1. 서 론
글로벌 해운물류 시장의 성장에 따라 위험·유해화학물질(Hazardous and Noxious Substances, HNS)의 해상운송이 지속적으로 증가하고 있으며, 연간 약 1억 6,500만 톤에 달하는 HNS가 해상으로 운송되고 있다(Galierikova et al., 2021). 전통적으로 HNS는 유류, 가스, 화학제품 등 벌크 화물(Bulk cargo) 형태로 운송되는 비중이 높았으나, 최근 컨테이너를 통한 포장 운송이 빠르게 증가하고 있으며 매년 500만 개 이상의 컨테이너에 위험물이 적재되는 것으로 추정된다(CINS, 2025). 해양수산부 자료에 따르면 국내 위험물 컨테이너 수출입 물동량은 2020년 74만 9,500TEU에서 2024년 97만 3,000TEU로 연평균 6.7% 증가하였다. 이 중 90% 이상은 부산항에서 처리되며, 나머지는 광양항과 인천항 등에서 취급된다. 특히, 전기자동차, 에너지저장장치, 선박용 배터리 등 다양한 산업 분야에서 리튬이온배터리 수요가 급증함에 따라 해당 위험물의 해상 운송량도 빠르게 확대되고 있으며, 이러한 물류 환경 변화는 항만 내에서 새로운 유형의 화재·폭발 위험을 초래하고 있다. 실제로 2020년 레바논 베이루트 항구 폭발사고, 2024년 중국 닝보 항구 폭발사고, 2025년 이란 샤히드 라자이 항 폭발 사고 등 컨테이너 항만 내 위험물 폭발 사고가 지속적으로 발생하고 있으며, 2022년 컨테이너선에서 보고된 리튬이온배터리 관련 화재 건수는 65건으로, 2021년과 2020년 각각 31건 대비 두 배 이상 증가하였다(Tirschwell, 2024). 더욱이 최근 친환경연료 추진선박의 발주가 증가함에 따라(Lee et. al., 2023), LNG, 암모니아 등 저인화점연료의 항만 내 취급이 확대될 것으로 전망되며, 이러한 변화는 관련사고 증가뿐만 아니라, 항만 내 발생한 국지적 화재가 연쇄적 폭발, 유해가스 확산, 대기오염 등으로 이어지는 복합재난으로 발전할 가능성을 증가시키고 있다.
항만 내 위험물 컨테이너 취급에 대한 다수의 위험성 평가 및 안전관리 연구(Cho et al., 2013; Lee et al., 2020; Kang and Han, 2022; Choina et al., 2018; Kim et al, 2016; Lee et al., 2018)가 수행되고 있으며, 화재위험은 전체 사업장 위험성 평가의 일부로 다루어지고 있다. 대부분의 선행 연구는 과거 사고 발생빈도와 결과 심각도를 기반으로 위험도를 산정함으로써 안전관리 의사결정에 신뢰성 있는 근거를 제공하였으나, 이러한 접근법은 새로운 유형의 화재 위험이나 복합재난 시나리오를 예측·대응하는 데에는 한계가 있다. 이를 보완하기 위해 FDS(Fire Dynamics Simulator) 등 화재 시뮬레이션 기반 연구가 수행되고 있으나(Yoon et al., 2018; Hwang et al., 2016), 대부분 단일 위험물 누출에 따른 피해 경로나 영향 범위 예측에 집중되어 있으며 이를 활용한 컨테이너 항만 대상 화재위험도 분석을 수행한 연구는 부족한 실정이다.
한편, 원자로 및 관련 시설(이하 ‘원자로시설’) 대상 화재위험도분석은 원자로 안전정지를 최종 목표로 심층방어(Defense-in-Depth)개념 기반의 단계별 절차 및 다중방호설비를 통해 화재 위험을 예방·제어·완화하는 접근 방식을 적용하고 있다(Cho and Ko, 2021; Park, 2011). 이 과정에서 화재 시뮬레이션을 활용한 화재위험성 평가가 수행되며(Jee and Lee, 2006; Lee, 2023), 이러한 평가는 관련 법령에 따라 의무적으로 시행되고 있다. 심층방어개념에 입각한 화재위험도분석 기술은 복합적이고 고위험 환경에서 화재 위험을 관리하는 효과적인 사례로 판단되며, 복합재난 발생 가능성이 높은 컨테이너항만 대상 화재위험도분석 기술 개발을 위한 유용한 참조 모델이 될 수 있을 것으로 사료된다.
