정전기에 의한 화재·폭발 재해조사에 대한 기술지침 개요(KOSHA GUIDE E-182-2021) - 1장
1. 목적
이 지침은 산업안전보건기준에 관한 규칙 제325조(정전기로 인한 화재·폭발 등 방 지)에 따라 화재·폭발 발생사업장에서 재해조사 시에 점화원으로써 정전기로 규 정하기 위해서 고려하여야 할 정전기적 파라미터 및 재해조사에 대한 기술적 사 항을 정함을 목적으로 한다.
2. 적용범위
(1) 이 지침은 인화성 가스·증기·가연성 분진의 폭발위험장소에서 정전기에 의해 발생하는 화재·폭발을 예방하기 위한 위험성 평가 및 그 대책에 적용한다.
(2) 본 지침은 반도체산업 등과 같이 전기·전자기기에서 발생하는 정전기에 의한 장애를 찾아내고 예방대책을 세우는데 적용할 수 있다.
3. 용어의 정의
(1) 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 안전보건기술지침의 “정전기 재해예방에 관한 기술지침”을 준용한다.
(2) 그 밖에 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 이 지침에서 특별히 규정하는 경 우를 제외하고는 산업안전보건법, 같은 법 시행령, 같은 법 시행규칙 및 안전보 건규칙에서 정하는 바에 따른다.
4. 정전기 재해 분석에 대한 일반 사항
(1) 정전기에 의한 재해는 재현성이 낮은 정전기의 대전을 전제로 하고 있어 그 발생은 확률적인 요소가 크다. 그중에서도 화재·폭발은 대전과 함께 방전 및 인화성 물질의 조건이 맞아야 발생하기 때문에 그 확률은 극히 낮다고 할 수 있다. 발생 확률이 낮다는 것은 안전 대책을 실시하지 않아도 거의 화재·폭발 이 발생하지 않는다고 할 수 있지만, 통계적으로는 정전기에 의한 화재·폭발은 최근에 평균적으로 매년 70여 건이나 발생하고 있다. 이 때문에 정전기에 의한 화재·폭발은 발생 확률이 낮지만, 잠재 위험성이 큰 것으로 고려하여야 한다.
(2) 정전기에 의한 재해를 방지하기 위해서는 먼저 그 잠재 위험성을 인식하는 것 을 출발점으로 한다. 그 효과적인 수단은 과거의 재해 사례를 조사하는 것이 다. 사례는 살아있는 교훈이며, 이를 분석하여 다른 생산 공정에서 재해 발생 의 잠재 위험성을 부각시키는 경우도 있다. 유사 재해가 많은 것은 정전기 재 해의 특징 중 하나이지만 그 방지에 대해서도 사례 분석이 유용하다는 것은 두말할 필요가 없다.
(3) 재해의 잠재 위험성을 인식한 후 다음 단계는 생산 공정에 맞는 적절하고 효 과적인 안전 대책을 실시하는 것이며, 그때도 사례 분석을 하면 재해 대책의 맹점이나 요점이 명확해지기 때문에 유용하다.
(4) 이와같이 재해 사례 분석은 재해의 발생 방지를 위해 유용하지만 재해가 부정 적인 이미지를 가지고 있기 때문에 좀처럼 사례가 공표되지 않는다는 문제가 있다. 재해 사례가 상세하게 보고되는 것은 사회적 영향이 큰 대규모 화재·폭 발 등이고, 전문 연구자 등을 포함한 조사단에 의해 조사 보고서가 발표되는 경우이다. 물론 산업 현장에서 화재·폭발이 발생한 경우에는 관할 관청에 의해 재해 원인 조사가 이루어지나, 그 보고서는 대부분 비공개로 되어 있다. 예외 적으로 재해를 일으킨 기업 등에서 전문 연구자 등에게 원인 규명을 위한 기 술 상담이 있고, 실험 등의 조사가 행해진 경우 조건부이지만 조사 결과가 어 떠한 형태로 공표되는 경우가 있다. 이러한 정보도 귀중한 자료가 되기 때문에 적극적으로 수집하고 활용하는 것이 바람직하다.
(5) 재해 사례를 효과적으로 살려 유사 재해 방지에 최대한 활용하기 위해서는 사 례를 과학적으로 분석하는 것이 필요하다. 재해 사례의 과학적 분석 방법으로 는 시스템 공학적 방법인 결함수분석(FTA; Fault Tree Analysis), 사건수분석 (ETA; Event Tree Analysis) 등이 이용된다. FTA는 재해로부터 출발하여 그 원인이 된 요인을 추출하는 방법이다. ETA는 FTA와는 반대로 재해 원인에서 출발하여 체크포인트마다 성공과 실패를 나누면서 재해에 이르는 과정을 분석 적으로 파악해 나가는 방법이다. 이러한 방법은 재해의 원인 규명 외에도 재해 발생 위험성의 사전 평가를 위해서도 사용된다.
(6) 정전기에 의한 재해는 크게 나누어 초보적 실수형과 관리 미비형으로 나눌 수 있다.
(가) 초보적 실수형은 접지 미비로 인해 금속 물체·인체·도전성 재료 등 정전기 유도경로상의 도체가 대전했기 때문에 일어나는 재해 등이며 접지 미비형 이라고도 할 수 있다. 초보적인 실수형의 재해는 정전기의 잠재적 위험성 인식 부족이나 안전 교육의 소홀 등을 배경으로 하기 때문에 재래형 재해 라고 한다. 이 형태의 재해 사례로는 다음과 같은 것들이 있다.
