이 글의 목적은 작업장에서 톨루엔 TWA(Time-Weighted Average) 초과가 발생하는 원인을 체계적으로 진단하고, 공학적·관리적·개인보호구 대책을 통합하여 실무적으로 재발을 방지하는 방법을 제공하는 것이다.
1. 톨루엔 노출관리 기본개념
톨루엔은 방향족 탄화수소로서 도장, 인쇄, 접착, 세정 공정 등에서 대표적인 용제로 사용되는 물질이다. 주요 노출경로는 흡입이며, 피부 흡수도 가능하다. 노출기준은 국가 또는 단체마다 다르므로 해당 사업장의 법정 기준과 사내 기준을 우선 적용해야 한다. TWA는 동일 작업자의 한 교대 근무시간 동안의 시간가중평균 농도를 의미하며, 단기노출한계(STEL)와 천장값(Ceiling) 기준과 함께 관리해야 한다.
1.1 TWA 계산 원리
TWA는 각 시간 구간의 농도와 그에 해당하는 노출시간의 곱을 전체 시간으로 나눈 값이다. 교대시간이 연장·단축되면 교정계수를 적용하여 재계산해야 한다.
# TWA 기본식 TWA = (Σ (C_i × t_i)) / Σ t_i
예시
구간 농도(ppm): [80, 120, 50, 30], 각 구간 시간(hr): [2, 2, 3, 1]
TWA = (80×2 + 120×2 + 50×3 + 30×1) / (2+2+3+1) = 74.375 ppm
연장근무 시 교정
기준교대 8h, 실제 10h, 생물학적 허용노동시간 보정은 내부 기준 적용
단순총량평균은 위 식을 실제 총시간 10h로 적용
주의 : TWA는 평균값이므로 단기간 고농도 피크가 있어도 평균이 낮게 보일 수 있다. STEL 및 Ceiling 기준을 별도로 검토해야 한다.
2. TWA 초과 주요 원인 진단 로드맵
원인 분석은 공정소스→이동경로→작업자 호흡권 순으로 추적하는 것이 효율적이다. 다음 체크리스트를 현장에서 순차 적용하면 원인 축소가 가능하다.
2.1 공정 및 설비 측 요인
- 증발부하 증가 : 용제 사용량 증가, 배치 간격 단축, 용액 온도 상승, 점도 저하 등으로 증기 발생률이 높아졌을 수 있다.
- 개방면 확대 : 덮개 미설치, 탱크 액면 면적 증가, 취출구 확대 등으로 방출면이 커졌을 수 있다.
- 혼합용제 변경 : 메틸에틸케톤, 자일렌 등과 혼합 시 톨루엔 부분증기압 변화나 공비성 영향으로 방출 특성이 달라졌을 수 있다.
- 누설 : 밸브 패킹, 플랜지, 호스 커플링, 펌프 메커니컬씰에서 미세누설이 발생할 수 있다.
- 세정·가열 공정 : 예열, 고온 건조, 열풍 사용 등으로 휘발이 급증할 수 있다.
2.2 환기 및 건축 측 요인
- 국소배기(LEV) 성능저하 : 후드 전면속도 저하, 덕트 막힘, 필터 포화, 팬 회전수 저하, 풍량 불균형으로 포집이 저하될 수 있다.
- 희석환기 부족 : 전체 환기횟수(ACH) 저하, 급·배기 불균형, 재순환 비율 과다, 외기 도입량 부족 등이다.
- 기류 교란 : 천장송풍, 대형선풍기, 지게차 이동, 자동문 개폐로 후드 흡입류가 분산될 수 있다.
- 밀폐공간 유사 조건 : 코너, 피트, 지하, 캐노피 하부 등 기류 정체영역에서 축적이 발생할 수 있다.
2.3 작업행동 및 운영 요인
- 작업자 자세·동선 : 얼굴이 방출원에 근접하거나 후드 전면을 가리는 자세로 인해 호흡권 농도가 상승할 수 있다.
- 덮개·캡 미사용 : 사용 직후 용기 밀폐 미흡, 솔벤트 트레이 방치 등이다.
- 카트리지 사용기간 초과 : 유기용제용 방독필 교체주기 초과로 인해 체감 냄새 없이도 노출이 증가할 수 있다.
- 교대 연장 및 피크작업 집중 : 특정 시간대 대량 도포·세정이 TWA 평균을 끌어올릴 수 있다.
