[사례] BP-Husky 정유공장 화재 사고 : Fuel Gas Mix Drum의 액체 유입과 비정상 운전 대응 실패

1. 사고 개요

2022년 9월 20일, 미국 오하이오주 톨레도(Toledo)에 위치한 BP-Husky 정유공장에서 화재가 발생했다.

이 사고로 작업자 2명이 사망했으며, 약 23,000lb(약 10.4톤)의 나프타(Naphtha)가 방출되었다. 사고로 인한 재산 피해는 약 5억 9,700만 달러로 추산되었다.

미국 화학사고조사위원회(CSB, U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board)는 사고를 조사한 후 2024년 6월 최종 조사보고서를 발표했다. 이후 2026년에는 사고의 진행 과정과 주요 원인을 설명하는 공식 조사 영상을 공개했다.

이번 사고의 핵심은 Fuel Gas Mix Drum에 액체 나프타가 유입되었고, 이를 적절하게 차단하거나 제거하지 못한 상태에서 작업자가 드럼의 액체를 배출하는 과정에서 대량의 가연성 증기가 발생했다는 점이다.

특히 설비의 이상 상태, 경보 폭주(Alarm Flood), 작업자 간 정보 전달 실패, 과거 유사 사고에 대한 개선조치 미흡이 복합적으로 작용했다.

BP-Husky 정유공장 화재 사고

사고 기본 정보

구분	내용
사고 발생일	2022년 9월 20일
사고 장소	BP-Husky 정유공장, Toledo, Ohio, USA
사고 유형	나프타 누출 및 화재
인명 피해	작업자 2명 사망
누출 물질	나프타(Naphtha)
누출량	약 23,000lb(약 10.4톤)
추정 재산 피해	약 5억 9,700만 달러
조사 기관	U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board(CSB)

 

BP-Husky 정유공장 전경

 

 

2. 사고 진행 과정

2.1 Fuel Gas Mix Drum의 기능

Fuel Gas Mix Drum은 정유공장에서 여러 공정에서 발생하는 가연성 가스를 모아 혼합한 후, Furnace 및 Boiler 등의 연료로 공급하는 계통에 설치된 설비다.

일반적으로 이 설비는 연료가스 계통에 유입될 수 있는 액체를 분리하고, 연료가스 공급계통으로 액체가 넘어가는 것을 방지하는 역할을 한다.

이번 사고에서는 정상적으로 기체가 유입되어야 하는 Fuel Gas Mix Drum에 액체 나프타가 유입되었다. 드럼 내부의 액위가 상승하면서 액체가 기체 배관으로 넘어가는 상황이 발생했다.

Fuel Gas Mix Drum과 Furnace 연료가스 공급계통의 관계

2.2 액체 나프타 유입 및 액위 상승

공정 운전 중 발생한 이상 상태로 인해 액체 나프타가 Fuel Gas Mix Drum으로 유입되었다.

해당 드럼은 정상적으로 기체 연료를 처리하도록 설계된 설비였지만, 액체 나프타가 계속 유입되면서 내부 액위가 상승했다.

이후 액체가 드럼의 기체 출구를 통해 연료가스 배관으로 넘어갔다. 그 결과 Furnace 및 Boiler로 연결되는 연료가스 계통에 액체가 유입되는 비정상적인 상황이 발생했다.

이 단계에서 필요한 조치는 액체 유입 원인을 파악하고, 추가 유입을 차단하며, 설비를 안전한 상태로 전환하는 것이었다.

그러나 현장에서는 비정상 상태가 적절하게 통제되지 못했다.

2.3 드럼 내부 액체 배출 작업

운전원들은 Fuel Gas Mix Drum의 액위를 낮추기 위해 현장 작업자에게 액체를 신속하게 배출하도록 지시했다.

CSB 조사에 따르면 현장 작업자들은 배출 대상 물질을 가연성 나프타가 아닌 아민 수용액(Amine-Water Solution)으로 인식했을 가능성이 있다.

작업자들은 드럼의 배출 밸브를 개방했고, 가압된 나프타가 외부로 방출되었다.

나프타는 휘발성이 높은 탄화수소 물질이다. 대기 중으로 방출되면서 빠르게 기화했고, 주변에 가연성 증기운(Vapor Cloud)을 형성했다.

드럼 배출 밸브 개방, 액체 방출, 증기운 형성

 

2.4 증기운 확산 및 점화

방출된 나프타는 기화되어 주변으로 확산되었다.

CSB는 Crude Unit 1 Furnace를 가능성이 높은 점화원으로 지목했다. 다만 정확한 점화원이 확정된 것으로 단정해서는 안 된다.

가연성 증기운이 점화되면서 화재가 발생했고, 현장 작업자 2명이 사망했다.

증기운 확산 및 점화

 

2.5 사고 진행 시간

사고 당시의 주요 진행 과정은 다음과 같다.

