[산업안전지도사] 화공안전 2차 2023년도 기출

※ 다음 단답형 5문제를 모두 답하시오. (각 5점)

【 문제 1 】 정성적 위험성평가가 방법인 "위험과 운전분석(HAZOP) 기법"의 위험도 대조표(Risk Matrix)를 설명하시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

위험과 운전분석(HAZOP, Hazard and Operability Study) 기법은 화학공장의 잠재적 위험성을 식별하는 대표적인 정성적 위험성평가 기법이다. HAZOP 분석 과정에서 도출된 이탈(Deviation)의 결과(Consequence)에 대해 '발생 빈도(Likelihood)'와 '사고 심각성(Severity)'을 기준으로 위험성(Risk)을 평가하고, 위험의 우선순위를 결정하기 위해 사용되는 도구가 바로 '위험도 대조표(Risk Matrix)'이다.

위험도 대조표는 일반적으로 가로축에 심각도, 세로축에 발생 빈도를 설정하고, 두 요소가 만나는 지점에 위험성 수준(예: 높음, 보통, 낮음)을 부여하여 위험성을 정성적으로 분류한다. 이 표를 통해 '허용 가능한 위험성'과 '위험성 감소 대책이 필요한 위험성'을 판단하는 기준을 마련한다.

풀이 (위험도 대조표 설명)

위험도 대조표는 HAZOP 분석 결과의 위험도를 시각화하고 우선순위를 결정하는 도구이다. 이는 위험성 추정(발생 빈도와 심각성 조합)과 위험성 결정(허용 가능 여부 판단)에 활용된다.

1. 구성 요소
   • 키워드: 빈도(가능성), 심각성(강도)
   •  해설:
     • 축(Axis): 보통 가로축은 사고의 '심각성(Severity)' 또는 '강도(Consequence)'를 나타내고, 세로축은 사고의 '발생 빈도(Likelihood)' 또는 '가능성'을 나타낸다.
     • 위험성 수준: 두 축의 조합에 따라 위험도를 '높음(High)', '중간(Medium)', '낮음(Low)' 등 3~5단계의 범주로 구분한다.
2. 발생 빈도(Likelihood)의 구분 (예시)
   • 키워드: 매우 낮음, 낮음, 보통, 높음
   • 해설: 사고가 발생할 가능성을 정성적으로 구분한다.
     • 매우 낮음(Rare): 거의 일어나지 않을 것으로 예상되는 경우 (예: 100년에 1회 미만).
     • 낮음(Unlikely): 드물게 발생할 수 있는 경우 (예: 10년에 1회 미만).
     • 보통(Possible): 때때로 발생할 수 있는 경우 (예: 1년에 1회 미만).
     • 높음(Probable): 자주 또는 거의 확실하게 발생할 것으로 예상되는 경우.
3. 사고 심각성(Severity)의 구분 (예시)
   • 키워드: 경미, 보통, 심각, 치명적
   • 해설: 사고 발생 시 초래될 수 있는 인명 피해, 재산 피해, 환경 피해 등의 정도를 구분한다.
     • 경미(Minor): 단순 응급조치나 경미한 물적 손실.
     • 보통(Moderate): 치료를 요하는 부상(LTI), 공장 가동에 영향을 미치는 중간 규모의 재산 손실.
     • 심각(Major): 사망자 발생(1~2명), 광범위한 공장 가동 중단, 막대한 재산 손실.
     • 치명적(Catastrophic): 다수의 사망자 발생, 사업장 전체의 영구적인 폐쇄, 심각한 환경 재앙.
4. 위험성의 결정 및 활용
   • 키워드: 허용 기준, 우선순위 결정, 감소 대책
   • 해설: 대조표를 통해 도출된 위험성 수준(예: 높은 위험)이 사업장의 '허용 가능한 위험성 기준'을 초과하는 경우, 위험성을 허용 가능한 수준으로 낮추기 위한 추가적인 안전 조치(위험성 감소 대책)를 수립하고 실행하는 데 우선순위 결정 자료로 활용된다.

참고자료

문제가 위험성평가의 다른 절차(감소 대책의 수립)를 묻거나, HAZOP 분석 자체의 절차를 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. 위험성 감소 대책 수립의 3단계 우선순위 (법적 의무)
   1. 1단계: 위험을 근본적으로 제거하거나 대체하는 조치 (가장 우선)
   2. 2단계: 공학적 대책 (환기 장치 설치, 밀폐 설비 등)
   3. 3단계: 관리적 대책 (작업 절차서, 안전 교육, 경고 표지 등) 및 개인보호구 지급
2. HAZOP 분석의 5단계 절차 (참고)
   • 1단계: 분석 대상 선정 및 팀 구성.
   • 2단계: 공정 변수 및 가이드워드 조합을 통한 이탈(Deviation) 도출.
   • 3단계: 각 이탈의 원인(Cause)과 결과(Consequence) 식별.
   • 4단계: 위험도 대조표를 이용한 위험성(Risk) 평가 및 허용 가능 여부 결정.
   • 5단계: 위험성 감소 대책(Safeguard) 권고 및 후속 조치.