2.4 모니터링 및 샘플링 오류
- 개인시료 펌프 유량 오류 : 전·후 유량 편차, 교정 미흡, 튜브 균열이 결과를 왜곡할 수 있다.
- 샘플 헤드 위치 오류 : 호흡권 이탈, 의복 속 배치, 방진마스크 내부 배치 등으로 과소·과대평가가 발생할 수 있다.
- 시간기록 부정확 : 교대 시작·종료, 작업구간 기록 누락으로 TWA 계산오차가 생길 수 있다.
3. 정량 진단: 소스강도와 환기능력 계산
현장 적용은 소스강도 G(증기 발생량)와 환기량 Q의 균형을 보는 것이 핵심이다.
3.1 희석환기 질량수지
# 정상상태 단순모델(균일혼합 가정) # C = (G / Q) + C_in # C_in은 유입공기 톨루엔 농도, 보통 0 근사 # 목표농도 C_target을 만족하려면 Q ≥ G / (C_target - C_in)
단위
C, C_in: mg/m³ 또는 ppm(온도·압력 조건 통일)
G: mg/s 또는 mg/min
Q: m³/s 또는 m³/min
G는 물질수지 또는 실측으로 추정한다. 탱크 개방면 증발은 레이놀즈 아날로지 또는 반경계층 질량전달 계수를 활용하여 산정하며, 간이평가는 사용량과 증발율을 기반으로 한다.
3.2 국소배기 후드 설계 체크포인트
- 작업면에서의 유효 포집속도 확보가 최우선이다.
- 개방면 후드는 전면속도 목표를 공정 특성에 맞게 설정한다.
- 덕트 설계는 균일 유속, 손실계수 최소화, 충분한 정압 확보가 필요하다.
- 필터·스크러버 등 부속장치는 압력손실을 고려해 팬 용량을 산정해야 한다.
| 공정 유형 | 권장 포집속도 범위 | 비고 |
|---|---|---|
| 가벼운 증기 방출(소량 도포) | 0.25~0.5 m/s | 기류 교란 최소 조건 |
| 중간 방출(개방 탱크, 세정) | 0.5~0.75 m/s | 덮개·플랜지 흡입 병행 권장 |
| 강한 방출(가열·건조) | 0.75~1.0 m/s | 캐노피·엔클로저 권장 |
주의 : 포집속도는 후드 입구가 아니라 작업자 호흡권 위치에서 유도되는 유속을 의미한다. 후드와의 거리, 방출 각도, 주변 송풍에 따라 실효속도가 크게 달라진다.
3.3 전체환기(희석) 역산 예시
# 가정: 톨루엔 발생량 G = 45 g/h, 목표 C_target = 30 ppm(25°C 1 atm 기준) # 환산: 1 ppm 톨루엔 ≈ 3.77 mg/m³ (25°C, 1 atm 근사) # C_target ≈ 113 mg/m³ # 필요 Q ≥ G / C_target = (45000 mg/h) / (113 mg/m³) ≈ 398 m³/h # 안전여유 1.5배 적용 시 Q ≈ 600 m³/h 필요 4. 공학적 개선 대책
4.1 소스제어
- 개방면 최소화 및 슬라이딩 커버, 플로팅 리드, 스플래시 가드 적용을 권장한다.
- 점도·온도 관리로 증발률을 낮춘다.
- 취출량 최소화 및 툴·와이프 프리웨팅량 표준화를 시행한다.
- 대체용제 검토 시 동일 성능을 확보하면서 증기압이 낮고 독성이 낮은 조성으로 변경한다.
4.2 국소배기 최적화
- 후드 형상은 방출 방향을 정면으로 포착하도록 개선한다.
- 덕트 균일유속 확보를 위해 분기관 댐퍼를 조정하고, 정압 모니터링 게이지를 상시 표시한다.
- 필터·스크러버 교체주기와 차압 기준을 문서화하고, 차압 급증 시 우회배관을 활용한 유지보수를 계획한다.
4.3 희석환기 강화
- ACH 목표치를 공정열부하·유기용제 총발생량 기준으로 재산정한다.
- 외기 도입률을 상향하고 재순환 비율을 제한한다.
- 정체구역 팬 배치 최적화로 단락기류를 제거한다.
4.4 누설 관리
- 호스·밸브·플랜지·펌프 씰의 예방보전 주기를 설정한다.
- 비눗물, 휴대용 PID, 휴대용 VOC 검지관으로 정기 누설점검을 실시한다.
