Ⅰ 가스의 분류
1) 상태 분류
- 비액화 가스(Non-liquefied Gases)
임계 온도가 일상 온도보다 낮은 가스(N2, H2, He, Ar, NF3, SiH4...).
용기 파손 시 압력에 의한 재해 발생(이동하거나 미사용 시 Cap 부착).
실린더 내용량은 압력으로 측정(일부 가스(SiH4, NF3, CF4)는 무게로도 측정).
* 비상 대응 이슈(ER Issues)
누출 시 캐스캐이드(Cascade) 법으로 반송 처리.
* 임계 온도(critical temperature)
기체가 액화될 수 있는 가장 높은 온도.
임계 온도 초과시 압력을 높여도 액화가 불가능함.
- 액화가스(Liquefied Gases)
상온, 상압에서 용기 내 액상과 기상이 공존하는 가스(비점이 40℃ 이하).
액상의 부피율은 50%~90%(가득 채우면 충진온도 초과 시 용기파열 위험).
실린더 내용량은 무게로만 측정.
온도에 따라 압력이 변화하며, 온도가 일정하면 압력도 일정함.
* 고유량으로 사용 시 기화 속도 증가로 액상 온도 저하하여 압력 감소.
* 비상 대응 이슈(ER Issues)
누출 시 누출부위를 세워 증기만 누출되도록 한다.
Cold Coil 또는 Pressure Push 법으로 처리.
- 액체(Liquids)
상온, 상압에서 증기압이 대기압보다 낮음. 가스로 분류하지 않음.
2) 유해성 분류
- 불연성, 가연성, 산화성, 독성, 부식성(미국 교통부 유해성 분류 기준).
* 대부분의 가스는 2, 3가지의 유해성을 같이 가지고 있음.
- 불연성 가스(Non-flammable Gases)
유해성은 가장 낮지만 가장 위험한 등급의 가스(Ar, He, CO2, N2, Kr, Ne...).
무색, 무미, 무취, 비자극성(누출 시 인지도가 낮음).
고압, 질식, 초저온(액화 시)에 의한 재해.
* 산소결핍(Oxygen Deficiency)
다른 가스의 농도 상승으로 인한 산소 농도가 감소하는 상태.
미국 직업안전위생관리국 기준 작업가능 최소 산소 농도 19.5%
* 비상 대응 이슈(ER Issues)
밀폐공간 및 대량 누출 시 산소 농도 모니터링.
적절한 환기시설 제공, 적절한 실린더 취급절차 활용.
필요 시 자급식 공기호흡기(SCBA:Self Contained Breathing Apparatus) 착용.
- 가연성 가스(Flammable Gases)
고압, 질식, 가연, 폭발(C2H2, H2, CH4, CO...)에 의한 재해.
가연성이면서 독성(AsH3, B2H6, PH3, GeH4, H2S, H2Se, CO...)
* 비상 대응 이슈(ER Issues)
LEL(Lower Explosive Limit) 모니터 활용, 적합한 환기장치 제공.
적합한 실린더 취급 절차 준수, 노멕스(Nomex) 또는 가죽 개인보호구 착용.
점화원 제거, 방폭형 도구 및 장치 사용.
금속계통의 배관 사용하거나, 본딩 케이블 이용.
- 자연발화성 가스(Pyrophoric Gases)
자연발화점(Auto-ignition temperature)이 대기온도 이하인 가스.
화재, 폭발(SiH4, SiH3, PH3, CH3SiH3, SiH2Cl2, B2H6)에 의한 재해.
항상 점화가 일어나는 것은 아님.
* 비상 대응 이슈(ER Issues)
점화원은 중요요소가 아님. 이송, 봉쇄, 폐기장치는 산소제거를 위해 퍼지해야 함.
적합한 실린더 취급 절차 준수, 노멕스(Nomex) 또는 가죽 개인보호구 착용.