시간	주요 상황
오후 6:09경	Fuel Gas Mix Drum의 액위 상승 및 이상 상태 진행
오후 6:17경	드럼 내부 액위를 낮추기 위한 조치 시도
오후 6:32경	나프타 배출 과정에서 가연성 증기운 형성
오후 6:46경	증기운이 점화원에 도달하여 화재 발생

 

 

 

3. 사고의 주요 원인 및 문제점

이번 사고는 단순한 작업자 실수로 설명할 수 없다. 설비의 액체 유입 방지, 비정상 운전 대응, 경보 관리, 조직 내 정보 전달 및 사고 재발 방지 체계가 모두 제대로 작동하지 않았다.

3.1 액체 유입 방지 및 설비 보호 실패

Fuel Gas Mix Drum은 연료가스 계통에서 액체를 분리하는 역할을 수행한다.

따라서 드럼 내부 액위가 비정상적으로 상승하거나 액체가 출구 배관으로 넘어가는 상황을 방지할 수 있도록 설계 및 운전 체계가 마련되어야 한다.

이번 사고에서는 액체 나프타가 드럼으로 유입되었고, 액체가 연료가스 배관으로 넘어가는 상황까지 발생했다.

이는 단순히 드럼의 액위 관리 문제에 그치지 않는다. 액체 유입 원인과 유입 차단, 고액위 경보 및 보호 기능, 후단 설비로의 액체 유출 방지 기능을 함께 검토해야 하는 문제다.

3.2 비정상 운전 상황에 대한 대응 실패

정상 운전 상태에서는 문제가 없던 설비도 공정 이상, 설비 고장, 운전 조건 변화 등으로 인해 비정상 상태에 진입할 수 있다.

이때는 정상 운전 절차를 그대로 적용해서는 안 된다. 이상 원인을 확인하고, 위험 물질의 추가 유입을 차단하며, 필요하면 관련 설비를 안전하게 정지하거나 격리해야 한다.

이번 사고에서는 Fuel Gas Mix Drum의 액위가 상승하고 액체가 후단 배관으로 넘어가는 비정상 상태가 발생했음에도, 안전한 운전 상태로 전환하는 대응이 충분하지 못했다.

특히 액체의 정확한 물질 정보를 확인하지 않은 상태에서 현장 배출 작업이 진행된 점은 중요한 문제다.

3.3 경보 폭주(Alarm Flood)

CSB 조사에 따르면 사고 발생 전 12시간 동안 약 3,712건의 경보가 발생했다.

이는 시간당 약 309건, 분당 약 5.2건에 해당한다.

이처럼 짧은 시간에 다수의 경보가 발생하면 운전원은 중요한 경보와 일반적인 상태 변화를 구분하기 어려워진다.

특히 공정 이상이 연속적으로 발생하는 상황에서는 경보의 양보다 위험도를 기준으로 우선순위를 설정해야 한다.

경보 폭주는 단순히 운전원의 집중력 문제로만 볼 수 없다. 경보 설정 기준, 우선순위, 반복 경보, 경보 억제 및 운전원 대응 절차를 포함한 전체 경보 관리 체계의 문제다.

3.4 의사결정 및 교대 근무자 간 정보 전달 실패

CSB 조사에서는 사고 전 Crude Unit 1을 정지하거나 순환 운전 상태로 전환하는 방안이 논의된 사실이 확인되었다.

그러나 회의 결과는 실제 운전 조치로 충분히 연결되지 못했다. 회의 결과를 정리한 이메일도 작성되었으나 발송되지 않았고, 야간 교대 근무자에게 관련 내용이 적절하게 전달되었다는 증거도 확인되지 않았다.

공정 설비의 위험 상태가 지속되는 상황에서는 의사결정 결과가 현장 운전 절차와 교대 근무자에게 명확하게 전달되어야 한다.

회의에서 위험을 인지하고도 실제 조치와 정보 전달로 연결되지 않으면, 조직 차원의 위험 관리 체계가 제대로 작동했다고 볼 수 없다.

3.5 과거 유사 사고에 대한 개선조치 미흡

CSB는 2019년에도 유사한 문제가 발생했음에도 충분한 개선조치가 이루어지지 않았다는 점을 지적했다.

사고가 발생하면 직접적인 원인을 제거하는 데 그쳐서는 안 된다. 동일한 사고가 다른 설비나 다른 운전 조건에서 재발할 가능성을 검토하고, 설계·운전·정비·교육 절차에 반영해야 한다.

과거 사고에서 확인된 위험이 반복되었다는 점은 조직의 사고 학습 및 개선 체계에도 문제가 있었음을 보여준다.

 

 

4. 플랜트 건축설계 관점에서 검토해야 할 사항

이번 사고의 직접적인 원인은 공정 설비와 운전 관리 영역에 있다. 따라서 건축설계자가 사고의 직접적인 책임을 갖는다고 해석해서는 안 된다.

다만 플랜트 건축설계는 공정 설비의 배치와 건축물의 공간 구성, 환기, 출입 및 유지관리 동선에 영향을 주므로 공정 위험을 건축설계에 반영해야 한다.

다음은 건축설계 단계에서 검토할 수 있는 주요 항목이다.