① 유기 용제와 석유 제품을 작업자가 개방 상태에서 취급할 때, 금속 용기, 여과에 사용하는 금속 물체 등의 접지를 소홀히 하였기 때문에 이로부터 발생한 스파크 방전이 점화원이 된 화재·폭발이 있고 과거로부터 있는 이 런 종류의 재해는 아직도 많이 발생하고 있다.
② 분체를 취급할 때도 정전기 대책을 위해 사용한 도전성의 플렉시블 용기 나 백 필터의 접지가 불완전했기 때문에 분진 폭발이나 화재가 발생하고 있다.
③ 그 외, 절연성 호스의 금속제 연결이나 보강 금속선의 접지를 않았기 때 문에 석유 탱크의 폭발과 분진 폭발을 일으킨 사례도 있다.
(나) 관리 미비형의 재해는 주로 절연물 등 대전성 물체가 대전하는 것에 의해 발생하는 재해 등이며 절연물 대전형이라고도 말할 수 있다. 절연물이 대 전하는 경우는 접지만으로는 대전을 방지할 수 없기 때문에 그 대전 관리 가 문제가 된다. 이 유형은 또한 대전 관리 방법·기준이 거의 확립되어 있 지만, 이것을 적극적으로 실행하지 않았기 때문에 재해가 발생한 것과 관 리 방법·기준과 대책 방법이 정해져 있지 않기 때문에 관리할 수 없어 재 해를 일으킨 것으로 나눌 수 있다. 전자는 관리 가능형, 후자는 대책 곤란 형이라고도 할 수 있다.
① 관리 가능형의 재해의 구체적인 예는 과대 유속과 필터에 의해 현저하게 대전된 인화성 액체에서 일어나는 브러시 방전에 의한 점화, 도색공정과 인쇄 공정에서 제전기의 선정을 잘못하거나 그 보수·점검 미비에 의해 일 어난 화재 등이 있다.
② 대책 곤란형의 재해 사례로는 인화성 액체·액화 기체가 고압에서 누설 분 출했을 때의 점화, 절연성의 플렉시블 용기와 종이 포대에서 입자 크기가 미세한 분말을 반응기 등에 투입할 때의 점화, 글라스 라이닝 교반 용기 의 연면 방전에 의한 핀홀과 스태틱 마크의 발생 등이 있다.
5. 정전기 재해 분석기법에 대한 기술적 사항
재해의 분석은 발생 메커니즘을 해명하고 재발 방지, 유사 재해 예방을 도모하기 위 해 실시한다. 여기에는 i) 개별 사례를 대상으로 상세하게 인과 관계를 분석하여 유 용한 지식을 얻는다, ii) 다수의 사례를 서로 비교하고 경향을 조사하고 통계적인 분 석을 하는 것이다.
5.1 재해 발생 메커니즘과 조사 항목
5.1.1 분석 방법 및 원인의 분류
(1) 일반적으로 재해는 물리적 현상, 인간의 오류, 하드웨어 고장 또는 소프트웨어 의 기능상 실패 등을 포함하는 바람직하지 않은 상태·현상이 쌓여 연쇄 메커 니즘에 의해 발생한다. 이러한 연쇄 메커니즘·재해의 원인을 분석하는 방법론 으로 조사에서 얻은 사실을 축적하여 원인에서 결과에 대한 프로세스를 추정 하는 귀납법과 반대로 결과에서 원인으로 거슬러 올라 논리적으로 재해 발생 메커니즘을 추정하는 연역법이 있다.
(2) 이상위험도분석(FMEA; Failure Mode and Effect Analysis) 및 ETA은 귀납 적 방법이며, FTA은 연역적 기법의 대표이다. 이 방법들을 이용하면 재해 분 석이 계통화되어 조사해야 할 요인을 철저히 밝혀내어 재해 원인의 간과를 막 을 수 있다. 또한, 경우에 따라 귀납적·연역적 기법을 잘 다룰 필요가 있다.
(3) 또한, 재해의 원인을 분류·체계화해 정리하면 조사상의 간과를 방지하고 계통 적인 조사의 실시를 돕는다. 원인은 사전 예측·인식의 여부에 따라, 또한 인과 성의 계층 구조에 따라 다음과 같이 분류된다.
(가) 사전 예측·인식의 여부에 따라, i) 랜덤 하드웨어 고장, 랜덤 휴먼 에러, ii) 결정론적 원인 고장으로 분류할 수 있다. i)은 하드웨어의 다양한 열화 메 커니즘 또는 조작·운전상의 인적 과오에서 기인하여 시간에 대해 무작위로 발생한다. ii)는 시스템의 설계, 운용상의 과오에서 기인한다. 사전 안전 해 석의 미비에서 기인하는 안전 요구 사항의 과오, 하드웨어 설계·제조·설치 상의 과오, 소프트웨어 설계·실시상의 과오 등이 여기에 포함된다. i)의 발 생이 사전에 합리적인 정확도로 예측 가능한 반면 ii)는 사전에 예측할 수 없으며, 사후 조사에 의해 처음으로 그 존재를 알 수 있다. 분석은 사전에 예측·인식된 다양한 무작위 하드웨어 고장, 무작위 휴먼 에러에서 해당 재 해의 메커니즘에 관여한 것을 식별하여 사전에 예측할 수 없었던 결정론적 원인 고장을 충분히 조사할 필요가 있다.
