화학 공장 사고 예방을 위한 멀티미디어 교육 시스템 개발

이수진, 김미경, 나성훈, 문 일

연세대학교 화학공학과

Development of a multimedia education system for the prevention of

chemical plant accidents

Sujin Lee, Mikyung Kim, Sunghun Na and Il Moon

Department of Chemical Engineering, Yonsei University

서론

화학 공장에서의 사고는 여러 가지 원인이 있을 수 있지만 조업자의 공정에 대한 이해 부족이나 운전 미숙과 같은 조업자의 직접적인 실수에 의한 사고가 전체의 18%로 가장 큰 비율을 차지한다.[5] 이러한 사고를 미연에 방지하기 위해서는 조업자의 현장 감각을 키워 주고 안전의 중요성을 항상 인식하게 할 수 있는 교육이 필요하다[2]. 그러나 기존의 안전 교육은 일정 시간에 정해진 분량을 교육받는 책과 연필만의 강의나 일회성에 그치기 쉬운 교육에 불과하였다[4].

본 연구에서 이러한 점을 감안하여 음성·동화상·텍스트 등으로 인간의 시청각 감각을 이용한 화학 공장 사고 예방을 위한 멀티미디어 교육 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 사용이 용이한 시간에 혼자서도 교육받을 수도 있다는 장점이 있고 화학 공장의 주요 사고를 화재, 폭발, 독극물 유출의 3대 주요 사고로 분류하여 사용자가 언제든 필요한 부분을 찾아서 볼 수 있다는 점에서 한번의 교육으로 끝나지 않고 반복하여 교육하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 교육 내용을 원인과 사건의 경위, 그리고 그에 대한 대책을 제시하는 4가지 모듈로 구성하였고 사례 분석으로써 과거에 안전 문제를 부각시키게 한 주요 사고 사례인 Flixborough, Bhopal, Seveso 사고[1]를 예시하여 분석하였다. 숙련된 운전자에게는 사고 발생과정과 원리를 설명해 줌으로써 경험을 바탕으로 공정에 관한 정확한 배경지식을 확립시킬 수 있으며 기존의 안전 사고의 사례에 대하여 초기 운전자에게 교육을 시키면 유사한 사고의 예방을 기대할 수 있다.

화학 공장 사고 예방 교육 시스템 개발

1. 개발 도구

본 연구에서 개발한 시스템은 Visual Basic 4.0을 사용하여 PC의 Windows환경에서 운영되며, 해상도 800*600에 적합하도록 사용자 인터페이스를 구성하였다.

그림과 동화상은 Correl Draw 5.0과 Animator Studio 3.05를 사용하여 구현하였고 음성은 Windows의 녹음기의 Wave 파일을 사용하였다.

2. 전체 구조

본 시스템의 전체적인 구조는 그림 1과 같다. 사고의 유형을 화재, 폭발, 누출로 분류하여 각각에 대하여 구체적인 예를 제시하고 과거에 일어났던 주요 사례를 들어 보였다. 마지막으로 초기 조업자는 물론 숙련된 조업자에게도 도움을 주기 위해서 열전달의 원리에 대해 간단하게 다루었다. 이 부분은 조업자에게 이론이나 원리에 대해서도 교육할 수 있다는 것을 보이기 위해 첨가하였다.

그림 . 화학 공장 사고 예방 교육 시스템 구조

3. 세부 구조

화학 공장에서 일어 날 수 있는 사고에는 여러 가지 원인으로 발생되는 화재, 폭발, 독극물 유출이 있으며 사고를 막을 수 있는 여러 방법이 있다. 하지만 어떤 사고 발생시 초기 조업자들의 경우는 물론이고 숙련된 조업자들의 경우라도 실제로 사고를 접해 본 일은 거의 없기 때문에 당황하게 된다. 그로 인해 작은 피해로 막을 수 있는 사고도 큰 피해를 내게 된다. 본 시스템은 이러한 가능성을 감안하여 사고의 시나리오를 구성하였고 사고 발생 원인, 사고 진행 과정, 그리고 그에 대한 예방 방법까지도 교육할 수 있도록 구성되어 있다.

그림 2는 본 시스템의 메인 메뉴 화면이다. 1장에서 3장까지는 화학 공장에서 일어날 수 있는 사고의 가상시나리오로 구성되어 있으며 4장에서는 과거에 발생하였던 주요 3대 사례를 보여 준다. 5장은 이러한 안전 사고 교육과 함께 공정에 대한 정확한 배경 지식을 전달 할 수 있도록 구성되었다.