SiH4는 Powder(SiO2) 형성으로 누출이 일시적으로 중지할 수도 있음.
누출된 가스가 축적(점화되지 않았을 경우)되는 것을 방지해야 함.
- 산화 물질(Oxidizers)
연소와 반응을 격렬하게 촉진시킴(O2, F2, Cl2, ClF3, BrF3, NO, NF3...).
* 산소과잉 환경(Oxygen Enfichment)
연소범위 확장, 자연발화점 저하.
산소과잉 환경에 노출된 의복은 매우 유해함
(점화원으로부터 대피, 30분간 신선한 공기 중에 대기, 노출된 의복 탈의).
* 비상 대응 이슈(ER Issues)
농도와 압력에 의해 반응성 증가.
속도, Particle, 마찰, 단열압축, 오염물질등이 점화원이 될 수 있음.
비상대응 시스템, 장비, 보호구는 적합하게 세정되어야 함.
- 부식성 물질(Corrosives)
물질을 부식시키고, 세포조직에 영향을 미치며, 대부분 독성임.
일반적으로 습기가 없으면 부식성이 없음.
산성 가스(Acid-forming Gases : BF4, BCl3, Cl2, ClF3, HBr...)
산성 액체(Acid-forming Liquids : BrF3, HF, SiF4, Cl3HSi...)
염기성 가스(Caustic-forming Gases : CH3NH2, C2H7N, (CH3)3N, NH3...)
* 비상 대응 이슈(ER Issues)
습기 제거, 반응하지 않는 재질 사용.
적합한 개인 보호구 착용. 누출이나 부식이 의심되는 실린더 사용금지.
오염된 실린더는 비상대응 전, 오염물질 제거 작업 시행(중화제 사용).
누출 확인은 pH 페이퍼가 유용, 열전도형 Detector는 쉽게 파손됨.
* F2 Gas는 누출 시 대기나 인체의 수분과 결합하여 HF 생성 가능.
생성된 HF는 피부 및 뼈에 침투하여 뼈의 Ca과 결합하여 침전물 생성.
HF 노출 시 흐르는 물에 10분 세척 후 칼슘글루코네이드 연고를 바른 후,
전문병원에서 치료(일반병원 진료 및 치료 금지).
F2 및 HF 취급 작업장에는 반드시 칼슘글루코네이드 연고를 비치한다.
- 독성 가스(Poison Gas)
생물의 생명이나 건강에 위험한 가스.
일반적인 노출경로 흡입, 흡수, 투입, 비일반적인 노출경로는 섭취.
가장 큰 유해성을 가지고 있으나, 위험성은 낮은 가스.
대부분 다른 유해성 특징도 가지고 있음.
* 비상 대응 이슈(ER Issues)
적절한 환기 제공 및 독성물질 모니터링 실시.
취급 시 개인보호구를 착용하여야 하며, 반드시 호흡기보호구를 착용한다.
참고 문헌을 이용하여 해당 독성제품의 어떻게 유해한지 인식한다.
- 초저온 액체(Cryogenic Liquids)
초저온 상태로 액체가스 용기에 저장(LO2, LAr, LN2, LH2, LHe...).
초저온(누출 시 피부괴사), 팽창, 안개에 의한 재해.
팽창에 의한 과잉압력 발생으로 배관 및 시스템의 파손.
적은 누출로 급속히 유해한 환경 조성(파손, 질식, 산화, 가연).
* 비상 대응 이슈(ER Issues)
적절한 환기 제공 및 모니터링 실시.
적합하게 설계해야 하며, 취급 시 개인보호구를 착용.
Ⅱ 독성학
1) 독성의 정의
생물에게 유해한 영향을 주는 물질/화학물의 정도
2) 유입경로
- 흡입 : 호흡으로 폐기관을 통함.
- 흡수 : 눈 및 피부 접촉.
- 섭취 : 먹거나 마심.
- 투입 : 피부(상처) 침투.