따라서 본 연구에서는 원자로시설을 대상으로 수행되고 있는 화재위험도분석 기술을 컨테이너 항만에 적용하기 위한 가능성을 검토하고 화재·폭발 및 복합재난 위험에 대응하기 위한 화재위험도분석 적용안을 제안하였다. 2장에서는 원자로시설의 화재위험도분석에 관한 법제 및 분석 체계를 검토하고, 타 산업 분야에서 적용되고 있는 화재위험평가 사례를 함께 고찰하였다. 3장에서는 컨테이너 항만의 위험물 관련 법제와 안전관리 실태를 종합적으로 분석하였으며, 4장에서는 심층방어개념을 기반으로 한 화재위험도 분석 기법의 컨테이너 항만 적용 방안에 대해 논의하였다.
2. 원자로시설 대상 화재위험도 분석
2.1 원자로시설의 화재방호 관련 법제
원자로시설의 화재방호 목표는 원자로의 안전정지와 방사성 물질의 누출 제한에 있다. 이를 달성하기 위한 기본 철학은 심층방어개념으로 예방, 초기 진압 및 완화, 영향 최소화의 3단계로 구성된다(Kim and Jeong, 2012). 원자로는 정지 이후에도 지속적으로 붕괴열이 발생하기 때문에, 사고 상황이나 정상 운전 상태에서 항상 열 제거가 가능하도록 다중성 및 독립성이 확보된 안전설비가 심층방어개념에 따라 설치된다. 심층방어는 물리적 다중방호체계를 통해 구체화되며, 이는 심각한 사고 발생 가능성 최소화, 문제 발생 시 조기 탐지 및 신속 대응, 사고 발생 시 영향 범위의 설계기준 이내 국한, 중대사고 발생 시 피해의 원자로시설 내 국한, 피해 최소화 및 외부 비상조치 시행 등 다섯 가지 목표를 기반으로 한다.
심층방어개념 기반으로 구축된 원자로시설의 화재방호체계는 「원자력안전법」, 「원자로시설 등의 기술기준에 관한 규칙」, 「화재위험도분석에 관한 기술기준」 등 관련 법령에 따라 절차와 의무가 규정되어 있으며, Fig. 1은 관련 법령을 바탕으로 재구성한 원자로시설의 화재방호체계를 나타낸다. 원자로시설은 화재방호조치의 이행을 위해 화재방호운영계획을 수립해야 하며, 화재위험도분석은 화재방호운영계획을 통해 주기적으로 관리된다. 화재위험도분석은 방화구역별 재해분석을 포함하여 현황을 평가하고 개선 사항을 도출·재평가하는 전 과정을 의미하며, 방화 구역의 구획, 화재하중 및 점화원 평가, 화염전파와 연소 확대, 피해 영향 평가 등을 포함한다. 이를 통해 방화 구역 내 화재가 발생하여도 원자로의 안전정지가 유지되는 것을 입증해야 하며, 법령에 따라 의무적으로 시행되는 핵심 절차이다.
2.2 화재위험도분석 체계 비교
원자로시설 대상 화재위험도분석은 방화 구역별 가상 화재 시나리오를 설정한 후 위험성을 검토하여 화재 예방 및 방호조치의 적합성을 평가하는 절차이다. 심층방어개념에 따라 다중방호체계를 갖추고 원자로 안전정지와 관련된 계통이나 설비가 화재로 인해 기능을 상실하지 않도록 보장함으로써, 안전정지 기능을 유지하고 방사성 물질의 누출을 최소화하기 위한 목적으로 수행된다. Fig. 2는 원자로시설의 일반적인 화재위험도분석 흐름도를 보여주고 있으며, 화재위험도분석은 크게 일반절차, 재해분석, 안전정지분석으로 구분할 수 있다. 일반절차는 화재위험도분석 시 수행되는 일반적인 공통사항이며, 재해분석은 일반 산업시설에서 수행되는 화재위험성평가와 유사하지만, 분석 목표 달성 검증을 위해 수학적 모델링을 통한 화재 시뮬레이션 기법을 활용하여 화염, 열유속, 연기(연소 생성물) 등의 거동을 정량적으로 규명하고 위험 요소 간 상호작용과 불확실성을 체계적으로 고려한다는 점에서 차별성을 가진다. 안전정지분석은 원자로시설에 특화된 절차로서, 특정 방화 구역에서 화재가 발생하여도 안전계통과 기기가 설계기준을 충족하여 원자로가 상온정지 상태를 유지할 수 있음을 입증하는 것을 목표로 한다. 따라서 화재위험도분석은 단순히 위험성을 확인하는 수준을 넘어 화재 규모 및 피해 영향 범위를 정량적으로 도출하여 안전계통의 취약성과 방호체계의 신뢰도를 평가하는 핵심적 도구라 할 수 있다.
