126회 화공안전기술사 기출문제 풀이 - 3교시

126회 화공안전기술사 기출문제 풀이를 공유드립니다. 기술사 문제의 특성상 정답은 없지만, 기술사 도전을 하고 계시는 분들에게 도움이 되고자 하는 마음으로 공유드립니다. 전 문제 풀이 및 해설 공유드릴 예정이고, 유튜브를 활용하여 상세한 해설도 진행할 예정입니다. 현재는 화공안전기술사 3교시 문제풀이입니다

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1. 그림의 중합 반응기는 반응열을 냉각수로 조절하는데 냉각수의 공급이 중단되면 폭주 반응(Runaway Reaction)이 발생할 수도 있다. 다음에 나타낸 ETA를 참조하여 냉각수가 공급 중단될 때 작업이 계속될 확률과 폭주 반응이 발생할 확률을 각각 구하시오.

P-87-2021 사건수 분석기법

P-87-2021 사건수 분석기법.pdf

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1. 개요
"사건 수분석(Event Tree Analysis, ETA) 기법"이란 초기 사건으로 알려진 특정한 장치의 이상 또는 운전자의 실수에 의해 발생되는 잠재적인 사고 결과를 정량으로 평가, 분석하는 방법이다.
문제에서 주어진 시스템에서는 냉각수 공급 중단을 사건수의 초기 사건으로 하여 분석한 결과 4개의 안전시스템이 있으며, 첫 번째 안전기능은 고온 경보 시스템이고, 두 번째는 통상적인 점검 도중 작업자가 반응기의 고온 상태를 감지할 수 있는 것이고, 세 번째는 작업자가 신속히 문제점을 보완하여 냉매 흐름을 재가동하는 것이며, 네 번째는 작업자에 의해 반응기의 긴급 차폐 시스템을 가동하는 것이다. 이러한 안전기능들은 이들이 발생하는 순서에 의해 논리적으로 기술되어야 한다.

2. 풀이

2. 아래 A 사업장에 대하여 공정안전보고서 및 제조업 등 유해위험방지계획서 제출 대상 여부를 각각 판단하고, A 사업장에서 최종 제출해야 하는 사항에 대하여 설명하시오

산업안전보건법 42조 및 44조


1. 개요
1-1. 유해위험방지계획서
유해위험방지계획서는 주요 설비를 설치, 이전하거나 주요 구조부분을 변경하기 전에 사전 안전성 검사를 통하여 근원적인 안전성을 확보해 근로자의 안전, 보건 유지 및 증진함에 있다

1-2. 공정안전보고서
유해하거나 위험한 설비가 있는 경우 그 설비로부터 누출/화재/폭발 등으로 인해 근로자에 즉시 피해를 주거나 사업장 인근 지역에 피해를 줄 수 있는 사고(“중대산업사고”를) 예방하기 위해 작성한다. 공정안전보고서의 내용이 중대산업사고를 예방하기 위하여 적합하다고 통보받기 전에는 관련된 유해 하거나 위험한 설비를 가동해서는 아니한다

2. 유해위험방지 계획서 제출 대상 여부
유해위험방지계획서의 경우 아래에 해당하는 사업으로 전기계약용량이 300 킬로와트 이상인 경우 제출해야 한다.
금속가공제품 제조업; 기계 및 가구 제외
비금속 광물제품 제조업
기타 기계 및 장비 제조업
자동차 및 트레일러 제조업
식료품 제조업
고무제품 및 플라스틱 제품 제조업
목재 및 나무제품 제조업
기타 제품 제조업
1차 금속 제조업
가구 제조업
화학물질 및 화학제품 제조업
반도체 제조업
전자부품 제조업


A사업장은 “전기계약용량”이 300킬로와트 이상이고, 기초화학물질 제조업 (20111)이므로 유해위험방지계획서를 제출해야 한다. (기초화학물질 제조업은 화학물질 및 화학제품 제조업에 포함된다)

3. 공정안전보고서 제출대상 여부
석유화학계 기초화학물질 제조업은 공정안전보고서 제출대상이다.