그림 3은 회분 반응기 시스템에서 일어날 수 있는 사고의 한 예를 보여준다. 글리세롤이 반응기에 들어있고 열교환기를 가열기로 사용하여 온도를 높이며 115℃에 도달했을 때 에틸렌 옥사이드를 주입하기 시작한다. 이 때의 반응은 발열 반응이므로 열교환기는 냉각기로 사용한다. 그런데 에틸렌 옥사이드가 도입되었을 때 반응기의 압력은 증가하지 않았고 이것은 에틸렌 옥사이드가 반응하지 않았다는 것을 의미한다. 따라서, 조업자는 반응온도가 낮아서 반응이 진행되지 않았다고 생각하여 반응기의 온도를 200℃로 올렸지만 반응기의 압력은 여전히 떨어지지 않았다. 그때 조업자는 에틸렌 옥사이드의 공급 밸브를 열지 않았다는 사실을 깨닫고서 곧바로 밸브를 열자 반응이 급격하게 일어나 반응기가 폭발하는 사고가 일어나게 되었다[1]. 위와 같은 사고의 과정을 그림이나 동화상으로 공정의 모습을 보여 주고 사고의 진행 과정을 순차적으로 텍스트로 보여주면서 음성으로 동시에 설명하여 주는 방법을 사용하여 어느 단계에서 조업자가 실수를 하였는지 그리고 어느 단계에서 이 사고를 막을 수 있었는지 등을 쉽게 이해시킬 수 있으며, 실제 조업 하에서 이런 상황이 발생하였을 때 어떻게 대처해야 하는가를 쉽게 교육시킬 수 있다.

본 시스템에는 위의 시나리오를 포함하여 중유 잔여물로 인한 사고, 밸브의 혼동으로 인한 사고, 압축 공기에 의한 사고 등의 15가지 가상 시나리오로 구성이 되어있으며, 각 시나리오에 텍스트의 구성, 동화상, 음성 등에 변화를 주어 피교육자로 하여금 교육의 지루함을 느끼지 않도록 구성하였다.

결 론

조업자의 실수로 인한 공장의 피해는 공장 자체의 손실도 크거니와 인근 지역 사회에도 큰 영향을 미치기에 이의 방지에 부단히 노력해야 한다. 따라서 본 연구에서는 화학 공장의 안전성 향상을 위하여 멀티미디어를 이용한 조업자 교육 프로그램을 개발하는 것을 목표로 두었다. 또한 조업자에게 안전교육을 행함으로 사고를 예방하고, 안전의 중요성을 주지시킴으로써 안전의 생활화를 실현하기 위해 개발했다.

본 시스템에서는 일반적으로 일어날 수 있는 사고를 주요 3대 사고로 분류하였지만 어느 하나의 공정에 이 시스템을 적용한다면 장치, 공정, 주요 3대 사고 등 필요에 따라 구성함으로써 교육의 효과를 증진시킬 수도 있고, 공정이 변화되었거나 교육이 부족한 부분이 발견되었을 경우 간단히 교육 시스템에 첨가하므로서 조업자들을 적은 비용으로 쉽게 재교육시킬 수 있는 장점이 있다.

참고 문헌

1. Trevor A. Kletz :1 "What Went Wrong? Case Histories of Process Plant Disasters", 1985.

2. Byoungmu Chang, Sejune Goh, Il Moon, "A Development of Multimedia Instruction System for Furnace Operation," TKS symposium on PSE, Taipei, Taiwan, p208-p213, Dec., 1996.

3. 박선용, 문 일, : □조업자 교육 시스템의 특성 및 개발□, 화학공업과 기술, 제 12권 제 6호, 1994.

4. 정일용, 장병무, 이수진, 문 일, □멀티미디어를 이용한 공학교육,□ 공학교육 학술 대회 및 공학 교육 방법론 연수회 논문집, pp. 229∼236, 1997.

5. 김진경, 장병무, 문 일, □멀티미디어 조업자 교육시스템을 이용한 사고예방,□ 산업안전학회 논문집. 1997.

6. 장병무, 조성일, 문 일, □조업자 훈련 시스템을 이용한 화학 공정 안전성 향상□, 화학공학의 이론과 응용, 제 2권 제 2호, p3063-p3066.

그림 . ySES의 메인 메뉴 화면

그림 . 회분 반응기 시스템에서의 사고 설명 화면