한편, 일반 산업시설에서 수행되는 화재위험성평가(Fire risk assessment)는 특정 시설의 잠재적 화재 위험 요인을 식별하고, 그로 인한 인적·물적·환경적 피해 가능성을 평가하는 과정으로 정의된다. 이를 위해 화재 시나리오를 설정한 뒤 결함수분석(Fault Tree Analysis, FTA), 사건수분석(Event Tree Analysis, ETA), 체크리스트 평가, 위험과 운전분석(Hazard & Operability Studies, HAZOP) 등 다양한 위험평가 기법이 활용되며, 결과는 정성적 또는 정량적 형태로 도출된다. 이러한 평가는 과거 사고 데이터와 통계에 근거하기 때문에 신뢰성 있는 근거를 제공할 수 있으나, 기존 자료와 전문가 판단에 크게 의존하고 전체 사업장 위험성평가의 일부 정도로 화재위험을 다루고 있어 새로운 유형의 위험물이나 복합재난 시나리오를 충분히 반영하지 못하는 한계가 있다.
건축물 분야에서는 「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률」에 따라 성능위주설계가 의무화되어 있으며, 이 과정에서 화재 발생 시 거주자의 피난허용시간을 확보하기 위해 화재 및 피난 시뮬레이션이 활용되고 있다. 즉, 건축물의 화재 시뮬레이션은 인명 안전 및 피난 안정성을 중심으로 한 검증 수단인 반면, 원자로시설의 화재위험도분석은 화재가 안전정지계통에 미치는 영향을 평가하고 방사선 방호를 포함한 시스템 신뢰도를 확보하는 데 초점을 둔다는 점에서 차이를 갖는다.
따라서 원자로시설의 화재위험도분석, 산업시설 대상의 화재위험성평가, 건축물 대상의 성능위주설계는 모두 화재 위험을 다루는 방법론이지만, 적용 목적과 분석 범위에서 차이를 보인다. 일반 산업시설의 위험성평가는 주로 작업 안전과 설치된 화재 설비 관리 및 화재 대응에 초점을 두고 있으며, 건축물의 성능위주설계는 인명안전과 피난 성능 확보를 중심으로 설계 검증을 수행한다. 반면, 원자로시설의 화재위험도분석은 심층방어개념을 기반으로 화재 발생 확률, 피해 영향 범위, 안전계통의 취약성 및 방호체계의 신뢰성을 평가한다는 점에서 구조적으로 차별화된다. 특히, 다계통 간 상호작용 및 연쇄적 피해 확산 가능성을 고려하는 절차를 포함하고 있으며, 화재 시뮬레이션과 같은 수학적 모델링 기법을 활용함으로써 신종 위험물과 복합재난 시나리오까지 평가할 수 있는 확장성을 가진다. 이러한 특성으로 인해 원자력 분야에서 확립된 화재위험도분석 체계는 다양한 위험물이 혼재하고 복합적 재난으로 발전할 수 있는 컨테이너 항만의 화재위험도 평가에 적합할 것으로 판단된다.
3. 컨테이너 항만 내 위험물 안전관리 현황
3.1 항만 내 위험물 취급 관련 법제
위험물 관련 국제 규제는 1956년 「유엔 위험물 운송에 관한 권고(UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods)」 제정을 기점으로 본격화되었으며, 이후 국제해사기구(IMO)는 국제해상위험물규칙(International Maritime Dangerous Goods Code, IMDG Code)을 채택하고 포장 위험물의 해상운송에 관한 국제적 기준을 마련하였다. 이에 포장 형태로 해상운송되는 위험물은 IMDG Code에 따라 분류·포장·적재·운송되고 있다.
국내에서는 국제 기준을 반영하여 해양수산부 소관의 「항만안전특별법」, 「선박의 입항 및 출항 등에 관한 법률」(이하 「선박입출항법」), 「위험물 선박운송 및 저장 규칙」 등을 통해 위험물 컨테이너의 운송 및 취급 절차를 규정하고 있다. 또한, 행정안전부(소방청) 소관의 「위험물안전관리법」과 환경부 소관의 「화학물질관리법」을 통해 항만 내 위험물 취급에 대한 시설·설비, 사고 예방, 대응 등을 규정하고 있다. 즉, 해양수산부 소관 법제는 주로 위험물의 해상운송, 하역 과정에서의 절차와 안전관리 등에 주안점을 두고 있으며, 항만 내 실제적인 위험물 취급과 저장, 사고 대응은 행정안전부와 환경부 소관 법제를 통해 관리되고 있다.