4. 결론
A사업장의 경우 공정안전보고서 및 유해위험방지계획서 대상 사업장이다. 다만 사업주가 공정안전보고서를 제출한 경우에는 해당 유해위험설비에 대해서는 유해위험방지계획서를 제출하지 않아도 되므로 공정안전보고서만 제출하면 된다.

참고)
5인 미만 사업장의 경우에도 공정안전보고서 및 유해위험방지계획서를 제출해야 한다 (불산사고 이후 개정됨)
추가적으로 A사업장의 경우 규정량 기준으로도 공정안전보고서를 제출해야 한다. 인화성 액체 하루 취급량이 5,000 kg 이상

3. 산업안전보건 기준에 관한 규칙에 의하여 설치하는 가스누출감지 경보기의 설치장소 및 배치기준에 대하여 설명하시오.

P-166-2020 가스누출감지경보기 설치 및 유지보수에 관한 기술지침

P-166-2020 가스누출감지경보기 설치 및 유지보수에 관한 기술지침.pdf

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제가 출제 가능성이 높다고 영상까지 촬영했었는데 결국 논술형 문제로 출제가 되었네요 ^^;; 하기 영상 참조 부탁드립니다.
https://youtu.be/NgZJ-RTJARw

1. 누출 우려가 높은 설비의 인접 장소: 1개 이상 (단, 현저한 발열반응 또는 부가적인 2차 반응 설비일 경우 바닥면 둘레 10m마다 1개 이상)
가. 펌프, 압축기 등 이송에 따른 가압 발생 장소
나. 기화기, 충전(충진) 설비 등 누출될 우려가 있는 장소
다. 현저한 발열반응 또는 부가적인 2차 반응 가능성이 높은 다음 반응 설비
- 암모니아 2차 개질로
- 아세틸렌 제조시설의 아세틸렌 수첩 탑
- 산화에틸렌 제조시설의 에틸렌, 산소 또는 공기와 반응기
- 사이클로헥산 제조시설의 벤젠 수첩 반응기
- 석유정제의 중유 직접 수첨 탈황 반응기 및 수소화 분해 반응기
- 저밀도 폴리에틸렌 중합기
- 메탄올 합성반응탑
라. 다목 이외 설비로 고온, 고압에 의한 이상 운전으로 과압 우려가 있는 장소
마. 저장시설 등 대량 누출 위험이 있는 장소
2. 공기 비중에 따라 누출물질체류 우려가 높은 장소 (소량 누설되어 공기비중에 따라 체류 가능한 장소) :가) 20m마다 1개 (방유제 내부는 탱크당 1개), 나) 10m마다 1개)
가. 건축물 밖에 설치되는 감지기는 풍향, 풍속 및 가스 비중등을 고려하여 가스가 체류하기 쉬운 장소
나. 건축물 내에 설치되는 감지기는 감지 대상 가스의 비중이 공기보다 무거운 경우: 건축물 내 하부, 공기보다 가벼운 경우: 건축물의 환기구(배기구) 부근 또는 건축물 내 상부
3. 폭발 위험장소 내 점화원이 존재하는 변전실, 배전반실 등 건축물 내부 : 1개 이상
4. 폭발 위험장소 내 가열로, 보일러 등 설비 :바닥면 둘레 20m마다 1개

4. 화학공장의 플레어 시스템은 연소의 3요소 중 2개 요소가 상시 존재하므로 관리대상은 1개 요소이다. 이 1개 요소가 무엇이고, 어떻게 관리해야 하는지 설명하시오.

D-59-2020 플레어 시스템의 설계, 설치 및 운전에 관한 기술지침

D-59-2020 플레어시스템의 설계·설치 및 운전에 관한 기술지침.pdf

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1. 개요
1-1. 연소의 3요소
연소의 3요소는 가연물, 산소, 점화원이며 각각의 정의는 아래와 같다.
- 산화반응을 일이 킬 수 있는 물질
- 가연물과 반응하는 산소
- 연소를 일이 크기 위한 초기 필요한 에너지

1-2. 플레어 시스템
“플레어 시스템 (Flare system)”이라 함은 안전밸브 등에서 배출되는 물질을 모아 플레어 스택에서 소각시켜 대기 중으로 방출하는데 필요한 일체의 설비를 말하며 플레어헤더, 녹아웃드럼, 액체 밀봉드럼 및 플레어스택 등과 같은 설비를 포함한다.

