TRA에 의한 위험물질 수송의 위험도 분석

김동운, 윤형준, 문 일

연세대학교 화학공학과

Risk Analysis of Hazardous Material Transportation using TRA

Dongwoon Kim, Hyungjoon Yoon, IL Moon

Department of Chemical Engineering, Yonsei University

서론

현재 위험물질 수송에 관련하여 파이프라인, 차량, 선박 등에서 크고 작은 사고의 발생으로 인명피해 뿐 아니라 주변환경에 심각한 영향을 주고 있다.

고정 시설물에 대한 정량적 위험성 평가는 수치적 해법인 CPQRA(Chemical

Process Quantitative Risk Analysis)라는 방법으로 널리 이용되고 있으며 위험물에 대해 고정 시설물이 아닌 수송에 관련된 위험성 평가는 CPQRA를 바탕으로 한 TRA(Transportation Risk Analysis)방법으로 위험도를 평가하고 있다.

본 연구에서는 TRA방법에 의한 체계적 방법으로 위험물 수송 중 발생할 수 있는 누출·화재·폭발 등의 잠재위험을 확인하고 정량적 위험성을 평가하여 사고에 따른 영향을 개인적·사회적 위험도로 제시함으로써 위험물질 수송 중 안전성을 확보하고 예방대책을 수립하고자 한다.

TRA(Transportation Risk Analysis)에 의한 방법

TRA는 위험물 수송에 가장 큰 영향을 주는 Parameter가 무엇인가를 확인하여 위험물 수송 중에 나타나는 잠재위험을 확인하고 이를 제어하는데 이용되며 여러 가지 모드(Transportation, Shipment size, Route, Container)를 변화시켜 위험요소를 제거하는데 있다.

일반적으로 정량적 수송 위험도 평가모델은 다음과 같은 인자들의 조합을 통해 위험도를 산정 한다.

-Movement Characteristics(length, number)

-Accident Rate

-Release Probability

-Release Size, Rate

-Hazard Zone

-Consequence to Exposed Population

위험물 수송중 사고(accident)로 인해 발생되는 사건(사고 발생률, 사고 시 누출될 확률 등)은 주로 통계치를 근거로 위험도를 계산할 수 있지만 부식(Corrosion), 조업자의 실수(Operator Error)등의 비사고(Non-Accidents)로 인한 사건들은 CPQRA에 의한 방법으로 정량적으로 위험성을 계산할 수 있다.

1) TRA 수행절차

.

Fig. 1. Framework for comprehensive TRA.

2)_TRA의 빈도분석(Frequency Analysis)

TRA에서는 위험물 운송중 사고 또는 비사고(accident or non-accident)의 결과로 유발되는 위험물질의 누출로 인한 위험도와 관련되어있다.

누출확률은 주로 이동되는 거리의 함수로 표현되어 사고발생빈도는 단위거리 당 사고율로 표현된다.

Fig 2. Calculating the Chance of Release.

위험도 계산(Risk Estimates)

1) 개인적 위험성(Individual Risk)

개인적 위험성은 사고발생으로 인하여 사고발생지역 근처에 있는 사람에 미치는 영향을 말하며, 사고결과 분석(Consequence)과 사고 발생 빈도(frequency)분석을 통해 개인에게 미치는 사고 발생확률이 같은 지점을 연결하여 등위험도 곡선(Isorisk Contour)형태로 표현한다. 평균 개인적 위험성(Average Individual Risk)과 특정지역에 대한 연간개인적위험성([eqn: IR_x,y])은 다음과 같이 표현된다.

Average Individual Risk [eqn: = SUM from { {i }=1} to n f_i · N_i / P_T]

[eqn: IR_x,y = T CDOT A CDOT SUM from { {i }=1} to n R_i SUM from { {j }=1} to m L_i,j CDOT W_j CDOT SUM from { {k }=1} to n P_i,j,k]

2) 사회적 위험성(Societal Risk)

사회적 위험성은 사고로 인해 피해를 입을 수 있는 사람의 수로 정의 할 수 있으며 방출크기[eqn: i], 특정지역 [eqn: g]에 대한 사고 발생빈도와 사상자수는 다음과 같이 표현된다.

[eqn: F_g,i,k = T cdot A cdot R_i cdot L_g cdot P_i,k]

[eqn: N_g,i,k = CA_i,k cdot PD_g cdot PF_i,k]

모든 사고가 발생할 경우에 대하여 피해를 입을 수 있는 사람의 수는 다음 과 같이 표현할 수 있다.

[eqn: F_N = SUM from { {i}} F_i] for all incident outcome case i for which [eqn: N_i >= N]

Tank Truck 위험도산정

TRA절차에 따라 프로판 수송시 각 경로에 대해 개인적·사회적 위험도 계산

Route A

Fig. 3. Route Description.

Route Length : 35 miles

Population Density

Seg.A-1 : 1000/mi2 Length: 5 miles

Seg.A-2 : 500/mi2  Length: 23 miles

Seg.A-3 : 2000/mi2 Length: 7 miles

Route B

Route Length : 55 miles

Population Density :  400/mi2

Table 1. Data for F-N Curve for Tank Truck

	Frequency of Fatalities Greater than or Equal to N(per year)
	N=1	N=3	N=10	N=30	N=48
Route A	5.3×10-3	3.4×10-3	7.0×10-4	1.1×10-4	1.9×10-5
Route B	8.3×10-3	2.5×10-3	1.5×10-4	-	-

TRA에 의한 평균개인적위험도는 Route A에 대해 1.3×10-6 Route B에 대해서도  1.3×10-6으로 두 개의 경로에 대한 위험도를 구분할 수 없으나 다른 조건에 대해서는 비교 가능함을 보인다.

Fig. 4. F-N Curves for Propane by Tank Truck

사회적 위험도는 두 Route에 대해 차이를 보이고 있다. 사고로 인한 한 명 이상의 사상자가 발생될 수 있는 가능성은 Route B가 높으나 위험도는 급격히 감소함을 보이고 최대 사상자는 10으로 제한적이다. 따라서 Consequence를 줄이는 것이 목적이라면 Route B를 선택하는 것이 타당하다.

결론

위험물질 수송 중 나타날 수 있는 여러 가지 사고에 대해 TRA절차에 따라 위험도를 정성적·정량적 방법으로 산출하여 위험물질의 수송경로 뿐만 아니라 수송방법, 수송조건(속도, 날씨, 수송시간), 적재량(Total volume/shipment), 적재조건(압력, 온도)등을 변화시켜 각각에 대해 위험도를 계산하여 비교함으로서 위험도에 영향을 주는 인자를 찾아내고 사고에 대한 사전예방조치를 취하여 위험물질 수송에 대한 안전성을 확보할 수 있다고 본다.

5. 참고문헌

1. CCPS, "Guidelines for Chemical Transportation Risk Analysis", CCPS of the  AIChE, 1996

2. Lisa Bendixen, Raymond A. Freeman and Dennis Hendershot, "Using the CCPS Guidelines for Chemical Transportation Risk Analysis", Process Safety Progress, vol. 16 no. 1, 1997

3. S.Bonvicini, P. Leonelli and G. Spadoni, "Risk analysis of hazardous materials transportation: evaluating uncertainty by means of fuzzy logic", Journal of Hazardous Materials, 62, 1998

4. CCPS, "Vapor Cloud Source Dispersion Models", CCPS of the AIChE, 1989

5. CCPS, "Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis", CCPS of the     AIChE, 1989

6. Abraham Kandel, Eitan Anvi, "Engineering Risk and Hazard Assessment", CRC Press, Inc., 1988