Table 1은 위험물에 대한 IMDG Code 분류 및 관련 국내법 적용이다. 해양수산부 소관 법제는 IMDG Code에 따라 위험물을 총 9가지로 분류하고 물질별 특성에 따른 안전관리 절차를 규정하고 있다. 「위험물안전관리법」에서는 위험물을 제1류부터 제6류로 구분하고 있으며, 위험물 적재 컨테이너의 장치와 저장 등을 위한 시설·설비 등에 관한 안전관리 사항을 규정하고 있다. 「화학물질관리법」의 하위 규정인 「항만구역 내 유해화학물질 보관시설 설치 및 관리에 관한 고시」에서는 IMDG Code에 따른 제6.1급(독성물질), 제8급(부식성 물질), 제9급(유해성 물질) 중 PCB(UN No. 2315) 및 환경유해물질(UN No. 3082) 위험물을 대상으로 적절한 저장 및 관리 등에 대한 사항을 규정하고 있다. 이 외에도 위험물의 종류에 따라 「고압가스안전관리법」, 「산업안전보건법」, 「원자력안전법」 등이 적용되고 있다.
현행 국내 법제는 항만 내 위험물 컨테이너 안전관리 체계의 일관성을 확보하는 데 다음과 같은 한계가 있을 것으로 판단된다. 첫째, 현행 국내 법제가 규정하는 위험물 컨테이너의 분류 체계와 적용 범위가 IMDG Code와 상이하며, IMDG Code 상 일부 위험물은 국내 법제에 미반영되고 있다. 이는 위험물 컨테이너 취급 시 규제 공백이 발생할 가능성을 시사한다. 둘째, 컨테이너의 운송·하역·저장 등 단계별로 다른 법제가 적용되고 있다. 운송 단계에서는 IMDG Code와「위험물 선박운송 및 저장 규칙」이 적용되며, 하역 단계에서는 「선박입출항법」, 저장 및 적재장 관리 단계에서는 「항만안전특별법」, 「위험물안전관리법」, 「화학물질관리법」 등이 각각 적용된다. 이러한 법제 적용은 위험물 사고 발생 시 주관 부처의 권한 및 역할이 중복되거나 분산되어 일관된 대응과 통합적 관리체계 구축을 저해할 가능성이 있다.
반면, 홍콩이나 싱가포르와 같은 선진 항만국은 위험물 분류체계를 IMDG Code를 기반으로 표준화하고 항만관청이 주관 부처로써 통합 관리하여 체계적이고 일관된 관리체계를 구축하고 있다(Ji, 2020). 따라서, 국내에서도 국제 기준에 부합하는 법제 개선과 주관 부처의 일원화 등의 필요성이 제기된다. 다만, 구체적인 제도적 대안에 대한 심층적 논의는 본 연구의 범위를 벗어나므로 본 논문에서는 이에 대한 세부 내용은 다루지 않는다.
3.2 항만 내 위험물 컨테이너의 취급 및 저장 관리 기준
컨테이너 항만에서 위험물 컨테이너는 하역, 운송, 보관, 방출 등의 과정을 거쳐 관리되며, 운영 주체는 터미널 운영사이다. 하역 전 위험물을 하역하려는 자는 「선박입출항법」에 근거하여 위험물 하역 자체안전관리계획을 수립하고 관리청의 승인을 받아야 하며, 「항만안전특별법」에서도 항만 내 안전사고와 재해 예방을 위해 항만하역사업자가 위험화물을 취급할 때 옥외저장소 운영 사항과 위험물 적재 컨테이너 안전관리 규정을 포함한 자체안전관리계획을 수립하도록 하고 있다. 즉, 자체안전관리계획 수립을 통해 항만 내 소화설비의 유지·관리, 화재 예방을 위한 안전조치, 사고 발생 시 대응 절차 등을 구체적으로 규정하고 있다. 다만, 자체안전관리계획은 관련 규정에 따라 설치된 현행 설비를 중심으로 수립되므로, 신종 위험물에 대한 화재위험성이나 비상 대응 방안까지는 충분히 반영하지 못하는 한계가 존재한다.
「산업안전보건법」에 따르면, 컨테이너 터미널 사업장은 항만 내 위험성평가를 수행해야 하며, 위험물의 화재·폭발 위험은 평가 항목 중 일부로 포함되어 있다. 그러나, 동 법에서 제시하고 있는 위험성평가 방법은 항만에 적용하기 어려운 부분이 많은 것으로 보고된 바 있다(Kang and Han, 2022). 또한, 「화재의 예방 및 안전관리에 관한 법률」에 의거한 소방계획서도 운영동과 같은 건축물을 대상으로 주로 작성되고 있으며, 적재장 내 위험물 컨테이너에 대한 소방계획은 미비했다.
해양수산부는 「위험물 선박운송 및 저장규칙」에 따라 적재 방식, 보관 방법, 용기 등이 해당 규칙과 IMDG Code 적합 여부를 점검할 수 있으며, 소방청은 「위험물안전관리법」에 따라 위험물 저장 기준, 소방시설 점검 및 관리 의무 등을 규정하여 소방관계현황 및 점검표를 작성·보관하도록 하고 있다.
