2015년 8월 화성 ㈜OO사업장의 야외 지하저장탱크에 보관중이던 스티렌 모노머(Styrene onomer)의 유증기가 벤트관을 통해 누출되는 사고가 발생하여 중대산업사고예방 시흥기술지원팀에서 스티렌 모노머에 대한 물리적 위험성자료를 요청하였다. 본 위험성 평가에서는 스티렌 모노머에 대한 열분석을 실시하여 해당 물질의 열안정성과 관련된 시험결과를통해 사고의 원인을 규명하고, 중합위험성을 중심으로 저장시 안전대책에 대한 자료를 제시하고자 하였다.
열분석 시험(DSC) 시험 결과, 승온속도에 따라 (130 ∼ 170) ℃ 범위에서 발열이 개시 되었으며, 152 ℃이상의 온도 조건에서는 모노머에서 고분자로의 중합반응 전환율이 10 %까지 도달하는 데 10 분이하의 시간이 소요되었다. 중합이 시작되면 온도가 상승하고 고상의 고분자가 생성되며 통기관을 막을 경우 탱크의 폭발로 이어질 수 있기 때문에 주기적인 고분자 분석 및 온도 점검을 통해 초기에 온도상승을 제어하고 중합반응을 지연시키거나 막는 조치가 매우 중요하다. 또한 여름철 저장시 외부 온도를 반영하여 30 ℃의 항온조 에서 보관일별 발열개시온도를 관찰한 결과, 시간이 경과함에 따라 점차 낮아졌으며 30 ℃
에서 보관한지 15일 경과 후, 발열개시온도는 17 ℃정도 낮아졌다. 사고발생탱크의 경우
52일째 출고없이 보관하던 중 사고전 일주일간 30 ℃의 고온이 지속되면서 스티렌 모노머
내 중합금지제 및 산소의 농도가 지속적으로 감소하고 축열로 인한 온도상승으로 중합금지제의 활성이 감소함으로서 중합이 시작되는 발열개시온도 저하를 촉진시켰음을 뒷받침해준다. 열안정성 시험(ARC) 시험 결과, 발열개시온도 113.6 ℃에서 TMR(Time to Maximum Rate)은 80분이며, 발열이 개시된 이후 단열조건으로 자체 발열에 의해서 온도가 상승하면서 최종온도는 발열이 개시되고 135분 후, 286 ℃(Phi factor 적용시 363 ℃)에 도달했으며 압력은 4.13 bar(Phi factor 적용시 4.67 bar)까지 상승하였다. 이론상 계산된 TMR은 20℃에서는 56일, 30 ℃에서는 7일로 TMR이 급격히 감소하는 것으로 보아 20 ℃를 기준으로 스티렌 모노머의 중합반응을 방지하기 위한 보관온도가 매우 중요한 요인이 되는 것으로 판단되며, 20 ℃에서 보관하더라도 중합금지제인 TBC와 산소의 농도가 감소하기 때문에 주기적인 검사를 통한 관리가 필수적이라고 할 수 있다. 사고발생 업체에서는 지하저장이라는 조건만 유지되고 지하저장탱크 내부 스티렌 모노머의 냉동설비 및 온도 계측시스템이 없었으며, 주기적인 중합금지제의 농도분석도 실시하지 않아 사고발생 전 온도상승에의한 이상반응을 미리 인지할 수 없었던 것으로 추정된다.
따라서 스티렌 모노머의 저장시 온도 관리, 중합금지제 및 산소의 농도 분석, 고분자 생
성 확인 등의 주기적인 점검을 통해 사고를 예방하는 것이 매우 중요하며 사업장 특성에
적합한 저장시 안전대책이 요구되어진다.
중심어 : 스티렌 모노머, 열분석, 열안정성,
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