2. 플레어 시스템과 연소의 3요소
플레어 시스템의 경우 연소의 3요소 중 가연물과 점화원이 늘 존재한다.
- 가연물: 안전밸브 등에서 배출되는 물질
- 점화원: Flame

즉 관리해야 될 대상은 산소이다.

3. 플레어 시스템과 산소관리
3-1. 플레어시스템 운전 시 산소 관련 주의사항
- 배관 및 스택 내에서 폭발성 혼합가스를 형성시키지 않도록 상시 스팀, 질소가스 등으로 퍼지 해 두어야 한다. 이때, 산소의 농도는 1,000 ppm 이하가 되도록 해야 한다.
- 플레어 시스템으로 산소가 유입되지 않도록 하여야 하며, 특히 안전밸브 등 보수 시에 주의하여야 한다

3-2. 플레어 헤더의 봉입 (퍼지)
가. 플레어 시스템 내에서의 역화 및 공기가 혼입 되는 것을 방지하기 위해 불활성 가스 등으로 플레어 헤더를 봉입해야 한다. 공기의 혼입 조건은 아래와 같다
- 가스가 공기보다 가벼운 경우 스택 하단부가 대기압 이하일 때 (2)
- 더운 가스의 방출 후 헤더 내의 증기가 냉각 응축할 때
- 자연 통풍식의 스택인 경우 플랜지 및 접속 부위
나. 플레어 헤더의 봉입은 질소 등 불활성 가스를 사용하는 것을 원칙으로 하며 연료 가스를 사용할 경우에는 공기보다 가벼운 가스로서 폭발 범위에 들지 않도록 하여야 한다.

3-3. 건식실의 설치
- 몰레큘러 실을 설치한 경우 장치 하부에서의 산소 농도를 0.1 % 미만으로 유지 할 수 있다.
- 벨로시티 실을 설치한 경우 장치하부에서의 산소 농도를 4~8%로 유지할 수 있다.

5. 화학공장에서 범용적으로 사용하는 펌프의 설계조건(용량, 양정, 유효 양정)을 설명하시오.

D-37-2012 화학설비 등의 공정설계에 관한 기술지침, D-64-2018 원심펌프의 최소유량 선정 및 펌프 설치 등에 관한 기술지침

D-37-2012 화학설비 등의 공정설계에 관한 기술지침.pdf

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D-64-2018 원심펌프의 최소유량 선정 및 펌프 설치 등에 관한 기술지침.pdf

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1. 개요
화학공장에서 일반적으로 펌프는 크게 “원심펌프” 또는 “용적식 펌프 (왕복동 펌프, 로터리 펌프)” 중에서 운전 가능한 유량과 압력의 범위에 따라서 결정한다.
- 원심펌프는 아주 큰 유량까지 선정할 수 있지만, 높은 압력에는 한계가 있다.
- 용적식 펌프(왕복동 펌프, 로터리 펌프)는 아주 높은 압력까지 사용할 수 있으나, 유량 측면에서는 제약이 있다.
- 원심펌프와 용적식 펌프 모두를 사용할 수 있는 경우에는 상대적으로 설비의 신뢰성이 높은 원심펌프를 선정하는 것이 좋다.

2. 펌프의 설계조건
2-1. 용량
- 유량은 단위 시간당 필요한 유체의 양 (m3/min)이다.
- 펌프의 설계 용량은 일반적으로 정상 운전 유량의 115 %로 산정하며 최소 한 110 % 이상으로 하여야 한다.
- 증류장치 등의 환류 펌프는 설계용량은 정상 운전 유량의 125~135 % 의 범위에서 산정하며 최소한 120% 이상으로 하여야 한다.