항만 내 위험물 저장 및 저장소 시설 기준, 소화설비 기준 등은 위험물 종류에 따라 소방청과 환경부 등 관계기관이 관할 한다. 「위험물안전관리법」에 따르면 항만 내 위험물 컨테이너는 옥외저장소에 분류·저장해야 하며, 저장 및 취급에 대한 관련 기준에 따라 관리된다. 원칙적으로 유형이 다른 위험물은 동일한 저장소에 보관할 수 없으나, 제1류(산화성 고체) 위험물과 제6류(산화성 액체) 위험물은 예외적으로 동일 저장소에 함께 저장할 수 있다. 각 옥외저장소는 안전사고 발생 시 피해 확산을 방지하기 위해 최소 5m 이상의 이격거리를 확보해야 한다. 위험물 컨테이너의 적층 높이는 최대 4단까지 가능하며, 가장자리는 3단을 초과할 수 없다. 또한, 서로 다른 유형의 위험물을 동일한 컨테이너에 수납할 경우 위험성이 가장 높은 물질을 기준으로 저장소를 지정해야 하며, 위험물의 유형별 위험성 순서는 제1류·제6류 > 제2류 > 제4류 > 제3류 > 제5류이다. 옥외저장소는 특정 위험물(예: 제2류)의 지정수량에 따라 소화난이도 등급(Ⅰ·Ⅱ·Ⅲ)이 적용되고 옥외소화전, 물분무설비 등 적절한 소화설비 설치가 요구된다. 「화학물질관리법」에서도 규제 대상 화학물질의 저장소 시설 기준(경계책, 트렌치 등)을 규정하고 있다. 다만, 보관 기간이 72시간 이내(환적화물은 168시간 이내)인 경우는 적용하지 않는다. 이에 따라 국내 항만에서는 해당 물질의 반·출입을 72시간 이내로 제한하고 있으며, 초과 시 유해화학물질 저장소에 별도 보관하도록 하고 있다. 이 외에도 「고압가스안전관리법」, 「산업안전보건법」, 「원자력안전법」 등 다수의 법령에서 규제 대상 위험물의 저장, 취급, 운송 등에 관한 규제가 병행적으로 적용되고 있다.
항만 내 위험물 컨테이너 취급 기준을 분석한 결과, 현행 제도는 기본적인 안전 확보에는 일정 수준 기여하고 있으나, 실질적인 위험요인 관리보다는 규정에 따른 설비 설치와 행정적 점검 중심으로 운영되고 있는 것으로 판단된다. 따라서 신종 위험물의 예방적 안전관리, 사고 대응 측면에서는 한계가 있을 것으로 사료되며, 특히 화재하중 등을 고려한 피해 규모나 화재 전파 등으로 인한 연쇄적 영향과 같은 요소를 종합적으로 고려한 화재위험도 분석 절차가 제도적으로 마련되어 있지 않은 실정이다. 이에 대한 구체적 논의는 3.3절에서 다룬다.
3.3 위험물 컨테이너의 화재안전관리 한계
컨테이너 항만 내 위험물 관리는 다양한 법령과 기준에 따라 수행되고 있으나, 화재 안전관리 측면에서는 다음과 같은 한계가 존재하였다.
첫째, 신종 위험물에 대한 대응 체계가 미비하다. 최근 항만을 통해 수출입되는 리튬이온배터리와 같은 신종 위험물이나 친환경 선박 연료공급을 위해 취급되는 LNG와 같은 저인화점 연료는 현행 규정만으로 관리하기 어려운 위험성을 내포하고 있다. 리튬이온배터리는 IMDG Code상 Class 9로 분류되며, UN3480(단독 리튬이온배터리) 또는 UN3481(기기 포함 또는 별도 포장 배터리)에 따른 국제 운송 규제를 따라야 한다. 그러나 국내에서는 리튬 물질 자체는 「위험물안전관리법」상 제3류 위험물로 분류되고 있으나, 가공된 리튬이온배터리 완제품은 위험물로 미지정되어 있어 보관·운반에 관한 관리 규정 및 취급 시설에서의 사고 대응이 미흡한 실정이다. 더욱이 리튬이온배터리는 열폭주와 재발화 현상으로 인해 화재·폭발 위험이 크며(Morcos and Vollweiler, 2017; Jeong et al., 2019), 전통적인 화재 특성과 달라서 소화가 어렵고 이로 인한 피해 규모 또한 큰 것으로 알려져 있다. 최근 가장 주목받고 있는 친환경연료 중 하나인 LNG는 발열량이 높지만 공기보다 비중이 낮아 상대적으로 화재·폭발 위험성이 낮다고 알려져 있다. 그러나, 대기 중에 누출되어 가스상으로 혼합될 경우 인화점이 낮은 특성으로 인해 화재·폭발에 매우 취약하며, 암모니아 경우에도 누출 시 폭발성을 띠거나 화재 위험을 증가시킬 수 있는 인화성 가스에 해당된다. 이러한 물질의 화재·폭발 시 발생하는 복사열과 폭발압력은 인근 위험물 저장소의 구조적 손상, 설비 파손, 2차 화재 등 심각한 영향을 미칠 수 있으며, 연쇄 폭발 및 복합재난으로 확대될 가능성이 높다. 그러나 현행 법제와 관리 기준은 이러한 신종 위험물의 특수성을 충분히 반영하지 못하고 있으며, 다중 피해로 확산되는 복합재난 시나리오에 기반한 체계적 대응 방안 또한 부재한 실정이다.