4.1 설비 배치 및 위험원과의 이격

Fuel Gas Mix Drum과 같은 공정 설비는 주변의 Furnace, Boiler, 전기설비 및 운전원 작업 공간과의 관계를 함께 검토해야 한다.

특히 가연성 물질이 누출될 가능성이 있는 설비 주변에는 점화원이 될 수 있는 설비가 존재하는지 확인해야 한다.

건축설계자는 공정 배치도(Process Plot Plan), 장비 배치도(Equipment Layout), 위험지역 구분도(Hazardous Area Classification)를 확인하고 건축물의 위치와 개구부, 출입구 및 외벽 구성을 검토해야 한다.

4.2 환기 및 개구부 계획

가연성 가스 또는 증기가 발생할 가능성이 있는 구역은 환기 조건을 검토해야 한다.

건축물의 환기구, 루버, 출입문 및 개구부는 공정 설비의 위치와 주변 바람의 흐름을 고려해야 한다.

특히 가연성 증기가 건축물 내부나 낮은 위치에 체류할 가능성이 있는지 확인해야 한다.

환기 방식과 필요 환기량은 공정 및 설비 담당자의 요구조건을 바탕으로 기계설비 담당자와 협의해야 한다. 건축설계자가 임의로 환기량을 결정해서는 안 된다.

4.3 비상 대피 및 접근 동선

공정 설비 주변에는 정상적인 유지관리 동선뿐 아니라 비상 상황에서 작업자가 안전하게 대피할 수 있는 동선이 확보되어야 한다.

건축설계자는 다음 사항을 확인해야 한다.

• 공정 설비 주변에서 건축물 외부로 연결되는 대피 경로
• 비상 대피 방향과 가연성 물질 누출 가능 위치의 관계
• 출입구와 비상구의 위치 및 접근성
• 설비 유지관리 공간과 비상 대피 공간의 간섭 여부
• 소방 및 비상 대응 차량의 접근성

4.4 유지관리 공간과 작업 안전

설비 주변 공간은 설치 시점의 배치만으로 판단해서는 안 된다.

정비, 밸브 조작, 계측기 점검, 부품 교체 및 장비 반출입에 필요한 공간을 확보해야 한다.

특히 작업자가 위험 물질이 존재할 수 있는 설비에 접근해야 하는 경우, 작업 위치와 대피 방향을 함께 검토해야 한다.

 

건축설계자가 확인해야 할 기본 자료

자료	건축 설계 검토 항목
Process Plot Plan	주요 위험 설비와 건축물 배치 관계
Equipment Layout	설비 주변 유지관리 공간 및 접근 동선
Hazardous Area Classification	위험지역 내 건축물 및 개구부 검토
Ventilation Requirement	환기 방식, 환기구 및 루버 위치
Fire Protection Philosophy	화재 방호 구역 및 건축적 대응
Emergency Response Plan	비상 대피 경로 및 외부 접근 동선

 

 

5. 결론

BP-Husky 정유공장 화재 사고는 공정 설비의 액체 유입, 비정상 운전 대응 실패, 경보 폭주, 의사결정 및 정보 전달 문제, 과거 사고에 대한 개선조치 미흡이 복합적으로 작용한 사고다.

특히 정상적으로 기체 연료를 처리해야 하는 Fuel Gas Mix Drum에 액체 나프타가 유입되었고, 이를 배출하는 과정에서 대량의 가연성 증기가 발생해 화재로 이어졌다.

이번 사고는 플랜트 설계에서 설비 자체의 기능뿐 아니라 비정상 운전 조건과 사고 시나리오를 함께 고려해야 한다는 점을 보여준다.

 

건축설계자 역시 공정 및 안전 분야에서 제공하는 위험 정보를 바탕으로 설비 배치, 환기, 개구부, 유지관리 공간 및 비상 대피 동선을 검토해야 한다.

플랜트 설계에서 안전은 특정 분야만의 업무가 아니다. 각 설계 분야가 자신의 업무 범위에서 위험 요소를 확인하고, 필요한 정보를 다른 분야와 공유하는 것이 중요하다.

 

 

사고 원본 영상

CSB – Alarming Mistakes, Deadly Decisions: Fatal Fire at BP-Husky

미국 화학사고조사위원회(CSB)가 제작한 공식 사고 조사 영상이다. Fuel Gas Mix Drum의 액체 유입부터 나프타 방출, 증기운 형성 및 화재 발생까지 사고 진행 과정을 애니메이션과 조사 결과를 통해 설명한다.

Alarming Mistakes, Deadly Decisions: Fatal Fire at BP-Husky

참고자료

1. U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board(CSB), BP-Husky Toledo Refinery Fire, Final Investigation Report, 2024.
2. U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board(CSB), Alarming Mistakes, Deadly Decisions: Fatal Fire at BP-Husky, Investigation Video.
3. CSB 공식 사고 조사 페이지: https://www.csb.gov/bp-husky-toledo-refinery-fire/
4. CSB 공식 영상 페이지: https://www.csb.gov/alarming-mistakes-deadly-decisions-fatal-fire-at-bp-husky/

 

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