VOC 소각설비 안전·방호조치(2)

휘발성 유기화합물(이하 “VOC”라 한다.) 등의 처리설비 중 연소 소각법에 의한 처리설비의 안전 및 방호장치에 대해 알아보고자 한다.

 

 

 

VOC 소각설비 안전·방호조치(2)

 

VOC 연소소각설비 개에 대해서는 다음 포스팅 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1183

VOC 연소소각설비 개요

 

화염방지기(Flame arrester)

(1) 소각설비의 본체에 VOC 등을 공급하는 배관(또는 덕트)에는 화염이 역화되지 않도록 화염방지기를 설치하여야 하며, 주 배관(또는 덕트)과 연결되는 가지관은 가능한 한 구획되도록 가지관마다 화염방지기를 설치한다. 다만, 소각설비에 투입되는 VOC 등이 어떤 경우에도 폭발하한계(Vol %)의 25 %에 도달하지 않도록 별도의 조치를 한 경우에는 화염방지기를 생략할 수 있다.

(2) 배관에 설치하는 화염방지기는 폭연 또는 폭굉에 대해서도 화염방지 기능을 갖는 것을 사용하거나 또는 폭발압력을 사전에 배출하기 위한 파열판 등의 압력방출장치를 설치하는 등의 방법으로 화염방지기의 기능이 상실되지 않도록 하여야 한다.

(3) 수봉식 화염방지기는 인입배관 등의 전체의 압력손실을 고려하여 채우는 물높이를 설정하여야 하고, 결빙의 우려가 있는 경우에는 동결방지조치를 해야 한다. 또한 내부의 유체높이를 확인하기 위한 액면계 또는 투시창(Sight glass)을 설치하고, 물 등을 보충하기 위한 장치와 배출하기 위한 밸브를 설치해야 한다.

 

 

 인화성 가스농도 감지장치

(1) 소각설비 입구에 인화성 가스(또는 증기) 농도를 감시하기 위한 농도감지장치를 설치하여 가스 농도가 폭발하한계(Vol %)의 25 % 이하가 되도록 희석공기 또는 불활성가스 주입시설을 설치하는 등의 조치를 하여야 한다. 다만, 소각설비에 투입되는 VOC 등이 어떤 경우에도 폭발하한계(Vol %)의 25 %에 도달하지 않도록 별도의 조치를 한 경우에는 가스농도감지장치를 생략할 수 있다.

(2) 가스 농도가 폭발하한계(Vol %)의 25 %에 도달할 경우에는 경보장치가 작동되어야 하며, 폭발하한계(Vol %)의 50%를 초과하기 전에 소각설비의 가동이 정지되어야 하고, 소각설비의 연소실 내로 VOC 등의 물질이 유입되지 않도록 비상배출장치가 작동되어야 한다.

(3) 가스농도감지장치는 주기적으로 점검하여 성능을 유지하여야 한다.

(4) 연소실내에서 환기율이 폭발하한계(Vol %)의 25 % ～ 50 % 사이에 도달하도록 설계한 경우에는 연속적으로 증기농도를 감시 및 제어하는 연속형 증기농도 상한 제어장치(Continuous vapor concentration high limit controller)를 설치하여야 하고, 동 장치는 증기농도가 폭발하한계(Vol%)의 50 %를 초과하기 전에 경보를 발하여야 하고, 경보작동 시 소각설비의 운전이 정지되고 소각설비 내로 VOC 등의 물질이 유입되지 않도록 비상배출장치가 작동되어야 한다.

 

 

치환 시설

(1) 버너가 정지하거나 또는 불꽃이 꺼진 후에 버너를 재점화하기 전에는 반드시 소각설비 내부의 증기가 치환되도록 조치한 후에 버너가 점화되도록 하여야 한다. 석유류 버너인 경우에는 반드시 연소실 내부에 미연소 물질이 존재하지 않는다는 것을 육안으로 확인하여야 한다.

(2) 다음 중 하나를 만족할 경우에는 전 (1)항의 점화 전 치환을 반복하지 않을 수 있다.

(가)  연소실 내부의 온도가 760 ℃(1400 ℉)를 초과하는 경우

(나)  각 버너가 화염감지기에 의해 모두 감시되고, 연료공급배관에는 긴급차단밸브가 설치되어 있으며 또한 연소실 내에 적어도 1개의 버너는 정상 가동되는 경우

(다) 각 버너가 화염감지기에 의해 모두 감시됨과 아울러, 연료공급배관에는 긴급차단밸브가 설치되어 있으며, 또한 연소실의 가연성물질의 농도가 폭발하한계(Vol %)의 25 %를 초과하지 않는 경우

(라) 다만 연료가 석유류일 경우에는 (다)항은 적용하지 않는다.