둘째, 정량적 화재위험도분석 절차의 부재이다. 「항만안전특별법」에 따른 항만하역사업자의 자체안전관리계획과 「산업안전보건법」에 따른 사업장의 위험성평가를 통해 화재·폭발 위험이 일부 다루어지고 있으나, 이들 제도는 주로 정성적, 체크리스트 기반 방식으로 이루어져 있어 과거 데이터 활용에 치중하며 신종 위험물을 반영하지 못하고 평가자의 주관적 판단에 크게 의존한다는 한계가 있다. 또한, 현행 화재 예방 관련 규제는 위험물 컨테이너의 이격거리, 적층 제한, 옥외저장소 설치, 소방시설 기준 및 점검 등과 같은 정태적이고 물리적인 안전조치와 행정적 점검에 중점을 두고 있다. 이러한 규제는 기본적인 안전 확보에 기여하지만, 시설 설비 기준과 선제적 사고 예방 및 대응 계획은 경험적·제한적 수준에 머무르고 있어 실제 위험 발생 시 피해 영향 범위를 정량적으로 분석하는 데에는 한계가 있다. 특히 복합재난 시나리오를 고려한 분석 체계가 마련되어 있지 않아, 위험물 컨테이너의 화재 전파, 연쇄 폭발, 독성 가스 확산, 대기오염 등으로 피해가 확대될 가능성을 정량적으로 평가하기 어려우며, 효과적인 대응 전략 수립과 대응 능력에도 한계가 발생한다.
이상의 내용을 종합하면, 컨테이너 항만의 위험물 관리체계는 「위험물안전관리법」을 중심으로 저장·취급 기준 및 관계 부처 간 역할 분담을 통해 운영되며 기본적인 안전 확보에는 기여하고 있다. 그러나 소방청·환경부·해양수산부 등으로 행정 주체가 분산되어 있어 관리·감독의 일관성이 부족하고, 사고 발생 시 신속하고 통합적인 대응 체계를 구축하는 데 한계가 존재한다. 더불어 리튬이온배터리, LNG, 암모니아 등 신종 위험물의 취급이 증가함에 따라 새로운 위험 요소가 확대되고 있는 실정에서 신종 위험물의 화재 특성을 반영한 정량적 화재위험도분석 절차가 부재하여, 사고 발생 시 현행 기준만으로는 효과적인 대비·대응이 어려울 것으로 판단된다. 따라서 위험물 컨테이너 안전관리 체계는 단순한 저장 및 취급 기준 준수에 머무르지 않고, 화재 시뮬레이션을 활용한 화재위험도분석을 적용하여 복합재난 가능성까지 반영할 수 있는 체계적 절차로 발전할 필요가 있다. 이를 위해 IMDG Code와 국내 법제를 기반으로 해양수산부의 관리 아래 원자력 분야에서 정착된 심층방어개념에 기반한 화재위험도분석을 항만 위험물 화재 관리체계에 접목하는 것이 유효한 대안이 될 것으로 판단된다.
4. 화재위험도분석의 컨테이너 항만 적용 방안
원자력발전소에서 운영되는 화재위험도분석 체계는 심층방어개념에 기초하여 설계·운영되며, 예방-감지-억제의 단계적 접근을 기반으로 하며 단일 설비의 고장이 전체 시스템의 안전성 상실로 이어지지 않도록 구성되어 있다. 특히, 방화 구역별 가상 화재 시나리오를 설정하고 시뮬레이션 및 정량적 위험도 분석을 수행함으로써 사고 확산 가능성 및 피해 영향을 체계적으로 검증한다는 점에서 컨테이너 항만 적용에 유용한 시사점을 제공한다. 그러나 원자로시설의 화재위험도분석은 원자로 안전정지분석 등 원자력 분야에 특화된 절차를 포함하고 있어 컨테이너 항만에 직접 적용하기에는 한계가 있다. 따라서, 본 장에서는 컨테이너 항만의 특성을 반영한 화재위험도분석 방안을 제시하였다. 가장 먼저, 항만에 상응하는 안전 목표를 설정하였으며, 분석 절차는 일반절차와 재해분석으로 구분하고 재해분석 단계는 다시 개별 재해분석과 복합재난을 고려한 심층 재해분석으로 세분화하여 접근하였다.