KOSHA 가이드

• KOSHA Guide P-1-2023 (화학공장의 위험성평가 수행에 관한 기술지침) 4.3 위험성 추정 및 결정
• KOSHA Guide P-82-2020 (연속공정의 위험과 운전분석(HAZOP)기법에 관한 기술지침)

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【 문제 2 】 비상대응계획수립지침(Emergency response planning guideline, ERGP)에서 규정하고 있는 ERPG-2의 정의를 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

ERPG (Emergency Response Planning Guideline)는 급성 독성 물질이 대기 중으로 누출되었을 때, 일반 대중에게 미칠 수 있는 단기적 노출 영향의 심각도를 3단계(ERPG-1, 2, 3)로 구분하여 제시하는 독성 기준치이다.
이 기준은 주로 화학공장의 사고 시 피해 예측(CA, Consequence Analysis)을 위한 '영향 평가의 끝점(Endpoint)'을 설정하는 데 사용된다. ERPG-1은 불쾌감, ERPG-3는 사망이나 심각한 영구적 피해를 유발하는 농도를 나타내는 반면, ERPG-2는 영구적인 건강 영향 없이 회복될 수 있는 심각한 피해의 한계선을 정의한다.

풀이 (ERPG-2의 정의)

ERPG-2는 급성 독성 물질에 1시간 동안 노출될 경우, 영구적인 건강상의 영향 없이 회복될 수 있거나 심각한 부상을 초래할 수 있는 정도의 최대 공기 중 농도이다.

• 키워드: 1시간 노출, 영구적 건강 영향 없이 회복, 심각한 부상
• 해설: 대부분의 일반인이 해당 농도에 노출되었을 때 1시간 동안 노출될 경우, 심각한 건강상의 영향은 경험하지 않거나, 심각한 부상을 초래할 수 있으나 영구적인 건강상의 영향 없이 회복될 수 있는 최대 공기 중 농도를 말한다.

참고자료

ERPG 기준은 다른 독성 기준(AEGL, IDLH)과의 비교, 또는 각 단계별 정의를 묻는 문제로 자주 변형된다. 특히 사고 피해 예측의 끝점 기준이 된다는 점을 숙지해야 한다.

1. ERPG 단계별 정의
   • ERPG-1: 대부분의 일반인이 1시간 노출되었을 때, 불쾌한 냄새를 느끼거나 경미하고 일시적인 자극을 경험하지만, 특별한 조치가 필요하지 않은 최대 농도.
   • ERPG-3: 대부분의 일반인이 1시간 노출되었을 때, 생명을 위협하거나 심각한 영구적인 건강상의 영향을 초래할 수 있는 최대 농도.
2. AEGL (Acute Exposure Guideline Levels)
   • 미국 환경보호청(EPA)에서 사용하는 급성 독성 기준이다. ERPG와 유사하게 1~3단계로 구분되며, 10분에서 8시간까지의 다양한 노출 시간에 대한 기준을 제공한다.
   • AEGL-2는 ERPG-2와 유사하게 영구적인 건강 영향 없이 회복 가능한 심각한 영향을 미 미치는 수준의 농도를 의미한다.
3. IDLH (Immediately Dangerous to Life and Health)
   • 즉시 생명이나 건강에 위험한 농도를 의미한다. 보통 30분 노출 시 회피 능력에 영향을 주지 않고 작업장을 벗어날 수 있는 최대 농도로 정의된다.

KOSHA 가이드

• KOSHA Guide P-107-2020 (사고피해예측 기법에 관한 기술지침) 4.1.2 독성 영향의 끝점

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【 문제 3 】 고압가스안전관리기준통합고시에서 규정하고 있는 안전설비 종류에 관한 내용이다. ( )에 들어갈 내용을 쓰시오.

산업표준화법 제15조에 따라 인증을 받아야 하는 밸브: 수소자동차 충전소에 설치 • 사용하는 것으로서 KS B ISO 19880-3(수소가스-충전소-제3부: 밸브)에서 규정하는 수동밸브, ( ) 밸브 및 유량조절밸브

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 「고압가스 안전관리기준 통합고시」 (KGS Code) 중 수소 안전 기준에 관련된 내용이다. 특히 수소 자동차 충전소에 설치되는 밸브류에 대해 「산업표준화법」에 따른 인증(KS 인증)을 받아야 하는 품목을 묻고 있다.
수소는 폭발 및 화재 위험성이 높아 충전소 설비의 안전성이 매우 중요하며, 고압의 수소를 취급하는 밸브는 충전소의 핵심 안전 설비이므로 그 종류와 기준이 엄격하게 관리된다.

풀이 (빈칸 채우기)

( ): 역류방지

해설

수소 자동차 충전소에 설치·사용하는 밸브로서 KS B ISO 19880-3에서 규정하는 수동밸브, 역류방지 밸브 및 유량조절밸브는 「산업표준화법」 제15조에 따라 인증을 받아야 하는 밸브이다. 이는 충전 과정 중 수소의 역류를 방지하여 충전소의 안전을 확보하기 위한 핵심 장치이기 때문이다.