(나) 인과성 계층 구조의 분류 법에는 재해 원인을 그 물리 현상에 직접 관여하 는 하드웨어, 소프트웨어, 인원 동작 등의 직접 원인, 그것을 발현시키는 안 전 관리 또는 결정론적 원인 고장 등의 간접 원인, 그 뒤에 숨어있는 관리 체제상의 결함 등의 근본 원인으로 분류할 수 있다.
(3) 재해를 분석하고 해명된 직접 원인을 제거할 수 할 수 있다면 재발 방지에 도 움이 된다. 또한, 안전 관리, 결정론적 원인 고장 등 간접적 원인이 시정된다면 광범위한 유사 재해의 사전 억제에 도움이 된다. 게다가 근본 원인인 관리 체 제상의 결함으로까지 거슬러 올라가 개선하면 재해 전반의 예방을 도모할 수 있다. 어느 범위까지 재해의 억제를 목표로 하느냐에 따라 직접 원인, 간접 원 인 그리고 근본 원인을 어디까지를 대상으로 해야 하는지가 결정된다.
(4) 직접 원인을 식별하기 위한 지식은 현장의 보존과 기록에서 얻을 수 있다. 폭 발이나 화재는 먼저 재해 후의 물적 상황에 기초하여 분석된다. 현장을 보존하 고 분석용 물리적·조작·운전 상황의 객관적인 데이터를 수집하여야 한다. 관계 자로부터 현장 청취 조사, 사후 면담 조사를 하여 행위를 배제한 재해 발생 상 황의 시간 경과 정보를 수집해 분석한다. 필요에 따라 현장에서 재현 실험에 의한 확인, 실험실에서 모델·확인 실험도 필요하다. 특히 정전기 재해에서는 정전기가 진정한 원인인지 명확하지 않은 경우가 많으므로, 다른 원인도 조사 하고 제거 방법 등을 구사하여 최종 판단을 할 필요도 있다.
(5) 또한, 통상의 작업·운전 상황, 결정론적 원인 고장, 설계 시의 안전 요구 사항, 안전 요구 사항의 결정 방침, 관리 체제 등 관계자들과의 면담 및 서류·기록의 조사 때문에 재해의 간접 원인과 근본 원인을 조사한다.
5.1.2 조사 항목
(1) 직접 원인
재해 현상의 물리적 측면과 조작·운전 오류 등 인적 측면을 다각적으로 조사하고 직 접 원인에 관계되는 데이터의 수집을 도모할 필요가 있다. 거기에는 다음과 같은 항 목을 들 수 있다.
(가) 화재·폭발 등의 기점 장치·구조물의 굽음, 변형, 파괴, 손상 상태에서 파괴력의 작용 방향을 특정한다. 파 편의 비산 상황을 조사하고 파편의 위치와 근원 위치를 연결하면 폭발의 기점 방향 을 특정할 수 있다.
(나) 폭발 혼합 기체 우선 피해 규모, 파괴 상태 등 전반적 상황을 조사한다. 그다음 폭발 상황을 분석하 기 위해 폭발 혼합기를 생성하고 있던 인화성 물질의 종류와 양, 지연성 가스의 종 류, 혼합기에 의한 기체 상태의 공간 규모를 추정한다. 또한, 폭발 혼합기의 온도, 압 력, 기류의 상황 등 기상 조건을 조사하고 정전기 방전이 점화원이 될 수 있었는지 판단을 한다. 이렇게 하여 인화성 물질의 특성 ), 기체 상태의 공간·조건과 장치, 시 설의 파괴 상황과의 정합성을 확인한다.
(다) 점화원이 된 대전 물체 대전 가능성이 있는 물체에 대해 도전율 등의 전기적 특성 ), 크기, 형상, 설치 위치 를 조사한다. 또한, 그 물체의 주변 상황, 특히 접지 상태 및 접지체와 대전물체와의 위치 관계를 조사하면 정전기 방전이 점화원인지를 검토할 수 있다. 게다가 대전 물 체에 특별한 대전 조건이 존재할 수 있었는지 조사하고 그 가능성이 있으면, 모델 실험 등을 통해 확인한다.
(라) 화재·폭발의 발생 시기 이것은 재해의 시계열 분석 안에서 중요한 의미를 갖는다. 화재·폭발 발생 시와 공 정·조작의 연관을 상세하게 조사하면 화재·폭발에 필요한 폭발 환경이나 가연물의 생성 및 점화원의 존재 가능성을 검토할 수 있다. 재해는 정상 운전 시보다 공장의 시운전이나 종료 운전 시 및 보수·수리 시 등 비정상 운전 시에 많이 발생하는 경향 이 있다. 재해 시의 공장 운전 상황을 포함하여 다양한 각도에서 정보를 관계자로부 터 얻어 현장의 물리적 상황과도 정합시켜 화재·폭발의 발생 시기를 특정할 필요가 있다. 유도폭발 등에는 유도폭발을 첫 번째 폭발로 잘못 보지 않도록 주의한다.
(마) 인적 거동 피해자는 물론, 공장 운영자 및 보전 요원 등 관계자의 행동을 조사한다. 설명서대로 조작·운전 또는 보전을 하고 있었는지 평상시와 다른 조작·운전·보전이 있었는지 최 초 이상 발생에서 재해 회피를 위해 어떠한 조작·행동을 했는지, 재해 발생 시 및 재해 발생 후 피해의 확대 방지로서 어떻게 대처했는지 등에 주목한다.
(바) 기타
정전기에 의한 재해는 기체 상태의 조건에도 크게 영향을 받기 때문에 재해 시의 기 온과 습도를 현장에서 중점으로 두고 조사한다.