4.1 안전목표 및 일반절차
원자로시설 화재위험도분석의 최종 목표는 화재 발생 시 필수 안전계통의 기능을 유지하여 원자로를 안정적으로 정지시키는 데 있다. 그러나, 컨테이너 항만을 대상으로 한 화재위험도분석에서는 원자로와 같은 특수 설비가 존재하지 않으므로 이에 상응하는 목표를 항만 핵심 기능의 안전 유지와 신속한 복원으로 설정하였다. 즉, 다중방재와 구획관리 체계를 구축하여, 화재 발생 시에도 물류 기능 마비를 방지하고, 화재확산, 연쇄 폭발 등으로 인한 2차 피해가 항만 전체로 확대되는 것을 제한하는 것을 목표로 하였다.
Table 2는 원자로시설에서 확립된 화재위험도분석의 일반 절차를 컨테이너 항만에 적용한 결과를 보여준다. 기본자료 수집 및 검토, 기술기준 검토, 설계변경 및 영향평가, 문제점 도출 및 개선방안 제시, 소화대책 수립, 결과의 보고 및 문서화 등은 항만을 대상으로도 유사하게 수행될 수 있다. 반면, 화재방호구역 구획과 분석 단계는 컨테이너 항만의 특수성을 고려한 별도의 접근이 필요하다. 원자로시설은 화재방호구역을 우선 내화구조물로 구분된 방화지역(fire area)으로 설정하고, 그 내부를 가연성 물질 제한, 공간 격리, 화재진압 설비 등을 갖춘 방화구역(fire zone)으로 세분화하여 단일 구역의 화재가 전체 시설로 확산되는 것을 차단한다. 이에 비해 컨테이너 항만은 고정적 설비보다 야적장 중심의 동적 운영 환경을 갖고 있어, 내화구조물을 활용한 화재지역 구분은 사실상 어렵다. 따라서 항만에서는 각 위험물 특성에 적합한 화재진압 설비를 갖춘 옥외저장소를 방화구획 단위로 설정하고 화재 확산을 억제하는 방식이 적합하다. 분석 단계에서 원자로시설은 재해분석과 안전정지분석을 통해 필수 안전계통의 기능 유지 여부를 검증하는 데 중점을 두지만, 컨테이너 항만에서는 상기 설정한 안전목표 달성을 위해 위험물 누출·화재·폭발 시나리오의 발생 가능성과 피해 확산 범위를 정량적으로 평가함으로써, 피해 범위가 항만 전체로 확대되는 것을 방지하는 데 중점을 둔다.
4.2 재해분석
Fig. 3은 컨테이너 항만의 운영 특성과 위험물 처리 환경을 반영한 재해분석 절차를 보여준다. ‘Step 1: 현황 검토 및 현장조사’ 단계에서는 항만 내 위험물의 종류와 특성을 파악하고, 이에 따른 위험원을 식별한다. IMDG Code을 기반으로 위험물 분류를 수행하며, 동시에 하역·저장·벙커링 등 항만 운영 과정에서 발생할 수 있는 잠재적 위험 요인(가연성 물질, 점화원)을 추가적으로 고려한다. 또한 옥외 소화전, 워터스프레이 시스템 등 기존 화재방호 설비의 배치와 기능을 점검하여 기초자료를 확보한다.
‘Step 2: 시나리오 개발’ 단계에서는 단일사고와 연쇄사고를 포함한 다양한 복합 시나리오를 설정한다. 즉, 리튬이온배터리의 열폭주, 저인화점 연료의 액면화재(Pool fire) 및 제트화재(Jet fire), 전기화재 등 단일사고뿐만 아니라, 단일사고의 피해 영향이 복합재난으로 이어지는 연쇄 사고의 시나리오까지 고려한다. 시나리오 개발은 산업안전보건공단의 최악 및 대안의 사고시나리오 선정에 관한 기술 지침, 「화학물질관리법」에 따른 사고시나리오 선정 및 위험도 분석에 관한 기술지침, 「소방시설 등의 성능위주 설계방법 및 기준」에 따른 화재 및 피난시뮬레이션의 시나리오 작성 기준 등을 참조할 수 있으나 항만에서 취급하는 위험물의 특성을 고려하여 개발되어야 한다.