참고자료

문제가 수소 충전소의 안전설비 종류 외에 다른 인증 대상 설비나 수소 설비의 안전 기준을 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. 수소 자동차 충전소의 주요 설비 인증 (KS 인증 대상)
   • 밸브 외에 고압 수소를 취급하는 주요 부품(압력 용기, 압축기, 디스펜서 등) 역시 KGS 코드나 관련 KS 규격에 따른 안전 인증 및 검사를 받아야 한다.
2. 수소 충전소의 안전거리
   • 수소 충전소는 가스 누출 시 폭발 위험이 크므로, 저장탱크 및 압축기 등으로부터 특정 보호 시설(학교, 병원, 주거 시설 등)까지 법정 안전거리를 확보해야 한다.
3. 수소 안전 기준의 분류 (참고)
   • KGS 코드는 고압가스 안전관리법에 근거하며, 수소에 대해서는 상세 기준(AC211 등)을 별도로 규정하여 설비의 재료, 설계, 설치, 검사 등에 대한 세부적인 기술 기준을 제공한다.
   • 해당 내용은 KGS Code AC211 (고압가스 안전관리법 시행규칙 별표 30 제2호 마목 등)와 관련된다.

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【 문제 4 】 프로판($C_{3}H_{8}$) 가스의 최소산소농도(MOC)를 계산하시오. (단, 프로판의 공기중 연소범위는 2.1~9.5 Vol%이다.)

답안

문제 개요 및 개념 설명

최소산소농도(MOC, Minimum Oxygen Concentration)란 가연성 가스, 증기 또는 분진이 공기 중에서 화염을 전파할 수 있는 '최소한의 산소 농도'를 의미한다.
이 농도 이하로 산소 농도를 낮추면(불활성화, Inerting), 혼합 가스의 농도가 폭발 범위 내에 있더라도 연소 반응이 일어나지 않는다. MOC는 폭발하한계(LEL) 농도의 가연성 가스-산소-불활성 가스 혼합물 내에 존재하는 산소의 최소 농도로 정의된다.

계산 공식: $MOC = LEL \times \frac{n}{100}$ (여기서 $n$은 완전 연소에 필요한 산소의 부피비, LEL은 폭발하한계)
*단, 계산의 편의를 위해 연소 반응식의 계수를 이용하여 다음과 같이 계산하는 것이 일반적이다.

$MOC = LEL \times n$ (단, $n$은 $O_{2}$의 몰 수)

풀이

1. 프로판의 완전 연소 반응식
   • 키워드: $C_{3}H_{8} + 5O_{2} \rightarrow 3CO_{2} + 4H_{2}O$
   • 해설: 반응식에서 프로판 1몰당 완전 연소에 필요한 산소의 몰수($n$)는 5이다.
2. 최소산소농도(MOC) 계산
   • 공식: $MOC = LEL \times n$
   • 입력값: $LEL = 2.1$ vol% (문제에서 제시된 폭발하한계), $n = 5$ (산소 몰수)
   • 계산: $MOC = 2.1 \times 5 = 10.5$ vol%
3. 정답
   • 프로판 가스의 최소산소농도(MOC): 10.5 vol%

참고자료

문제가 MOC 계산 외에 '불활성화(Inerting)' 관련 내용이나 다른 가스의 MOC를 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. MOC의 활용 (불활성화)
   • 공정 설비에 불활성 가스(주로 질소)를 주입하여 용기 내 산소 농도를 계산된 MOC 이하로 낮춤으로써 폭발 위험을 제거하는 방지 대책에 활용된다.
2. MOC와 LEL의 관계 (일반적인 경향)
   • $MOC \approx LEL \times \frac{\text{산소 몰수}}{\text{공기 중 산소 비율 (0.21)}}$
   • 위 식에서 $LEL \times n$의 형태는 $LEL \times \frac{1}{\text{연소 혼합물 중 연료의 체적분율}}$과 동일한 개념을 이용한 계산이다.
3. MOC 관리 기준
   • 실제 현장에서는 안전율을 고려하여 MOC값보다 약 2~4% 낮은 농도(예: 6% 이하)로 산소 농도를 관리한다.
4. 다른 가스의 MOC 계산 (참고)
   • 메탄($CH_{4}$): $LEL \approx 5.0$ vol%, $n=2$ $\rightarrow MOC = 5.0 \times 2 = 10.0$ vol%
   • 에탄($C_{2}H_{6}$): $LEL \approx 3.1$ vol%, $n=3.5$ $\rightarrow MOC = 3.1 \times 3.5 = 10.85$ vol%

KOSHA 가이드

• KOSHA Guide P-82-2020 (연소성 가스 및 증기 혼합물의 폭발한계 산정에 관한 기술지침) 4.2.3 최소산소농도
• KOSHA Guide P-136-2023 (인화성 가스 또는 증기에 의한 폭발위험장소의 설정에 관한 기술지침) 부록 2.