(2) 간접 원인
(가) 물리적 현상의 발생 요인 코드, 매뉴얼, 목록, 선례, 재해 사례, 사례 분석, 조사 등 전문적인 정보와 지식이 적 절한가, 기준, 사양, 설계 등 시설의 기능과 효과는 충분한가, 보전(계획, 실시), 검사 (계획, 실시), 감독(훈련·지원, 횟수, 적임자, 위험 예지, 임무 수행 등)은 충분했는지 등을 들 수 있다.
(나) 방호에 관한 요인 방호는 에너지원, 사람 또는 물체와 에너지원의 사이, 사람 또는 사물에서 행해진다. 게다가 시간과 공간을 분할에 의해서도 실현할 수 있다. 이러한 방호가 되어 있었는 지, 유효했는지, 사용했는지, 실시되지 않은 경우는 그 이유 등을 조사한다.
(다) 위험 영역에 사람이 존재한 이유 사람이 재해를 입는 위험한 장소에 필요한지 또는 불필요하게 존재하고 있었는지를 조사한다. 필요해서 존재하는 경우에는 위험 회피 행동의 적부에 대해서도 조사한다. 불필요하게 존재하고 있었을 때는 그 이유를 조사한다.
(라) 피해 확대 억제 조치
2차 재해 방지 조치, 긴급 활동(소화 등) 구조 활동, 의료, 재활 계획과 실시 상황을 조사한다. 사업장과 소방 등 외부 관련 기관과의 관계를 조사한다.
(3) 근본 원인
(가) 정책, 작업 방식의 기준, 라인의 책임 체제, 직원의 책임 체제, 정보 전달 체제, 지시 계통. 안전 관리 체제, 예산, 위험 관리 체제 등의 항목을 조사 하여 관리 시스템과 조직상의 요인 즉 근본 원인에 다가간다. 이 중 위험 관리 체제의 조사 항목은 허용 위험의 결정, 전문적인 정보 관리 체제, 잠
재적 위험 식별, 위험 해석(절차, 해석 방법, 데이터, 기록 등), 안전 계획 (이념과 방침, 기술과 설명, 검사, 구성원, 기술 방법, 실시) 등으로 세분화 된다.
(나) 또한 전문적인 정보 관리 체제의 조사 항목은 전문 지식의 획득 체제, 내 부·외부 정보 전달(정보망, 조직) 체제, 감시·보고(안전 감시 계획, 위험원 찾아내기, 재해 정보, 위험상황 보고 제도, 제안 제도, 안전 순찰, 안전 감 사, 건강 관리 등) 체제, 정보 수집과 해석(문제의 사전 목록, 통계 자료, 통 계 해석, 구성원 능력) 체제, 위험 억제(시스템 설정, 안전 요구 사항, 사양, 예정된 변화의 제어법, 예상치 못한 변화의 제어법, 데이터와 방법의 갱신, 기록) 체제, 독립적인 감사와 심사 체제 및 문서(문서화) 체제 등으로 세분 화된다. 5.2 재해 분석 사례
정전기가 관여된 재해로 탱크로리에 등유를 충전한 후, 2분간 정치 시간을 경과하여 충전용 파이프를 탱크에서 끌어 올리려고 했을 때, 갑자기 탱크 안에서 폭발로 인한 화재가 발생하여 작업자가 재해를 입은 사례가 있다.
5.2.1 재해 발생 상황과 조사 결과
(1) 탱크 내에서 최초로 연소한 인화성 물질은 재해 전날 하역한 휘발유 증기이다.
(2) 재해 시의 작업 절차와 작업 내용은 평상시와 다른 점은 없다.
(3) 재해 시에는 그 근처에 담뱃불 등 불꽃 및 기계적 불꽃은 존재하지 않았다.
(4) 파이프라인에서 순환 전류를 인지할 수 없었고, 화재 장소의 동력 기기, 조작 반에서도 누전을 인지할 수 없었다.
(5) 누전 차단 장치는 제대로 작동하고 있었다.
(6) 기기, 탱크로리 등 대상물의 접지는 충분하였다.
(7) 등유 및 인체(대전방지화 착용)의 대전 대책은 충분하고 모델 실험에서도 거의 대전은 인지하지 못하였다.
(8) 작업자가 착용한 작업복 및 장갑은 세탁 직후의 오염되지 않은 것이다. 이러한 것은 정전기가 대전하기 쉽다. 그러나 대전방지화를 착용했기 때문에 모델 실 험에서 인체는 100 V 정도만 대전 가능하였다.
(9) 탱크로리는 신차이며, 탱크의 해치에는 도장이 이루어져 대전방지화를 착용한 경우에도 인체를 절연 상태로 하는 것이 가능하였다.
5.2.2 재해의 FTA
재해 분석에서 단편적으로 수집된 정보를 바탕으로 다양한 재해 발생 메커니즘에서 당해 재해 발생 메커니즘을 식별하고 재해 원인을 최종적으로 특정하지 않으면 안 된다. 탱크로리의 화재에 의해 작업자 1명이 화상을 입었던 앞의 재해에 대해 FTA 를 실시한다.