‘Step 3: 방화구역별 분석’ 단계에서는 시나리오별 화재 영향을 정량적으로 검토한다. 화재 시뮬레이션(FDS, CFD, FLACS 등)을 통해 화재의 성장 과정, 반응생성물(CO, CO2 등), 연기 거동, 가시거리, 표면온도, 복사열, 대류열, 압력 등을 시간에 따라 정량적 분석을 수행한다. 이를 통해 화재하중, 화재강도, 피해 범위 등 위험지표를 도출하고, 화재방호 설비의 적절성(소화설비 배치 등) 검토, 리스크 기반 컨테이너 이격거리 도출(과압 임계치, 복사열 임계치 등), 인접 구역 확산 가능성 등을 평가한다. 단일화재 분석 결과를 토대로 2차 영향 피해 및 복합재난을 고려하여 필요시 심층 재해분석을 수행한다. 구체적으로, 화재에 기인한 폭발 위험(가연성 가스 축적 및 점화, 압력용기 파열 등), 유해화학물질 누출·확산(독성 가스 확산, 해양환경 유출 등), 전력·통신 등 항만 인프라 손상에 따른 연쇄적 장애 등을 시나리오별로 분석한다. 또한, 시뮬레이션 연계 기법을 적용하여 화재 시뮬레이션 결과를 폭발·누출·확산·피난 모델과 연계함으로써 피해 범위, 인명·환경 피해 규모를 정량적으로 산출하고, 현행 방호체계의 취약성을 평가한다.
마지막으로, ‘Step 4: 심층방호 전략 도출’ 단계에서는 분석 결과를 토대로 한 방호전략 구체화가 가능하다. 우선 예방 단계에서는 옥외저장소 배치, 소화설비의 다중방호체계, 컨테이너 이격거리, IoT 기반 모니터링 체계 등을 구축하고, 초기대응 단계에서는 자동 감지·자동 소화 설비와 긴급대응체계를 통해 화재 발생 직후의 확산을 억제한다. 완화 단계에서는 화재 격리와 인접 컨테이너 방호조치를 통해 연쇄적 확산 및 2차 재해를 차단하고, 마지막으로 피해 최소화 단계에서 대피 및 피난 시나리오를 연계하여 인명 피해를 최소화할 수 있다.
이와 같은 화재위험도분석 모델은 원자력 분야 화재위험도분석 체계의 심층방호개념을 기반으로 하되, 항만의 동적 운영 환경과 위험물 특성을 반영한 변형된 구조로 컨테이너 항만의 재해분석에 적합한 방법론으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구는 원자력 분야에서 확립된 심층방어 기반 화재위험도분석 기술을 컨테이너 항만으로 확장 적용하기 위한 가능성과 한계를 분석하였다. 특히, 원자력 분야의 화재위험도분석과 항만 위험물 관리체계를 비교·분석하여 현행 컨테이너 항만의 위험물 취급 문제점을 파악하고, 컨테이너 항만 특성을 고려한 화재위험도분석 체계를 제안하였다.
원자로시설의 화재위험도분석은 화재 예방·감지·억제·안전정지 확보라는 단계적 절차 및 다중방호체계와 함께, 각 방화구역별 시뮬레이션 기반 정량적 평가를 수행함으로써 재난대응에 적합한 구조를 갖추고 있는 것으로 판단된다. 이러한 구조는 다양한 위험물을 취급하는 컨테이너 항만 환경에서 발생할 수 있는 신종 위험물의 화재·폭발 및 복합재난 위험을 평가하는 데 유용할 것으로 사료된다. FDS, CFD를 활용한 정량적 위험도 분석 기술을 항만에 적용하기 위한 절차를 제시하고 화재 시나리오별 위험도 분석, 피해규모, 대응을 통합적으로 고려하는 정량적 평가 체계를 도출하였다. 연구 결과는 컨테이너 항만의 화재 대응 강화를 위한 유효한 모델이 될 수 있을 것으로 판단된다. 다만, 본 연구는 컨테이너 항만 화재위험도분석 기술 개발을 위한 기초연구로써 절차 및 방법론 제시에 중점을 두고 있으므로, 실제 항만 데이터를 활용한 실증적 검토 측면에서는 한계가 존재한다. 향후 연구에서는 국내 스마트항만 테스트베드를 대상으로 FDS 기반 화재 시뮬레이션을 수행하고, 이를 통해 산출된 가스 및 화재 물리량을 바탕으로 항만 운영의 특수성을 반영한 화재위험도 평가지표를 도출할 계획이다. 또한, 도출된 평가지표를 활용하여 화재위험도분석 모델을 적용하고, 실증 연구를 통해 그 타당성과 활용 가능성을 검증하고자 한다.
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