3) 독성지표
- LC50(Lethal Concentration-50%)(반수치사농도)
화학물질을 단기노출(1~4시간)시켜 시험동물군의 50% 2주내로 사망하는 농도.
일반적으로 흰색 시험용쥐 암수 각각 5마리씩 1시간 노출 후 2주간 관찰.
값이 낮을 수록 독성이 강함.
* 미국 교통부 운송등급
<5000 ppm = Toxic
<200 ppm = Highly Toxic(Zone A)(극독성 물질)
200≤<1000 ppm = Zone B
1000≤<3000 ppm = Zone C
3000≤<5000 ppm = Zone D
>5000 ppm = Not Toxic(독성으로 취급하지 않으나 유해할수 있음(ex. NH3)).
* 미국 산업안전 보건청(US-OSHA) 작업장 안전 분류
<2000 ppm = Toxic
<200 ppm = Highly Toxic
- TLV : Threshold limit Values(노출허용 기준)
반복 노출되더라도 거의 모든 사람에게 나쁜 영향을 미치지 않는 대기중의 농도
* 미국 산업안전 보건청 노출 허용 기준값
(OSHA PELs(Pernissible Exposure limits-Legal limits))
TWA(Time Weighted Average)(시간 가중 평균값)
하루 8시간, 주 40시간 근무 기준.
일반적으로 TLV-TWA, PEL-TWA로 표기하나 TLV나 PEL로도 표기함.
STEL(Short Term Exposure limit)(단시간 노출허용 기준)
15분간 노출허용기준, 하루 4회 노출가능. TWA값도 준수.
TLV-STEL 또는 PEL-STEL로 표기.
C(Ceiling)(최고노출 허용기준)
개인 보호구 없이 노출 불가 농도. TWA나 STEL값과는 무관함.
TLV-C나 PEL-C로 표기.
* 미국 산업위생 전문가회의 노출허용 기준값.(ACGIH TLVs)
일반적으로 OSHA PELs보다 많이 사용.
TWA, STEL, Ceiling Limits 활용.
* 미국 국립 산업안전 보건 연구소(NIOSH) 기준값
IDLH(Immediately Dangerous to Life and Health)
생명이나 건강에 급성으로 위험한 농도.
타인의 도움없이 30분간 대피 가능하며, 대피 시 영구적 장애 발생은 없음.
IDLH를 초과하는 환경에서는 반드시 Air Line Mask나 SCBA만 착용한다.
IDLH값 이하의 환경에서는 적절한 공기여과식 호흡기 보호구 착용 가능.
- 일반적으로 독성값은 LC50>IDLH>Ceiling>TWA 순이다.
- 노출허용기준 참고 문헌
물질안전보건자료(MSDS), 비상대응 매뉴얼(ER Manual - MSDS section)
NIOSH 유해화학물질 포켓 가이드 북
ACGIH 팜플렛
일반적으로 경고표지에는 표시되어 있지 않음.
4) 독성 노출 감소를 위한 고려순서
- 엔지니어적 측면
작업장 환경 및 시스템 설계, 관련 자료 검토등.
- 행정적 측면
독성물질 작업 시간 배치.
- 개인보호구 측면
Ⅲ 개인보호구
1) 개인보호구(PPE : Personal Protective Equipment)의 정의
- 유해물질 노출과 상해 사고 예방을 위해 설계된 장구
- 작업장의 유해성에 따라 착용 레벨이 달라짐.
- 법과 회사정책을 준수하여 선정 및 사용.
2) 개인보호구 설계 레벨
- LEVEL D : 최소 보호 등급
일반 작업복, 대기중 유해물질이 없고, 유해물질과 접촉 가능성이 없는 경우.
기계적 유해성 및 일반 물질에 오염될 가능성이 있는 경우.
* 기본장비
안전안경, 안전화, 작업복, 작업용장갑.