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【 문제 5 】 화학공장에서 정전기에 의한 화재 • 폭발사고가 종종 발생하고 있다. 정전기 재해예방에 관한 기술지침에서 규정하고 있는 인체의 전하 축적을 방지하는 대책 5가지를 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

정전기(Static Electricity)는 물체의 표면이나 인체에 전하가 축적되어 대전된 상태를 말하며, 화학공장에서는 위험물질의 이송, 혼합, 교반 등의 과정에서 쉽게 발생한다. 특히 유류, 분진, 가스 등 가연성 물질이 존재하는 환경에서 정전기가 방전될 경우, 이 방전 스파크가 점화원이 되어 화재 및 폭발 사고를 일으킨다.
인체는 전기적으로 절연된 상태(예: 고무 바닥, 절연화 착용)에서 움직이거나 작업을 할 때 쉽게 전하가 축적되어 고전압으로 대전될 수 있으므로, 인체의 대전 방지 대책은 정전기 재해 예방의 핵심적인 관리적, 공학적 조치이다.

풀이 (인체의 전하 축적 방지 대책 5가지)

KOSHA Guide P-133-2023 (정전기 재해예방에 관한 기술지침)에 규정된 인체의 정전기 대책은 다음과 같다.

1. 작업복 및 보호구의 대전 방지
   • 키워드: 정전기 방지 작업복, 도전성 신발/바닥
   • 해설: 정전기 발생 우려가 있는 장소에서는 인체에 전하가 축적되는 것을 막기 위해 정전기 방지 성능을 가진 작업복(도전성 섬유)과 정전기 방지용 안전화(도전성 신발)를 착용해야 한다.
2. 바닥의 도전성 확보
   • 키워드: 도전성 바닥, 접지
   • 해설: 작업장 바닥은 정전기가 축적되지 않도록 도전성(전기가 통하는 성질) 재료로 시공하고, 바닥을 접지하여 인체를 통해 들어온 정전기가 대지로 흐르도록 한다.
3. 인체의 접지 (정전기 제거 장치 사용)
   • 키워드: 인체 접지 장치, 정전기 제거 패드
   • 해설: 작업 시작 전 또는 작업 중에 인체에 축적된 정전기를 주기적으로 제거하기 위해 인체 접지 장치(정전기 제거 패드, 정전기 방지 손목 스트랩 등)를 사용하여 접지한다.
4. 공기의 상대 습도 관리
   • 키워드: 가습, 70% 이상
   • 해설: 공기의 상대 습도를 70% 이상으로 유지하여 인체 및 물체 표면에 수분을 흡착시켜 도전성을 높인다. 공기 중의 수분이 정전기를 자연스럽게 방전시키는 역할을 하므로 정전기 발생을 근본적으로 억제한다.
5. 정전기 제전기(Neutralizer)의 설치 및 사용
   • 키워드: 이온 발생, 중화
   • 해설: 작업 공간 내에 제전기(이온 발생기)를 설치하여 양이온과 음이온을 발생시켜 인체 및 물체에 축적된 전하를 중화시켜 정전기 방전을 방지한다.

참고자료

문제가 '정전기 발생원'이나 '물체(설비)의 대전 방지 대책'을 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. 물체의 전하 축적 방지 대책 (설비 관련)
   • 설비의 접지: 모든 설비와 배관을 접지하여 대전된 전하가 대지로 흐르도록 한다. (가장 기본)
   • 본딩(Bonding): 서로 떨어진 두 설비 간의 전위차를 없애기 위해 두 설비를 도체로 연결한다.
   • 유속 제한: 배관을 통한 인화성 액체 이송 시, 액체의 유속을 제한하여 유동 대전(Flow Electrification)을 억제한다.
   • 이송 물질에 첨가제 주입: 액체의 도전성을 높이는 정전기 방지 첨가제(Antistatic Additive)를 주입한다.
2. 정전기 발생의 4대 원인 (대전의 종류)
   • 마찰 대전: 두 물체의 마찰로 전하가 이동하여 발생. (벨트 구동, 분진 이송 등)
   • 박리 대전: 대전된 두 물체가 떨어질 때 전하가 분리되어 발생. (테이프 제거, 코팅 등)
   • 유동 대전: 액체나 분진이 파이프나 여과 장치를 통과할 때 마찰로 발생. (유류 이송 시)
   • 분출 대전: 기체나 증기가 좁은 노즐을 통해 분출될 때 발생.

KOSHA 가이드

• KOSHA Guide P-133-2023 (정전기 재해예방에 관한 기술지침) 4.1 인체의 대전 방지

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※ 다음 논술형 2문제를 모두 답하시오. (각 25점)

【 문제 6 】 다음은 원인결과분석(CCA)기법에 관한 기술지침에 따른 원인결과분석의 평가흐름도이다. 다음 물음에 답하시오.