(1) FTA의 방법
(가) 우선 재해의 마지막 단계를 가장 우선 사건으로 선정한다. 이를 잠재적 위 험 식별이라고 한다. 다음으로, AND 게이트 또는 OR 게이트 등으로 불리 는 논리 게이트를 사용하여 가장 우선 사건(게이트 출력)이 왜 발생했는지 를 하위 상태·사건(게이트 입력)으로 전개한다. 게다가 그 하위 상태·사건 (게이트 출력)은 게이트를 통해서 그 원인인 하위 상태·현상(게이트 입력) 에 전개할 수 있다. 이렇게 순차적으로 원인을 거슬러 올라가 전개하고 최 종적인 원인에 도착한 곳에서 FT 전개가 종료한다.
(나) 논리 게이트와 그것에 대한 입력과 출력의 관계를 <그림 1>에 나타내었다. 입력 상태, 조건 또는 현상이고, 출력도 입력에 따라 상태, 조건 또는 현상 이 된다. OR 게이트에서는 입력 1, 2, …, n 중 적어도 하나가 발생 상태에
있을 때, 출력도 발생 상태에 있다. AND 게이트는 입력 1, 2, …, n 모두 발생 상태일 때 출력도 발생 상태에 있다. 우선 AND 게이트에서는 가장 왼쪽의 입력에서 오른쪽으로 순차적으로 입력 1, 2, …, n-1로 발생 상태가 되고, 각각 발생 상태를 유지하고 있을 때, 마지막 입력 n이 발생하면 출력 도 발생하는 논리를 나타낸다. 예상 가능한 상태, 조건 및 현상을 빠짐없이 기술하여 FT를 작성하면 광범위한 재해 발생 메커니즘을 간과없이 식별할 수 있다.
(2) FT의 전개
(가) <그림 2>는 탱크로리 화재 발생의 FT이다. 가장 우선 사건「탱크로리 화 재로 작업자가 화상」(Etop: 사건이나 상태 식별 기호, 이하 동일)은 상태 「작업자의 존재」(E1,1)와 상태「방호의 부적합」(E1,2) 및「화재·폭발 발 생」(E1,3)가 함께 발생하면 일어난다.
(나) 현상, 상태 및 조건의 통계량은 각각 빈도(회/시간) 및 확률로 주어지기 때 문에 입출력을 현상 및 상태로 구별하여 논리의 정합성을 도모한다.
(다) 상태 E1,1은 상태「필요상 존재한다」(E2,1)과「불필요하게 존재한다」(E2,2) 의 경우로 구분할 수 있다.
(라) 상태 E2,1은 상태「작업 중」(E3,1)과 조건「대피의 실패」(E3,2)가 함께 발생 하고 있는 것에 의해 이미 존재한다. 여기에서 상태 E3,1은 조건 E3,2에 선행 하여 발생하고 있다.
(마) 상태 E2,2와 E3,2는 마름모 기호로 표시되어있다. 이것은 또한 하위 현상에서 전개할 수 있지만, 여기에서는 전개를 정지하는 것을 의미한다. E3,1 상의 기호는 이 상태(또는 현상)가 업무 중이라는 것을 의미한다.
(바) 상태 E1,2는 조건「불가능」(E2,3),「실패」(E2,4) 또는「준비되어 있지만 사용 하지 않음」(E2,5) 중 하나가 발생함으로서 존재한다.
(사) 현상 E1,3은 상태「폭발 혼합 기체」(E2,6)이 존재하는 조건하에서 현상 「점 화 에너지의 방출」(E2,7)이 발생하여 조건「에너지의 크기」(C1)가 충족됨 으로서 발생한다.
(아) 상태 E2,6은 상태「폭발 상한계 이하의 농도 저하에 의함」(E3,3)과「폭발 하 한계 이상의 농도 상승에 의함」(E3,4)의 경우로 구분된다. 이 중 상태 E3,3 은 상태「고농도 혼합 기체」(E4,1)의 조건에서 상태「등유의 충전」(E4,2)이 발생함으로서 존재한다. 게다가 상태 E4,1은 상태「휴발유의 체류」(E5,1) 및 「휘발유 증기 제거의 실패」(E5,2)와 함께 발생하고 있는 것에 의해 존재 한다. 여기에서 원형으로 그려진 기호는 기본 입력으로 표기한 것이고 그 발생 확률·빈도 등 통계량이 알려진 것을 의미하고 있다.
(자) 현상 E2,7은 현상「등유 충전 파이프에서 방전」(E3,5) 또는「다른 에너지 방 출」(E3,6)로 구분할 수 있다.
(차) 현상 E3,5은 상태「파이프 대전」(E4,3) 조건하에서 현상「파이프 인상」 (E4,4)이 발생함으로써 일어난다. 또한, 상태 E4,3은 조건「방전 가능한 특성 을 가진 파이프」(C2) 하에서 상태「정전기에 의함」(E5,3)와「누전에 의 함」(E5,4)의 경우로 분류할 수 있다. 게다가 상태 E5,3은 상태 「작업자의 인체에서」(E6,1)와「충전한 등유에서」(E6,2)의 경우로 구분할 수 있다.
(카) 상태 E6,1은 상태「인체의 절연」(E7,1)의 조건하에서 상태「작업복의 대전」 (E7,2)가 발생함으로서 존재한다. 상태 E7,1은 상태「대전 방지화 미사용」
(E8.1) 또는「탱크로리의 절연성 도료」(E8,2)에 의해 존재한다. 또한, 상태 E6,2는 상태「탱크로리 접지 부적합 (E7,3)의 발생 후「등유 충전 속도가 과 대」(E7,4)가 일어남과 동시에 발생하고 있을 때 조건「정치 시간이 짧음」 (C3)이 충족됨으로써 존재한다.