* 조건별 선택 장비
안전모, 안면보호대 및 고글, 방염복, 화학물질 튀김 방지복.
- LEVEL C
호흡기 보호구 착용이 필요하며, 유해물질의 피부접촉가능 환경.
대기 중 화학물질의 종류와 농도를 반드시 알고 있는 상태여야 함.(PEL<IDLH)
오염물질에 적합한 방독면 정화 카트리지 사용.
* 필수장비
레벨 D 개인보호구 장비, 방독면 및 정화통(카트리지).
튀김방지복(후드 포함) 및 방염복(후드 포함), 이중장갑, 부츠.
- LEVEL B
호흡기 보호가 우선적으로 고려되는 상황.
피부노출에 대한 위험보다 호흡에 의한 위험이 더 큰 경우.
* 필수장비
레벨 D 개인보호구 장비, 양압형 자급식 공기호흡기(SCBA).
후드가 부착된 튀김방지복이나 후드가 부착된 방염복, 이중장갑, 부츠.
내화학복(밀폐형이 아님, 글로브/부츠와 연결부위 테이프 처리 필요할 수 있음).
- LEVEL A : 최고 보호 등급
최고 등급의 호흡기 보호 및 피부 보호가 고려되는 상황.
유해성 물질의 종류와 농도를 알 수 없는 경우.
* 필수장비
레벨 D 개인보호구 장비, 양압형 자급식 공기호흡기(SCBA).
내화학복(완전 밀폐형), 내부 장갑.
3) 개인보호구 고려 사항
- 내화학 보호복 이슈
점검(Inspection)
오염제거(Decontamination)
비용(Cost)
저장 수명(Shelf Life)
- 개인보호구 화학물질 고려사항
변성 : 화학물질 노출시 물리적, 화학적 변화.
투과 : 재봉, 지퍼 부위로 오염물질이 통과하는 것.
침투 : 화학물질이 보호구 분자 사이를 통과 하는 것.
* 돌파시간 : 섬유 외측면에 접촉한 화학물질이 내측면에서 검출된 시간.
* 침투율 : 화학물질의 시간 당 검출량(㎍/㎠/min)
* 반응성 챠트
보호구의 제조사, 재질, 두께에 의해 각 화학물질별 반응성과 침투율이 틀림.
장갑이나 내화학복별로 다양한 반응성챠트가 있음.
A Level의 보호구라고 하여도 모든 물질에 대해 적합하지 않으므로,
반드시 반응성챠트 및 사업장규정을 검토하여 개인보호구를 선정하여야 한다.
Ⅳ 사고지휘자 시스템
1) 개요
- 역할과 책임을 설정, 표준 운영 절차를 활용하여
비상상황에 대처하고 관리하는 조직화된 시스템.
2) 구성
- 중요 사고 시(일반적인 요건)
사고지휘자
안전담당──┼──보급담당
금융담당──┤
┌─────┼────┬───┐
운영담당 화학전문가 의료지원 기타
오염제거팀─┼─지원팀
진입팀
- 최소요건
사고지휘/안전/운영 담당자
┌─────┼─────┐
오염제거팀 진입팀 지원팀
- 구성원
사고 지휘자(Incedent Commander)
일반적으로 조직의 최고 권한/책임자.(일반적으로 사장, 부서장등)
안전 담당자(Safety Officer)
의료 지원팀(EMS : Emergency Medical Support)
미국 법적 사항으로 사고 현장에 반드시 의료 지원팀이 있어야 함.
운영 담당(Operation Officer)
사고 현장의 실제적인 지휘자.
진입팀(Entry Team)
사고 현장에 진입하여 사고 원인을 차단하는 역할을 한다.
반드시 2인1조(Buddy System)로 운영한다.(ER 훈련 경험자로 운영)
지원팀(Back-Up Team)
진입팀이 탈출에 실패하거나 차단에 실패했을때 진입팀의 구조.