평가할 사건의 선정 → 안전요소의 확인 → ( ㄱ )의 구성 → ( ㄴ )의 구성 → ( ㄷ )의 구성 → 결과의 문서화

1) 원인결과분석(CCA)의 정의를 쓰시오.
2) ( ㄱ )에 들어갈 용어와 정의를 쓰시오.
3) ( ㄴ )에 들어갈 용어와 정의를 쓰시오.
4) ( ㄷ )에 들어갈 용어와 정의를 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

원인결과분석(CCA, Cause Consequence Analysis) 기법은 결함수분석(FTA)과 사건수분석(ETA)을 결합한 위험성평가 기법이다.
CCA는 특정 초기사건(Initiating Event)이 발생했을 때, 안전장치의 성공 및 실패 여부에 따른 결과의 전개 과정(ETA의 특성)과, 최종적으로 재해를 유발하는 구체적인 원인(FTA의 특성)을 동시에 체계적으로 분석한다. 이는 초기사건, 안전요소, 그리고 최종 결과 간의 논리적 흐름을 명확하게 파악할 수 있도록 해주는 정량적 또는 반정량적 기법이다.

풀이 (원인결과분석의 절차 및 정의)

평가흐름도: 평가할 사건의 선정 → 안전요소의 확인 → ( ㄱ )의 구성 → ( ㄴ )의 구성 → ( ㄷ )의 구성 → 결과의 문서화

1. 원인결과분석(CCA)의 정의
   • 키워드: 초기사건, 안전장치, 결과, 결함수분석, 사건수분석
   • 해설: 초기사건(선행사건)을 선정하고 안전장치의 작동 여부에 따라 전개될 수 있는 일련의 사건들을 사건수분석(ETA)으로 파악하며, 최종적인 결과는 결함수분석(FTA)으로 분석함으로써 사고 발생 원인과 결과를 파악하는 정량적 분석 기법이다.
2. ( ㄱ )에 들어갈 용어와 정의를 쓰시오.
   • 용어: 원인수(Cause Tree)
   • 키워드: 초기사건의 원인, FTA, 논리 게이트
   • 해설: 선정된 초기사건이 왜 발생했는지를 규명하기 위해 사용되며, 초기사건을 정상사건(Top Event)으로 설정하여 그 원인들을 논리 게이트(AND, OR)를 이용해 추적하는 결함수분석(FTA)과 동일한 구조의 분석 도표이다.
3. ( ㄴ )에 들어갈 용어와 정의를 쓰시오.
   • 용어: 초기사건(Initiating Event)
   • 키워드: 시나리오 시작점, 위험 발생의 출발점
   • 해설: 사고 시나리오의 출발점이 되는 사건을 말하며, 안전장치(방호벽)를 통과하여 위험한 결과가 발생할 가능성이 있는 사건이다. (예: 펌프 고장, 반응기 과열 등)
4. ( ㄷ )에 들어갈 용어와 정의를 쓰시오.
   • 용어: 결과수(Consequence Tree)
   • 키워드: 초기사건의 전개, 안전요소 작동 여부, 최종 결과
   • 해설: 초기사건이 발생한 이후에 안전장치(안전 요소)의 작동 여부에 따라 사고가 전개되는 경로를 나뭇가지 형태로 분석한 도표이다. 사건수분석(ETA)과 동일한 구조이며, 초기사건이 위험한 결과로 이어지는 시나리오의 확률 및 빈도를 산출한다.

참고자료

CCA는 FTA와 ETA의 복합형이므로, 두 기법의 개념과 특징을 묻는 문제가 함께 출제되거나, CCA의 장점을 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. CCA의 장점 3가지
   • FTA와 ETA의 장점을 모두 활용하여 원인과 결과를 동시에 분석한다.
   • 위험성 분석의 전 과정을 명확하고 논리적으로 이해하기 쉽다.
   • 초기사건의 확률과 최종 결과의 확률을 모두 계산할 수 있어 정량적 평가가 가능하다.
2. CCA 분석 시 안전요소(Safety Function)
   • 안전요소란 초기사건 발생 후 피해를 줄이거나 막을 수 있도록 설치된 방호 장치 또는 시스템을 말한다. (예: 안전밸브, 고압경보장치, 비상 차단 시스템 등)
3. CCA와 FTA/ETA의 구조적 관계
   • FTA: 결과(Top Event)를 분석하여 원인(Basic Event)을 찾음 (연역적).
   • ETA: 초기사건(Initiating Event)에서 출발하여 결과(Consequence)를 예측함 (귀납적).
   • CCA: 원인수(FTA) + 초기사건 + 결과수(ETA)의 복합 구조.

KOSHA 가이드

• KOSHA Guide P-132-2020 (원인결과분석(CCA)기법에 관한 기술지침) 제3조 및 4.1

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【 문제 7 】 가스누출감지경보기는 설치 및 유지보수에 관한 기술지침에 관하여 다음 물음에 답하시오.