(3) 소각설비에는 VOC의 농도를 낮추기 위해 치환 또는 희석용으로 불활성가스 주입설비를 설치할 수 있다.

(4) 치환해야 하는 양은 치환하고자 하는 연소실 내부 체적의 4배 이상이 되도록 외부공기 또는 불활성가스로 치환해야 하며, 치환방법 등에 대해서는 KOSHA GUIDE D – 22, “불활성가스 치환에 관한 기술지침”을 참조한다.

(5) 치환 또는 환기 시 가스량(또는 공기량)은 절대온도에 정비례하여 변화되므로 다음 (가) 보정 계수식을 사용하거나, (다) <표 1>의 “온도 가스량 환산표”를 사용하여 보정하여야 한다.

 

치환 공기량은 (가), (다) <표 1>에 의해 산출된 수치를 올림한 량으로 한다.

(가) 보정 계수 계산식은 다음과 같다.

보정 계수 = (t ℃ + 273)/(20 ℃ + 273)

여기서 “t"는 배기 온도를 말한다.

 

(나) 보정계수 계산식에 의한 방법 예시

20 ℃의 유입공기 100 ㎥/min을 210 ℃에서 운전하는 소각로에 주입하면 위 식에 의거 보정계수는 (210 + 273)/(20 + 273) = 1.648로 계산되며, 여기에 100 ㎥/min를 곱하면 치환에 필요한 공기량은 164.8 ㎥ /min 가 된다.

 

(다) <표 1> “온도 가스량 환산표”에 의한 방법 예시

20 ℃의 유입공기 100 ㎥/min을 210 ℃에서 운전하는 소각로에 주입하면, <표 1>에서 210 ℃에서의 계수가 1.648이므로 여기에 100 ㎥/min를 곱하면 치환에 필요한 공기량은 164.8 ㎥/min 가 된다. 

 

<표 1> 온도 가스량 환산표(해수면 기준)

 

 

(6) 치환 및 환기 시 폭발하한계(Vol %)의 값은 대부분 25 ℃ 기준으로 제시되기 때문에 온도 보정을 하여야 한다.

(가) 연속공정의 소각설비(Continuous process furnace or oven)에 대한 폭발하한계(Vol %)는 다음의 식이나 또는 <표 2>에 따라 소각설비 운전온도에 대해 보정되어야 한다. 여기서 연속공정의 소각설비란 다소 연속적으로 발생되는 VOC 등의 물질을 소각하는 설비를 말한다.

LELt℃ = LEL25℃ [1 - 0.000784 (t ℃ - 25)]

여기서 “t” 는 소각설비 운전온도이다.

<표 2> 폭발하한계(Vol %) 보정계수

 

(나) 회분식 공정의 소각설비(Batch process furnace or oven)에 대해서는 운전온도가 121 ℃에서 260 ℃사이일 경우에는 가스량에 보정계수 1.4를 곱하고, 260 ℃를 초과하는 경우에는 보정 계수 1.4가 적절하지 않기 때문에 시험에 의해 결정하여야 한다. 여기서 회분식 공정의 소각설비란 침지시설(Dipping vessel) 등과 같이 연속적이 아닌 단속적으로 VOC 등의 물질이 배출될 때 이를 소각하는 소각설비를 말한다.

 

 

(7) 가스량은 기압에 따라 변화되므로 소각설비가 설치되는 위치를 고려하여 <표 3>의 “고도 보정계수”에 따라 고도 보정을 하여야 한다. 일반적으로 해발고도 305 m(1000 ft) 미만에서는 고도에 대한 보정을 적용하지 않는다.

 

<표 3> 고도 보정계수

 

(8) 인화성 가스 및 증기의 혼합물에 대한 폭발하한계를 산정하기 위해서는 KOSHA GUIDE D – 22, “가연성 가스 또는 증기혼합물의 폭발한계 산정에 관한 기술지침”을 따른다.

 

Reference : KOSHA GUIDE P - 66 - 2021 연소 소각법에 의한 휘발성 유기화합물(VOC) 처리설비의 기술지침