minutes

after, transition to outdoor evacuation

NH3

B

HF

NH3 Out of vapor

C

HF

NH3 Out of vapor

D

HF

1. Outdoor evacuation within 14 minutes of leakage

2. At first, indoor evacuation and about 26 minutes after, transition to outdoor evacuation

NH3 Out of vapor

내에 주민소산하거나, 실내대피 후 약 19분 경에 주민 소산으로 전환하는 것이 가장 적절한 대피 방법이다. NH3의 경우에는 영향범위의 밖이다.

C는 HCl이 누출될 경우, 실내대피를 유지하고 있다 가 약 17분경에 주민소산으로 전환하는 것이 가장 적 절한 대피 방법이다. HF의 경우에는 누출 직후 5분 이 내에 주민소산하거나, 실내대피 후 약 20분 경에 주민 소산으로 전환하는 것이 가장 적절한 대피 방법이다. NH3의 경우에는 영향범위의 밖이다.

D는 HCl이 누출될 경우, 실내대피를 유지하고 있다 가 약 20분경에 주민소산하는 것이 가장 적절한 대피 방법이다. HF의 경우에는 누출 직후 14분 이내에 주민 소산하거나, 실내대피 후 약 26분 경에 주민소산으로 전환하는 것이 가장 적절한 대피 방법이다. NH3의 경 우에는 영향범위의 밖이다.

4. 결 론

본 연구에서는 인천 남동구 주민을 대상으로 독성물 질 3종(염화수소, 암모니아, 불화수소)의 누출사고 발

생시, 실내에 대피하고 있는 주민이 실외로 소산하는 시점에 따른 누적 독성부하를 산정하고 비교함으로써 합리적인 주민 소산 시점을 확인하는 것을 목적으로 하였다.

누출원으로부터 실제로 각각 800 m, 1,200 m, 1,400 m, 2,200 m 떨어져 있는 A, B, C, D에 거주하고 있는 주 민의 소산시점에 따른 누적독성부하를 산정하였다.

실내대피는 주민이 사고발생 실내대피 상태를 유지 한 것을 의미하며, 주민소산은 주민이 ERPG-2의 끝점 밖으로 소산한 것을 의미한다.

거리 및 주민소산 전환시점에 따른 누적독성부하 산 정을 위해, ① 누출원으로부터 100 m 거리마다 떨어져 있는 위치에 주민이 거주하고 있으며 독성물질(염화수 소, 불화수소, 암모니아) 누출사고 발생시 전환시점에 따른 누적독성부하를 정량적으로 산정하여 비교하였 다. 또한 ② 실제 발생원과의 거리를 고려한 A(200 m), B(800 m), C(1,200 m), D(1,400 m)에서 누적독성부하가 최소가 되는 주민소산 전환 시점을 확인하였다.

연구 결과 주민소산하는 경우 실외의 고농도로 인하 여 더 많은 누적독성 부하를 받게 되는 시점이 존재하 는 것을 확인하였다. 따라서 이러한 시간을 제외하여 주민소산 명령이 내려져야 할 것이다. 누출원으로부터 각각 800 m, 1,200 m, 1,400 m, 2,200 m 떨어져 있는 A, B, C, D에 위치한 주민대피 대상자에 대한 적절한 대 피방법은 Table 8과 같다.

본 연구에서는 주민소산 전환 시점이 정량적으로 도 출될 수 있음을 확인하였다. 이를 통해 향후 주민대피 명령을 내려야 하는 상황에서, 정성적인 판단이 아닌 정량적 방법으로 누적독성부하가 최소가 되는 대피 방 법 및 시간을 선정할 수 있을 것으로 판단된다.

또한 주민소산으로 전환하지 않고 실내대피만을 계 속 유지할 경우, 누적독성부하는 점점 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서 사고 발생 초기에 실내대피를 실시 하고 있다가 누출된 독성물질이 해당 지점을 지나간 이후 실내 대피를 종료하고 환기를 실시하는 등, 실내 화학물질 농도를 낮추기 위한 행동이 반드시 필요함을 알 수 있다. 또한 거리는 같더라도 물질에 따라 소산전 환시점이 달라짐을 확인하였으며, 이를 통해 물질 특 성에 따라 화학사고시 대피방법이 다르게 선정되어야 함을 확인하였다.

본 연구에서는 침기율 기준은 1.5ACH 50라고 가정 하였으나, 실제 건축물들에서는 침기율 조건이 다양하 다. 침기율에 따라 실내로 유입되는 독성물질의 양이 달라질 수 있으므로, 현재 건축물의 침기율 현황을 토 대로 한 연구가 필요할 것으로 보여진다. 또한 주민소

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산 시 이동속도가 현저히 느릴 것으로 예상되는 노약 자 또는 어린이의 경우, 이동하는 동안 독성물질에 노 출되는 시간이 더 길어질 수 있다. 따라서 대피자의 이 동속도에 따른 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다. 누적독성부하가 상대적으로 높은 것이 인체에 치명적 인 영향을 미치는 수준이 아닐 수 있다. 따라서 누적독 성부하에 따른 인체에 미치는 건강영향에 대한 연구가 필요하다.

감사의 글: 이 논문은 2020년도 정부(산업통상자원 부)의 재원으로 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 수 행된 연구임.(N0012787, 2020년 산업혁신인재성장지원 사업)

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