(3) FTA에 의한 재해 원인 특정
(가) 가장 우선 현상은 기본 입력의 일부가 성립하면 발생한다. 가장 우선 사건 을 발생시키는 기본 입력의 집합을 컷 집합이라고 한다. 컷 집합 속에서 필요 최소한의 기본 입력이 되는 집합을 작은 컷 집합이라고 한다. 즉 최 소 컷 집합의 어떤 것 1개라도 기본 입력이 미성립이면 최고 현상이 그 최 소 컷 집합에 의해서는 발생하지 않게 되기 때문에 이 도출은 재해 방지 대책 상 유용하다. 최소 컷 집합을 모두 구하면 재해의 발생에 필요한 최 소한의 원인 조합의 모든 것을 얻을 수 있다.
(나) <그림 2>의 FT에서는 60개의 최소 컷 집합이 얻어진다. 매우 명백한 요인
「필요상」(E2,1)과「사용하지 않음」(E2,5)를 각각 「작업자의 존재」(E1,1)과
「방호의 부적합」(E1,2)의 원인에 한정하면 다음 10개의 최소 컷 집합
Ki(i=1, 2, …, 10)이 얻어진다.
K1={E3,1, E3,2, E2,5, E5,1, E5,2, E4,2, E4,4, E8,1, E7,2, C1, C2｝
K2={E3,1, E3,2, E2,5, E5,1, E5,2, E4,2, E4,4, E8,2, E7,2, C1, C2｝
K3={E3,1, E3,2, E2,5, E5,1, E5,2, E4,2, E4,4, E7,3, E7,4, C1, C2, C3}
K4={E3,1, E3,2, E2,5, E5,1, E5,2, E4,2, E4,4, E5,4, C1, C2｝
K5={E3,1, E3,2, E2,5, E5,1, E5,2, E4,2, E3,6, C1,}
K6={E3,1, E3,2, E2,5, E3,4, E4,4, E8,1, E7,2, C1, C2｝
K7={E3,1, E3,2, E2,5, E3,4, E4,4, E8,2, E7,2, C1, C2}
K8={E3,1, E3,2, E2,5, E3,4, E4,4, E7,3, E7,4, C1, C2, C3}
K9={E3,1, E3,2, E2,5, E3,4, E4,4, E5,4, C1, C2}
K10={E3,1, E3,2, E2,5, E3,4, E3,6, C1,｝
(다) 위의 10개 최소 컷 집합에서 다음과 같은 소거법을 통해 진정한 당해 재해 발생 메커니즘을 특정한다.
① 재해 조사에서 작업자의 대전방지화 착용이 밝혀졌기 때문에「대전 방지 화 미사용」(E8.1)을 포함한 최소 컷 K1 및 K6는 기각된다.
② 탱크로리의 접지는 충분했기 때문에 E7,3을 포함한 최소 컷 집합 K3과 K8 은 기각된다.
③ 등유 충전 중에 발생한 재해에서 휘발유는 등유에 의해 희석되기 때문에 휘발유의 농도 상승은 없다. E3,4를 포함한 최소 컷 집합 K6, K7, K8, K9 및 K10이 기각된다.
(라) 결국, 잔존하는 최소 컷 집합은 K2={E3,1, E3,2, E2,5, E5,1, E5,2, E4,2, E4,4, E8,2,
E7,2, C1, C2} 뿐이다. 여기에서 이중 밑줄을 친 입력은 이중 밑줄에서 왼쪽 에서 시계열적으로 발생하는 것을 고려하여 최소 컷 집합 K2는 다음과 같 은 재해 시나리오로 표현할 수 있다.
① 탱크로리에서 작업자가 전날의 휘발유가 남아 있는 탱크(E5,1)를 제거하지 않고(E5,2) 등유를 탱크에 충전한 결과(E3,1, E4,2) 탱크로리의 절연성 도료 때문에(E8,2) 인체가 절연하고 작업복이 대전하였다(E7,2).
② 이때, 등유 충전 파이프(C2)를 끌어 올린 결과(E4,4) 파이프에 방전해(E3,5), 폭발 하한계에서 농도가 저하하고 있던 폭발 혼합 기체(E2,6)에 점화(C1), 화재·폭발이 발생하여(E1,3) 피할 사이도 없이(E3,2) 작업자가 재해를 입었 다(Etop).
(4) PTA에 의한 위험성 추정
(가) 위험은 재해 잠재 위험, 재해의 발생 빈도, 및 재해로 인한 위해의 성질·심 각도의 3요소 조합이다. 이 재해의 잠재적 위험은 Etop 즉 탱크로리의 화재 로 인한 작업자의 재해이다. 위해의 성질은 화상, 그 심각도는 1명의 중상 이나 사망이다. 위험을 추정하기 위해서는 위험의 3요소 중 남는 재해 발 생 빈도 즉 재해 발생 횟수의 단위 시간당 통계적 기대치를 추정하면 된 다. 여기서, Exp { } 및 Pr { }을 각각 { }의 단위 시간당 발생 횟수의 통 계적 기대치 및 확률로 한다.