- 신규 배관 시 토크 관리 및 압력시험·헬륨리크 테스트를 고려한다.
5. 관리적 대책
5.1 작업 스케줄링
- 피크 방출 작업을 교대 초반에 집중시키지 않고 분산한다.
- 연장근무 시 TWA 재산정 및 실시간 모니터링을 병행한다.
- 세정·도포 작업 간 인터벌을 확보하여 환기 회복 시간을 준수한다.
5.2 표준작업절차(SOP)
- 용기 개폐 절차와 즉시 밀폐를 강제한다.
- 후드 사용 확인 체크리스트를 도입한다.
- 유출·쏟음 발생 시 흡착제 사용, 폐기물 밀봉, 오염구역 국소배기 강화 절차를 명시한다.
5.3 교육 및 숙련도
- 호흡권 개념, 포집거리 유지, 방출원 방향 회피 등 실습형 교육을 시행한다.
- 용제 취급 시 냄새에 의존한 자가평가는 금지한다.
6. 개인보호구(PPE) 전략
공학적·관리적 대책으로도 TWA가 기준을 근접하거나 초과 가능성이 있으면 호흡보호구를 병행한다.
- 호흡보호구 : 유기용제용 카트리지를 사용하고, 작업강도·농도·습도에 따라 교체주기를 산정한다. 제조사 소프트웨어 또는 활성탄 흡착 모델을 활용해 브레이크스루 이전 교체 시점을 정한다.
- 피부보호 : 내화학 장갑(니트릴 등)과 스플래시 보호복을 적용한다. 장갑은 두께·침투시간 데이터를 근거로 선택한다.
- 보안경·페이스쉴드 : 스플래시 위험 공정에 의무화한다.
주의 : PPE는 최후수단이며, 카트리지 냄새 인지가 교체기준이 될 수 없다. 관리번호, 사용시간 기록, 예비 카트리지 상시 비치가 필요하다.
7. 샘플링·평가 품질관리
7.1 개인시료 채취
- 펌프 전·후 유량을 교정기 표준에 맞춰 기록한다.
- 샘플헤드는 호흡권(코·입 반경 30 cm 이내)에 설치한다.
- 교대별 작업기록과 시간 로그를 동기화한다.
7.2 실시간 모니터링
- PID 또는 광이온화 센서를 이용해 피크 구간을 파악하고, 국소배기 가동 전후 변화를 비교한다.
- 정체구역 맵핑을 위해 열지도 형태의 이동측정을 실시한다.
7.3 데이터 검증
- 블랭크·중복시료로 분석 신뢰도를 점검한다.
- 이상값은 장비 이상·운영상 이벤트와 대조하여 해석한다.
8. 원인-대책 매핑 표
| 관측 증상 | 가능 원인 | 우선 조치 | 지속 개선 |
|---|---|---|---|
| 작업 시작 직후 급상승 | 개방 충진·도포 피크, 후드 미가동 | 작업 전 후드 가동 확인, 덮개 즉시 복구 | 시작 전 예비배기 루틴, 자동인터록 |
| 교대 말 누적 상승 | 연장근무, 희석환기 부족 | 작업 분산, 환기량 일시 증량 | ACH 상향, 외기 비율 재설계 |
| 특정 위치만 고농도 | 기류 정체, 누설 포인트 | 휴대 PID로 스캔, 임시 차단 | 덕트 재배치, 씰링 교체 |
| 후드 앞에서도 농도 유지 | 포집속도 부족, 거리 과다 | 작업 위치 조정, 댐퍼 개방 | 팬 업그레이드, 엔클로저화 |
| 일부 샘플만 과대 | 샘플링 위치·시간 오류 | 설치 재교육, 로그 동기화 | SOP 개정, 내부 감사 |
9. 단계별 개선 프로젝트 플랜
9.1 0~2주: 긴급 억제
- 누설점 즉시 보수, 덮개·캡 의무화, 고방출 작업의 시간 분산을 시행한다.
- 후드 차압 확인, 필터 포화 시 교체, 댐퍼 전개방으로 일시 증풍한다.
- PPE 교체주기 재설정 및 카트리지 재고 확보를 수행한다.
9.2 2~8주: 구조개선
- 후드 전면속도 맵핑을 통해 부족 구간을 보강한다.
- 덕트 균일화, 팬 용량 업그레이드, 외기 도입 확대로 희석환기를 개선한다.