2-2. 펌프의 양정(Differential head)
- 양정(Head)은 액체가 가지고 있는 에너지를 나타내는 것으로, 단위는 길이(m)로 나타낸다. 펌프가 액체를 어느 정도 높이까지 올릴 수 있는가를 나타내는 것이 전 양정이다 (Total Head)
- 펌프의 양정은 정상 운전 유량을 기준으로 하여 산정한다. 그러나 유량의 변화가 큰 경우에는 높은 양정을 필요로 하는 유량으로 산정한다.
- 보일러 급수펌프의 양정은 미국국가기준협회 규격 ANSI/ASME SectionI "Power boiler"의 기준에 따른다. 이 펌프는 안전밸브가 설정압력의 106 % 에서 작동될 때에도 정상 운전 유량을 공급할 수 있어야 한다.

2-3. 유효 양정(NPSH)
- 펌프의 공정정보에는 시스템에서의 허용 유효 양정(NPSHa)이 포함되어 제공되어야 한다.
- 펌프는 어느 경우에도 시스템에서의 허용 유효 양정이 펌프의 제작자가 요구하는 유효 양정(NPSHr) 보다 커야 한다.
- 허용 유효 양정은 다음과 같이 계산한다.

6. 위험물질을 취급하는 용기나 배관에 실시하는 비파괴검사(방사선 투과검사, 초음파 탐상검사, 자분 탐상검사)의 특징에 대해 설명하시오

D-10-2012 화학설비 배관 등의 비파괴검사 및 열처리에 관한 기술지침

D-10-2012 화학설비 배관 등의 비파괴검사 및 열처리에 관한 기술지침.pdf

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1. 개요
“비파괴검사”라 함은 배관 등의 용접부 건전성을 확인하기 위하여 실시하는 방 사선 투과 시험, 초음파 탐상 시험, 자분 탐상 시험 또는 침투 탐상 시험 등을 말한다.
1. 다음의 경우에는 모든 용접부에 대하여 100 % 비파괴검사를 하여야 한다.
- 독성물질을 취급하는 배관
- 용접 후 열처리를 하여야 하는 배관
- 영하 30도 이하 또는 300도 이상의 위험물질을 취급하는 배관
2. 1 이외의 배관 중 위험물질을 취급하는 배관의 두께가 10 mm 이하인 경우 에는 10 % 이상, 10 mm를 초과하는 경우에는 20 % 이상의 비파괴검사를 실 시하여야 한다.

2 방사선 투과 시험(Radiographic examination)
목적물에 방사선을 투과시켜 필름에 감광시킨 후 현상하여 관찰함으로써 재료 내부 또는 외부의 불연속 유무를 검사하는 비파괴 시험방법을 말한다.

2-1. 장점 및 단점

장점	단점
1. 내부결함 용이하게 조사가능	1. 방사선 안전관리 필요
2. 기록보존가능	2. 관측에 순력 요함
3. 객관성 우수	3. 시험체 두께가 두꺼워지면 ->미세한 불연속 검출곤란
4. 불연속 검출가능	4. 가격이 비쌈

3. 초음파 탐상 시험(Ultrasonic examination)
초음파의 반사를 탐지하여 내부 또는 표면 불연속부의 존재와 그 위치를 확인하는 비파괴 시험방법을 말한다.

3-1. 장점 및 단점

장점	단점
1. 미세불연속 검출가능	1. 가격이 비쌈
2. 모서리 결함 측정가능	2. 복잡한 형상 측정 불가
3. 두꺼운 물체 측정가능	3. 표면근처 불연속 검출불가

4. 자분 탐상 시험(Magnetic particle practice examination)
철 및 철 합금강의 표면 또는 그 근처에서 크랙과 유사 불연속부를 탐지하는 방법으로 주로 자성재료에 불연속부를 나타낼 수 있게 만든 자성분말을 뿌려 탐상 하는 방법을 말한다.

4-1. 장점 및 단점
장점: 검사가 용이하며 육안 확인 가능
단점: 강자성체에 한하여 적용 가능하며, 내부 불연속 검출이 곤란