(나) 최소 컷 집합에 의해
Exp {K2}=Exp{E3,1∩E3,2∩E2,5∩E5,1∩E5,2∩E4,2∩E4,4∩E8,2∩E7,2∩C1∩C2}
=Pr{E3,1∩E3,2∩E2,5∩E5,1∩E5,2∩E4,2∩E8,2∩E7,2∩C1∩C2|E4,4}·Exp{E4,4} (식 1)
기본 입력은 서로 독립적이다. 그러면 (식 1)은
Exp {K2}=P1·P2·P3·P4·P5·P6·P7·P8·P9·P10·n (식 2) 여기에서
P1=Pr{E3,1|E4,4}, P2=Pr{E3,2|E4,4}, …, P10=Pr{C2|E4,4} n=Exp {E4,4} (식 3) 이다. 게다가 확률과 빈도를
P1=P2=P3=1, P4=P5=1×10-1, P6=5×10-1, P7=1×10-1, P8=1×10-2, P9=1×10-1, P10=1×10-1
n=1〔회/일〕로 상정한다면 Exp {K2} = 5×10-8〔회/일〕을 얻을 수 있다.
(다) 즉 탱크로리 1대·연간 당 약 2×10-6〔회/대·년〕의 당해 재해 발생 회수의 통계적 기대치가 얻어진다.
(라) 당해 재해 대책으로서 휘발유 증기 제거 작업의 철저, 절연성 도료의 개선, 작업복의 대전 방지, 등유 충전 파이프 특성의 개량 등을 고안할 수 있다. 그것들은 확률 P5, P7, P8, 및 P10에 영향을 주어 그 효과가 (식 2)에 의해 평가할 수 있다.
6. 정전기 재해 사례와 분석
(1) 정전기는 물체가 접촉, 파괴 등 어떠한 물리적 작용을 받았을 때 발생한다. 따 라서 생산 현장뿐만 아니라 일상생활의 다양한 장면에서 만나는 익숙한 현상 이다. 게다가 그 에너지는 상용 전력과는 비교가 되지 않을 정도로 작고 전격 과 방전음 등 약간 불쾌한 자극을 인체에 미칠 수는 있어도 생명에 위해를 미 치는 것은 아니기 때문에 그다지 문제가 될 것은 없는 것처럼 느낄 것이다.
(2) 이와같이 익숙하고 사소한 현상이라는 인식이나 반대로 정전기 대책을 경시하 는 태도로 이어지고 있는 것은 아닐까라고 생각된다. 왜냐하면, 일반 공정에 관해서는 정전기 대책은 거의 확립되어 있음에도 불구하고, 정전기에서 기인하 는 화재·폭발 재해의 발생 건수는 최근 결코 감소 추세에 있다고는 말할 수 없으며, 내용적으로도 유사한 공정으로 반복 사고가 발생하고 있기 때문이다.
(3) 과거부터 현재에 이르기까지 정전기로 인한 재해에서 가장 중요한 것은 인화 성 물질을 취급하는 공정에서의 화재·폭발 사고이다. 따라서 주의해야 할 공정 은 한정되어있다.
(4) 예를 들어, 각종 제조업에서 이를 정리하면 <표 1>과 같이 된다. 또한, 각 공 정별 발생 건수 비를 비교한 결과가 <그림 3>이다. 각 공정의 총수가 불분명 하기 때문에 발생 확률에 차이가 있는지 없는지는 불분명하지만, 단순히 건수 로 비교하는 한 유기 용제 등의 인화성 액체가 증기가 되어, 이에 어떠한 원인 으로 발생한 정전기 방전에 의해 점화된 예가 현저하다. 또한, 수송·충전 또는 건조라는 공정에서는 부유한 분체에 점화·폭발을 많이 볼 수 있다.
1. 액체 취급 시 재해 사례
1.1 제트 연료 저장 탱크의 잔재 배출 작업 시 폭발 재해
(1) 재해 개요
<그림 1>과 같은 반지하식의 항공기용 연료 저장 탱크(용량 1500 kl)에서 측정 장 치의 수리·점검 작업을 수행하기 위해 사전에 탱크를 비우려고 맨홀에서 호스를 넣 고 탱크 바닥에 쌓인 진흙과 물을 포함하는 잔재를 진공차량으로 빨아올리는데 돌연 탱크 내부에서 폭발이 발생, 맨홀 부근에서 작업을 하고 있던 작업자 중 4명이 피난 하지 못해 화상을 입고, 그중 3명이 사망하였다.
(2) 사고 원인의 추정
(가) 이 재해는 인화성 물질은 슬러지에서 증발해 탱크 바닥에 체류하고 있던 제트 연료 JP-4의 증기로 추정된다. JP-4는 휘발유를 주성분으로 하고, 대 전 방지제가 혼합되어 있는 일반적인 항공기 연료이다. 사고 당시 사용된
JP-4와 유사한 것에 대해 실측한 결과, 도전율 1.2 × 10-10 S/m, 최소 점화
에너지 약 1 mJ이었다.
(나) 한편 점화원은 공구류에 의한 기계적 불꽃과 조명등의 전기 설비에서 스파 크의 가능성이 검토되었지만, 확증은 얻지 못했다. 그 외에, 슬러지의 배출 작업에 사용된 호스의 대전에 의한 정전기 스파크의 가능성도 도출되고 이 것에 대해서는 다음과 같은 관련 실험이 시행되었다.
① <그림 2>는 사고 발생 시에 사용되고 있던 흡입용 호스의 단면도이다. 호스의 소재는 폴리 염화비닐이며, 절연 저항계(메가)에 의한 측정에서 는 표면 및 체적 저항은 1012 Ω 이상이었다. 커플링 쇠 장식은 황동제였
다.
② 잔재 흡인 작업 시에는 쇠 장식을 호스 끝에 설치한 상태에서 탱크의 바 닥 부근까지 호스 선단을 가까이 대었다. 그래서 호스 및 커플링이 액체 의 흡인으로 어느 정도 대전하는지를 확인하기 위해 비슷한 호스 및 커 플링을 사용하여 등유를 수송할 때의 대전 전위를 측정했다.