- 작업대·탱크 엔클로저 적용 및 자동덮개를 도입한다.
9.3 2~3개월: 검증과 고도화
- 개선 전·후 TWA, STEL 비교평가를 실시한다.
- 실시간 센서 데이터를 기반으로 피크 억제 KPI를 설정한다.
- 교육·감사 루틴을 정례화한다.
10. 사례형 계산 템플릿
# 1) 개인시료 TWA 계산 intervals = [ {"C": 90, "t": 1.5}, # ppm, h {"C": 130, "t": 0.5}, {"C": 60, "t": 4.0}, {"C": 40, "t": 2.0}, ] TWA = sum([x["C"]*x["t"] for x in intervals]) / sum([x["t"] for x in intervals])
2) 목표농도 달성 위한 풍량 산정
G_mgph = 36000 # mg/h
C_target_ppm = 30
ppm_to_mgpm3 = 3.77 # 근사(25°C, 1 atm)
C_target_mgpm3 = C_target_ppm * ppm_to_mgpm3
Q_m3ph = G_mgph / C_target_mgpm3
Q_with_safety = Q_m3ph * 1.5 # 여유계수 1.5
주의 : 위 환산계수와 안전여유는 예시이다. 실제 설계에는 해당 국가 표준상 환산 조건, 온도·압력, 안전계수를 적용해야 한다.
11. 교육자료 핵심 메시지
- 후드는 “켜는 것”이 아니라 “기류를 쓰는 것”이다. 작업물과 후드 거리, 방향을 우선 고려해야 한다.
- TWA가 낮아도 단기 고농도는 건강영향을 유발할 수 있다. STEL과 Ceiling도 함께 관리해야 한다.
- 용제 냄새는 신뢰할 수 있는 지표가 아니다. 데이터 기반으로 판단해야 한다.
12. 점검 체크리스트
| 항목 | 체크방법 | 빈도 | 합격기준 예 |
|---|---|---|---|
| 후드 전면속도 | 열선풍속계 측정 | 월 1회 | 공정별 목표 범위 충족 |
| 덕트 차압 | 차압계 확인 | 주 1회 | 기준치 ±10% 이내 |
| 필터 포화 | 차압·가시검사 | 주 1회 | 포화 전 교체 |
| 누설 점검 | 비눗물/PID | 주 1회 | 누설 0건 |
| PPE 교체주기 | 기록 대조 | 매 작업 | 기준 내 사용 |
| 개인시료 펌프 | 전·후 유량 교정 | 매 측정 | 편차 5% 이내 |
| 작업자 교육 | 이수 확인 | 반기 1회 | 100% 이수 |
13. 자주 발생하는 오해와 바로잡기
- “냄새가 약하면 안전하다”는 오해가 많다. 후각 적응과 개인차 때문에 정량지표가 필요하다.
- “후드 전면속도만 높이면 된다”는 단편적 접근은 위험하다. 포집거리와 개방면 제어가 더 큰 효과를 낸다.
- “PPE만 강화하면 된다”는 발상은 비효율적이다. 소스제어와 환기가 우선이다.
FAQ
톨루엔 TWA가 경미하게 초과되었을 때 즉시 조치는 무엇인가
고방출 작업 일시 중지, 후드·덕트 차압 확인, 덮개·캡 복구, 외기 도입 임시 증량, 작업자 교대 전환을 즉시 시행한다. 이후 원인 확인 전까지 임시 감축계획을 적용한다.
국소배기 풍량을 올렸는데도 농도가 낮아지지 않는다
포집거리와 기류 방향이 부적절할 가능성이 높다. 후드 위치 재설정, 방출원 엔클로저화, 기류 교란 제거를 우선 점검한다.
개인시료와 고정식 모니터 값이 다르게 나온다
측정 위치와 시간가중이 다르기 때문이다. 개인시료는 호흡권 평균을 반영하고, 고정식은 지점 농도이다. 두 데이터를 함께 해석해야 한다.
PPE 카트리지 교체주기는 어떻게 정하나
제조사 성능데이터, 현장 농도, 습도, 호흡량을 입력해 브레이크스루 이전 교체시간을 계산하고, 보수적 안전계수를 적용한다. 냄새 인지는 기준이 아니다.
대체용제를 쓰면 무조건 안전한가
증기압·독성·연소성·공정성능을 종합평가해야 한다. 톨루엔 대비 노출은 낮아질 수 있으나 새로운 위험이 생길 수 있다.