1) 가스누출감지경보기는 누출우려가 높은 설비의 인접장소에 설치하여야 한다. 누출 우려가 높은 설비 중 현저한 발열반응 또는 부차적인 2차반응 가능성이 높은 반응설비 3가지만 쓰시오.
2) 가스누출감지경보기의 설치기준에서 오작동 우려가 있어 감지기 설치를 가능한 피하도록 규정하고 있는 장소 2가지만 쓰시오.
3) 가스누출감지경보기의 경보설정 기준값(%)를 쓰시오.
4) 다음 ( ㄱ ) ~ ( ㄴ )에 들어갈 내용을 쓰시오.

가스누출감지경보기의 가스 감지에서 경보발신까지 걸리는 시간은 경보농도의 1.6배인 경우 보통 ( ㄱ )초 이내일 것. 다만 암모니아, 일산화탄소 또는 이와 유사한 가스 등을 감지하는 가스누출감지경보기는 ( ㄴ )분 이내로 한다.

답안

문제 개요 및 개념 설명

가스누출감지경보기(Gas Leakage Detector and Alarm)는 화학공장에서 인화성 가스나 독성 가스가 누출되었을 때, 이를 조기에 감지하여 경보함으로써 화재·폭발 및 중독 사고를 예방하기 위한 핵심 안전장치다.
이 문제는 KOSHA Guide P-134-2023 (가스누출감지경보기는 설치 및 유지보수에 관한 기술지침)에 명시된 설치 위치, 설치 제외 장소, 경보 농도 기준, 그리고 응답 시간 등 실무적인 설치 및 성능 기준을 묻는 것이다.

풀이

1. 누출 우려가 높은 설비 중 현저한 발열반응 또는 부차적인 2차반응 가능성이 높은 반응설비 3가지
   가스누출감지경보기는 누출 우려가 높거나, 누출 시 즉시 화재ㆍ폭발 등으로 이어질 수 있는 설비 인접 장소에 설치해야 한다. (KOSHA Guide P-134-2023 4.1.1)
   • 키워드: 반응 폭주, 중화 반응, 고압 접촉
   •  해설:
     • 현저한 발열반응이 일어나는 반응설비
     • 부차적인 2차반응 가능성이 높은 설비
     • 촉매 재생, 분리, 분해 및 고압접촉 설비
2. 가스누출감지경보기의 설치기준에서 오작동 우려가 있어 감지기 설치를 가능한 피하도록 규정하고 있는 장소 2가지
   감지기의 성능 저하 또는 오작동을 유발하여 신뢰성에 문제를 일으킬 수 있는 장소는 피해야 한다. (KOSHA Guide P-134-2023 4.1.3)
   • 키워드: 높은 습도/온도, 부식성 환경
   •  해설:
     • 기계적 충격, 부식성 환경, 높은 습도 또는 온도가 있는 장소
     • 분진, 미스트, 그 밖의 이물질로 인하여 정상적인 작동을 방해받는 장소
3. 가스누출감지경보기의 경보설정 기준값(%)를 쓰시오.
   경보 설정 기준은 인화성 가스에 대한 기준이다. (KOSHA Guide P-134-2023 5.3.1)
   • 키워드: 폭발하한계(LEL), 25%
   • 해설: 가스누출감지경보기의 경보농도는 인화성 가스의 폭발하한계(LEL)의 25% 이하로 설정해야 한다. (즉, LEL의 1/4)
4. 다음 ( ㄱ ) ~ ( ㄴ )에 들어갈 내용을 쓰시오.
   • ( ㄱ ): 30
   • ( ㄴ ): 1

해설 (KOSHA Guide P-134-2023 5.3.3)

가스누출감지경보기의 가스 감지에서 경보발신까지 걸리는 시간은 경보농도의 1.6배인 경우 보통 30초 이내일 것. 다만 암모니아, 일산화탄소 또는 이와 유사한 가스 등을 감지하는 가스누출감지경보기는 1분 이내로 한다.

참고자료

문제가 감지기의 '교정 주기', '경보 및 비상 전원', 또는 '감지기 설치 수량' 등 유지보수 관련 내용으로 변형될 수 있다.

1. 감지기의 설치 위치 (공기보다 무거운/가벼운 가스)
   • 공기보다 가벼운 가스(수소, 메탄 등): 누출 우려가 있는 지점의 천장 또는 지붕 가까운 곳에 설치.
   • 공기보다 무거운 가스(LPG, 프로판 등): 누출 우려가 있는 지점의 바닥이나 지하 가까운 곳에 설치. (KOSHA Guide P-134-2023 4.1.2)
2. 감지기의 교정(Calibration) 주기 (KOSHA Guide P-134-2023 5.4.1)
   • 가스누출감지경보기의 영점(Zero) 및 스팬(Span) 교정은 6개월마다 1회 이상 실시해야 한다.
3. 경보 발신 시 조치 사항 (규칙 제274조)
   • 특수화학설비에 설치된 자동경보장치 경보 발신 시, 즉시 경보 내용을 통보하고, 경보에 따라 비상조치를 할 수 있는 체계를 갖추어야 한다.