진입팀과 동일한 수준의 PPE를 착용하고 대기한다.(ER 훈련 경험자로 운영)
오염 제거팀(Decon Team)
진입팀과 지원팀의 장비나 PPE의 오염제거로 오염의 확산 방지.
일반적으로 진입팀보다 한단계 낮은 PPE 착용.
전문 지식을 가진 직원이나 다른 역할의 사람들이 참여 할 수도 있다.
3) 현장통제
- 위험 지역(HOT Zone)
누출 지역 혹은 누출에 영향을 받는 지역으로 매우 위험한 지역.
최고 수준의 개인보호구 착용과 최고 수준의 출입통제 필요.
탈출 경로 확보가 필요함.
- 경고 지역(WARM Zone)
위험 지역으로의 출입을 통제 필요.
위험 지역보다 한 단계 낮은 PPE 착용 가능.
장비 대기 및 오염물 제거 장치 설치 장소.
위험 지역에서 벗어날 수록 점진적으로 세정되도록 설정.
- 주의 지역(COLD Zone)
외부인의 출입제한이 필요할 수 있음.
사고 지휘 센터 및 외부 물건 출입 대기 장소.
개인보호구 불필요.
4) 오염제거(Decontamination)
- 오염제거
비상 대응자 자신의 안전을 확보.
MSDS 또는 가이드북 참고.
화학 물질 누출 지역의 최소화 및 누출 물질 확산으로 인한 2차 오염 방지.
물로 오염물질 제거가 가능한지 검토.
더 큰 문제가 발생하지 않도록 관리.
적합한 기술을 이용(MSDS, 가이드북 참고).
주의 지역 세정 : 중화제(neutralize)/흡착제(absorb)/세정제(rinse)
위험 지역 세정 : 흡착제/펌프(vacuum or pump)/중화제/세정제
상황을 모니터링 하여, 변화 발생유무 확인하여 대처.
- 오염물질 제거 통로(Decon Corrider)
경고 지역에 설치.
서두르지 말 것.(진입팀 제어 가능한 인원으로 구성)
구성
장비통(Equip bucket)
세정풀(Decon pool)
오염 제거팀
폐기물통(Waste bucket)
2차 세정풀(Decon pool)
좌석(Sit bucket)
확산방지막(Plastic Tarp)
바닥에 중화제 살포.
- 폐기물 관리
장비 오염 제거
오염제거 통로에서 분리
오염제거가 필요한 항목은 위험/경고 지역에 둘 것.
장비 오염물 제거는 나중에 처리(장비 폐기 검토).
폐기물 취급 대응
종류별로 분리 배출(적절한 HAZCOM 라벨 부착).
사업장 환경 관리 부서에 적절한 폐기 방안 문의.
적절한 용기 선택(과열 발생 주의, 가득 채우지 말 것 : 반응에 의한 폭발 가능).
4) 사업장 ER Team의 운영과 구성
- 전문 지식이 있어야 한다.
- 적절한 장비가 있어야 한다.
- 적절한 대응책과 절차가 있어야 한다.
- 정기적인 연습과 훈련이 필요하다.
- 실제 ER 상황에 대처 후 개선점을 찾아내 개선한다.
Ⅴ 누출 확인과 모니터링
1) 실린더의 잠재적 누출 지점
Valve Packing Leak
PRD(Pressure Relect Device) Leak
Neck Leak
Seat Leak
일반적으로 기계적인 체결에서는 반드시 미세 누출이 있다.
2) 누출 감지 감도
- 비눗물 : 1x10^-3 ~ 1x10^-5 cc/sec atm He
- 테스트 페이퍼 : 1x10^-3 ~ 1x10^-5 cc/sec atm He
- 케미컬 스프레이 : 1x10^-3 cc/sec atm He
- 계측기 : 1x10^-5 ~ 1x10^-9 cc/sec atm He
3) 전자식 누출 감지기
- 고가, 정교함, 매우 민감함.