③ <그림 3>은 커플링의 전위 상승을 나타내는 것이다. 수송 개시부터 전 위는 급격히 상승하고 약 30초 후에 6 kV에 도달해 이후 거의 일정하게 되었다. 호스의 경우에도 마찬가지로 전위가 상승하고 최고 7 kV에 도 달하였다
④ 이상의 실험에서 금속제 커플링은 절연성 호스와 거의 같은 전위가 되는 것이 확인되었다. JP-4의 경우에는 도전율이 등유보다 약간 낮기 때문 에, 완전히 똑같은 대전 특성을 나타낸다는 보증은 없지만, 사고 당시는 진공을 이용하여 고속으로 흡인하고 있었던 것, 그리고 흡입 물이 액체 뿐만 아니라 불순물(잔재)을 포함하고, 한편 공기도 동시에 빨아들이고 있었다는 증언도 있기 때문에 본 실험에서 얻어진 값과 동일한 정도의 전위가 될 가능성이 있다. 커플링만의 정전 용량은 47 pF이었으므로, 대 전 전위가 6 kV라고 하면 이와 접지체 사이에서 발생하는 스파크 방전 의 방전 에너지는 계산상 0.85 mJ이며, 이것은 앞에서 말한 JP-4의 최소 점화 에너지에 거의 일치하는 값이다. 실제로, 커플링의 배치 및 흡인 조건에 따라 정전 용량과 대전 전위는 크게 변화하기 때문에 최소 점화 에너지를 초과하는 방전이 발생할 확률은 낮지 않다고 추정된다.
(다) 결론적으로, 잔재의 진공 흡인에 따라 호스 및 커플링이 대전해 커플링에서 어떤 접지체(예를 들어 탱크 벽)를 향해 스파크 방전이 발생하여 폭발 가
능한 농도로 되어 있던 JP-4 증기에 점화한 것으로 추정된다.
(3) 동종 재해 방지 대책의 요점
(가) 호스 대전 방지 휘발유 등 석유계의 인화성 액체는 저항이 크기 때문에 배관·호스 등으로 수송하는 경우에는 유동 대전에 대한 대책이 필요하다. 이 재해처럼 이동식 호스를 사용하는 경우에는 도전성 고무 호스 또는 금속선을 내장하는 호스를 이용하여 도전 부분 및 금속선 커플링과 함께 접지해 호스 및 커플링 양측의 전위 상승을 방지하여야 한다.
(나) 인화성 분위기의 제거 휘발성 인화성 액체를 취급할 때는 액체 상태와 공기의 흐름에 따라 항상 증기의 농 도가 변화하고 있기 때문에 종종 폭발 위험 분위기가 형성되고 있다는 인식이 필요 하다. 따라서 증기 농도가 충분히 떨어질 때까지 환기를 하는 등 인화성 분위기의 제거한 후 현장에 작업자를 배치하는 등의 작업 절차를 하여야 한다.
(다) 잔재 배출 시의 배려 장기간 사용한 탱크에는 녹, 진흙, 물 등의 불순물이 침전해 있는 경우가 많다. 일반 적으로 액체에 이물질이 혼재해 있는 경우에는 정전기 발생이 증가하는 것으로 알려 져 있기 때문에 유속을 낮추거나 공기의 혼입을 방지하는 등의 배려가 필요하다.
(4) 동종 재해 사례
(가) 제조소 프로펜 사합체 저장 탱크(용량 1500 kl, 사고 시 833 kl 들이)의 덮 개 위에서 샘플 검사를 위해 금속제 채취기를 사용해 빼내는 작업 중 갑자 기 폭발해 탱크의 덮개가 공중에 떠 이 충격으로 1명이 지상으로 낙하해 중상, 1명이 굴러 넘어져 가벼운 부상을 입었다. 원인은 채취기가 로프에 의해 절연되어 있었기 때문에, 대전된 채취기에서 방전에 의해 탱크 기체 상태의 밀봉용 수소(순도 70 %)에 점화한 것으로 추정된다.
(나) 유조소 내의 로리 적재장에서 탱크로리(최대 적재량 14 kl)의 운전자가 급 유 장치(로딩 암)를 사용하여 등유를 주입하고 있었는데, 주입 개시 직후에
탱크 안에서 폭발이 발생하고 급유구에서 분출된 화염에 의해 탱크로리 위 에서 작업 중인 3명이 화상을 입었다. 이 탱크로리의 이전 화물은 휘발유 였지만, 배기하지 않았기 때문에, 등유를 주입했을 때 휘발유 증기가 등유 에 흡수되어 폭발 가능한 농도가 되어, 이 증기에 주입 시 등유에 발생한 정전기와 로딩 암 사이에서 발생한 방전 때문에 점화한 것으로 추정된다.
(다) 드럼형 분쇄기(직경 수 cm의 알루미늄 공으로 분쇄하는 볼밀 장치)의 원료 투입구에서 금속제 로더를 이용하여 폴리 탱크(20 l)의 크실렌을 흘려 넣었 는데, 한 통을 주입 완료하고 두 통째를 흘려 넣기 시작했을 때, 밀 안에서 폭발이 발생, 투입구에서 붙기 시작한 화염에 의해 작업자가 화상을 입었 다. 원인은 로더가 절연되어 있었기 때문에 크실렌 주입과 함께 대전하여 방전을 발생, 크실렌 증기가 점화한 것으로 추정된다.