KOSHA 가이드

• KOSHA Guide P-134-2023 (가스누출감지경보기의 설치 및 유지보수에 관한 기술지침) 4.1, 5.3, 5.4

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※ 다음 논술형 2문제 중 1문제를 선택하여 답하시오. (각 25점)

【 문제 8 】 고열로부터 용기 보호에 관한 기술지침에 따른 위험물질을 취급하는 고정식용기의 보호방법에 관하여 다음 물음에 답하시오.

1) 외부 화재로부터 용기를 보호하는 방법 4가지를 쓰시오.
2) 화재가 아닌 고온으로부터 단열용기의 용기 보호 조치 방법 3가지를 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 KOSHA Guide P-166-2020 (화학공정의 안전설계에 관한 기술지침) 및 관련 지침에 근거하여, 위험물질을 저장하는 고정식 용기(Fixed Vessel)를 외부의 고열로부터 보호하는 방법을 묻는 것이다.
외부 화재와 같은 고열에 용기가 노출되면 내부 압력 상승, 재료 강도 저하, 액체 급팽창 증기 폭발(BLEVE) 등 치명적인 사고로 이어질 수 있다. 따라서 용기 보호는 화학공장 안전 설계의 핵심적인 요소다. 보호 방법은 크게 외부 화재에 대한 직접적인 방어와 화재가 아닌 고온 환경으로부터의 단열 조치로 구분된다.

풀이

1. 외부 화재로부터 용기를 보호하는 방법 4가지
   외부 화재 발생 시 용기 자체의 온도를 낮추거나 열 전달을 차단하여 보호하는 방법이다. (KOSHA Guide P-166-2020 4.5.3 참조
   • 키워드: 살수 장치, 단열, 방호벽, 소화 장치
   • 해설:
     • 물 분무 설비 또는 살수 장치 설치: 용기 표면에 물을 지속적으로 분무하여 용기 벽의 온도를 낮춤으로써 압력 상승을 막고 재료의 강도 저하를 방지한다.
     • 단열재 설치: 용기 외부에 단열재를 설치하여 외부 화재로부터의 열 전달 속도를 늦추고, 용기 표면의 온도 상승을 지연시킨다.
     • 방호벽 설치: 화재 발생 가능성이 있는 인접 시설과 용기 사이에 방호벽을 설치하여 직접적인 화염 노출이나 복사열 전달을 차단한다.
     • 소화 장치 설치: 화재 발생 시 초기에 진압할 수 있도록 고정식 소화 장치(예: 포 소화 설비) 또는 이동식 소화 장치를 비치하여 화재를 통제한다.
2. 화재가 아닌 고온으로부터 단열용기의 용기 보호 조치 방법 3가지
   용기 내부의 온도가 고온이거나, 고온의 물질을 취급할 때 용기 재료가 고온 환경으로부터 받는 영향을 최소화하는 단열 및 재료적 조치다. (KOSHA Guide P-166-2020 4.5.4 참조)
   • 키워드: 단열, 외피/피복, 냉각/냉매
   • 해설:
     • 단열 조치: 용기 외부에 열전도율이 낮은 단열재를 설치하여 용기 외부로의 열 손실을 막거나, 외부로부터의 열 유입을 차단하여 내부 온도를 일정하게 유지한다.
     • 외피 또는 피복(Cladding/Lining) 사용: 고온의 물질이 직접 용기 벽에 닿지 않도록 내부에 내열성이 강한 재료(예: 세라믹, 내화벽돌)로 외피(Lining)를 설치한다.
     • 냉각 또는 냉매 시스템 설치: 용기 내부에 냉각 코일을 설치하거나 재킷(Jacket)을 설치하여 냉각수 또는 냉매를 순환시켜 내부 온도를 제어함으로써 용기 벽의 과열을 방지한다.

참고자료

문제가 화재로 인한 특정 사고(BLEVE) 방지 대책이나, 안전밸브의 용량 계산과 연계되어 출제될 수 있다.

1. BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion) 방지 대책
   • 목적: 액화가스 저장탱크의 외부 화재 노출 시 용기 파열을 막는 것.
   • 핵심 대책: 살수 장치 설치 및 단열재 사용을 통한 용기 벽 온도($560^{\circ}C$ 이하) 관리.
   • 압력 해소: 안전밸브를 통한 내부 압력 해소.
2. 화재 시 안전밸브의 용량 산정 (규칙 제264조)
   • 화재로 인한 외부 열에 노출될 경우, 용기 내부의 증발 속도가 매우 빨라져 급격한 압력 상승이 발생한다.
   • 안전밸브는 화재 시 발생하는 최대 증발량(열 흡수량)을 안전하게 배출할 수 있도록 충분한 용량으로 설계되어야 한다.
3. 방호벽 설치 기준 (규칙 제271조)
   • 저장탱크 등에 방호벽을 설치하는 경우, 안전거리를 20미터 이상 확보하지 않아도 되는 예외 규정으로 활용된다.