- 예방 정비 및 교정 필요(오작동 가능성 높음).
- 적합하게 사용.
- 작동법, 절차, 제한성 및 방해물질 숙지후 사용.
Ⅵ 가스룸 및 실린더 보관장소의 설계
1) 구분
- 옥외 : 미국 기준은 25% 개방, 국내 기준은 2면 개방.
- 독성가스 저장소 및 취급소는 옥내로 설계
2) 독성 가스 취급소의 설계
- 가스 모니터링, Vent, 디텍터의 전력은 비상전력 혹은 Back-Up 전력 설계(UPS).
- 위험물 관련 전문 병원과 의사 지정.
- Vent 설계
독성 및 가연성 가스 취급소는 공조 회전 금지.
공조의 Inlet과 Outlet은 최대한 떨어뜨린다.(확산 및 바람의 영향 고려)
공조 조절 후 Luber나 Damper는 고정한다.
약간 낮은 음압을 유지한다.(독성 가스 외부 유출 방지)
출입구는 공조의 Inlet쪽으로 설계.
공기보다 비중이 가벼운 가스는 위로, 무거는 가스는 아래로 Outlet 설계.
입구와 저장소에 경광등 설치.
Red : On 50%LEL(Lower Explosion Limit) or 3xTWA
Yellow : On 25%LEL or TWA
Blue : On Normal
: Off 공조 이상 -> 휴대용 감지기로 산소농도 및 가스 누출 확인.
- 감지기
옥내 : 1ea/10m 설치, 옥외 : 1ea/20m 설치.
공기보다 비중이 가벼운 가스는 천장에서 30㎝ 아래 설치.
공기보다 비중이 무거는 가스는 바닥에서 30㎝ 위 설치.
Ⅶ 가스 사고 분석과 안전 대책
1) 사고의 위험(Risk)
- 정의
기대하지 않은 사고 발생의 빈도와 피해, 영향의 조합.
Risk = Frequency x Consequence
- 사고의 정량화
피해 크기
인명(부상자 및 사망자 수), 재산(피해 금액), 환경, 기업이미지.
피해 인자(Gas, Chemical 사고)
복사열, 폭발과압(충격파), 파편, 독성효과.
2) Gas System에서의 사고
- 사고 전개 과정
누출 자연점화 점화원접촉 용기가열 결과
─────┬────────────┬───────
│yes │yes BLEVE
질식 │Pool Fire(Chemical) │no (Chemical)
물리적폭발│Flash/Jet Fire(Gas) └───────
(과압) │no
└──────┬─────────────
Vapor │yes
Cloud │no Vapor Cloud Explosion
Dispersion └─────────────
- 사고 유형과 피해 인자
* 기상(Gas)
증발화재(Flash Fire) : 복사열.
분출화재(Jet Fire) : 복사열.
증기운폭발(VCE : Vapor Cloud Explosion) : 충격파, 파편.
* 액상(Chemical)
액면화재(Pool Fire) : 복사열.
비등액체 팽창증기폭발(BLEVE : Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)
: 충격파, 파편, 복사열, 화구(Fire Ball)생성(비화피해).
3) 사고 및 안전관리 시스템
- 합리적으로 수행가능한 Risk에서 관리 가능.
* High Risk에서는 사회적인 허용 불가.
* Low Risk에서는 관리 시스템 불필요.
- Safety Cost와 Repair Cost
* Safety Cost 증가 시,
Safety 설비의 점검, 설치 비용 증가.
Safety 인증비 및 교육비 ER 인력 비용 증가.
사고로 인한 Repair Cost 감소.
* 회사 안전 현황과 재정 상태에 따라 합리적으로 조절 필요.
- 실제적으로 무사고는 불가하므로 법과 회사 재정,
회사 안전 방침에 의해 적당한 안전 Level 유지가 필요하다.
*** 상기 내용은 가스안전공사의 교육내용을 정리한 것임. ***
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