KOSHA 가이드

• KOSHA Guide P-166-2020 (화학공정의 안전설계에 관한 기술지침) 4.5 고열로부터의 용기 보호

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【 문제 9 】 수전해설비 제조의 시설 • 기술 • 검사 기준에 관하여 다음 물음에 답하시오.

1) 수전해설비 제조의 기준에 적용되는 수전해설비 종류 2가지만 쓰시오.
2) 비상정지 제어기능이 작동해야 하는 경우의 발생 수소 중 산소 농도(%)를 쓰시오.
3) 비상정지 제어기능이 작동해야 하는 경우의 발생 산소 중 수소 농도(%)를 쓰시오.
4) 비상정지 제어기능이 작동해야 하는 경우의 수전해설비 외함 내 수소농도(%)를 쓰시오.
5) 비상정지 제어기능이 작동해야 하는 경우를 2가지만 쓰시오. (단, 물음 2 ~ 물음 4의 경우는 제외한다.)

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 「고압가스 안전관리기준 통합고시」(KGS Code) 중 수소 안전 기준과 관련된 「수전해설비 제조의 시설·기술·검사 기준」(KGS AB934)에 명시된 내용을 묻고 있다.
수전해설비는 물을 전기 분해하여 수소(H2)와 산소(O2)를 생산하는 설비로, 두 가스가 혼합되어 폭발 위험이 발생할 가능성이 높다. 따라서 설비의 종류, 가스 농도 관리, 비상정지 제어 등 안전 기준이 매우 중요하게 규정된다.

풀이

1. 수전해설비 제조의 기준에 적용되는 수전해설비 종류 2가지만 쓰시오.
   • 키워드: 알칼리, 고분자 전해질
   • 해설: (KGS AB934 1.2.2.1)
     • 알칼리 수전해설비
     • 고분자 전해질 수전해설비 (PEM, Polymer Electrolyte Membrane)
2. 비상정지 제어기능이 작동해야 하는 경우의 발생 수소 중 산소 농도(%)를 쓰시오.
   • 키워드: 발생 수소, 산소 농도 한계
   • 해설: (KGS AB934 3.1.2.1)
     발생 수소 중 산소 농도가 2.0%를 초과할 경우 비상정지 제어기능이 작동해야 한다.
3. 비상정지 제어기능이 작동해야 하는 경우의 발생 산소 중 수소 농도(%)를 쓰시오.
   • 키워드: 발생 산소, 수소 농도 한계
   • 해설: (KGS AB934 3.1.2.1)
     발생 산소 중 수소 농도가 2.0%를 초과할 경우 비상정지 제어기능이 작동해야 한다.
4. 비상정지 제어기능이 작동해야 하는 경우의 수전해설비 외함 내 수소농도(%)를 쓰시오.
   • 키워드: 외함 내부, 수소 농도 한계
   • 해설: (KGS AB934 3.1.2.1)
     수전해설비 외함 내 수소농도가 1.0%를 초과할 경우 비상정지 제어기능이 작동해야 한다.
5. 비상정지 제어기능이 작동해야 하는 경우를 2가지만 쓰시오. (단, 물음 2 ~ 물음 4의 경우는 제외한다.)
   • 키워드: 정전, 유체 누출
   • 해설: (KGS AB934 3.1.2.1)
     • 수전해설비로 공급되는 전원의 공급이 중단되는 경우 (정전 등)
     • 전해액(또는 물)의 누출량이 미리 설정된 한계값을 초과하는 경우
       (추가 답안 가능 항목: 전해액(또는 물)의 온도가 미리 설정된 한계값을 초과하는 경우, 전해액(또는 물)의 수위가 미리 설정된 한계값을 벗어나는 경우, 설비 내부 압력이 미리 설정된 한계값을 벗어나는 경우 등)

참고자료

문제가 수소의 폭발 하한계(LEL)와 MOC를 묻는 문제로 연계되거나, 비상정지 기능의 종류를 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. 수소의 폭발 범위와 안전 기준
   • 수소의 폭발하한계(LEL): 약 4 vol%
   • 수소의 최소산소농도(MOC): 약 5 vol%
   • KGS 기준은 LEL(4%)의 1/4 수준인 1.0%를 외함 내 수소 농도 기준으로 잡는 등 매우 보수적으로 관리한다.
2. 비상정지 제어기능의 요구사항
   • 비상정지 기능은 수동으로도 작동할 수 있어야 하며, 비상정지 후 재가동 시에는 안전 상태를 확인하기 전까지는 자동으로 재가동되지 않도록 설계되어야 한다.
3. 전기 설비의 방폭 기준
   • 수소 누출 우려가 있는 수전해설비 주변의 전기 설비는 수소 등급(IIC)에 적합한 방폭 구조로 설치해야 한다.
   • KGS 코드(수전해설비 제조의 시설·기술·검사 기준, AB934)를 기준으로 작성하였다.