폐가스 처리 공정의 안전

폐가스(off gas) 즉' 대기로 배출되는 가스(증기) 성분들은 보통 화재·폭발 위험성이 있는 물질이거나 인체에 건강장해를 일으킬 수 있는 독성 또는 발암성 물질이기 때문에 대기로 배출 또는 분출되기 전에, 반드시 처리설비를 거쳐 안전하고 무해하게 처리하여야 한다.

 

 

 

폐가스 처리 공정의 안전

폐가스 개요

• 폐가스(off gas)란 화학공정에서 원료 및 중간생성물을 저장 취급하는 저장탱크 등에서 발생하는 가스나, 안전밸브 등을 통해 분출되는 가스를 말한다. 즉 상압으로 운전되는 저장탱크 (지방족 및 방향족 탄화수소 액체 등을 저장) 상부의 증기가 통기관을 통하여 탱크 외부로 배출되거나, 압력용기 또는 반응기에 취급 중인 가스(증기) 및 액체 성분들이 비정상적인 조건(온도 또는 압력 상승)에서 안전밸브 등을 통해 용기 밖으로 분출되는 가스(증기)를 말한다.

• 대기로 배출되는 가스(증기) 성분들은 보통 화재·폭발 위험성이 있는 물질이거나 인체에 건강장해를 일으킬 수 있는 독성 또는 발암성 물질이기 때문에 대기로 배출 또는 분출되기 전에, 반드시 처리설비를 거쳐 안전하고 무해하게 처리하여야 한다.

• 「산업안전보건법」에서는 안전밸브 등으로부터 분출되는 인화성 가스나 독성 물질의 경우에는 반드시 연소, 흡수, 세정, 포집 또는 회수 등의 방법으로 처리하도록 규정하고 있으며,「대기환경보전법」에서도 상압저장탱크 및 공정에서 발생하는 휘발성 유기 화합물(VOC, Volatile Organic Compounds)을 대기로 배줄할 경우에는 반드시 VOC 처리설비를 거친 후, 대기로 배출하도록 규정하고 있다.

 

 

관련 법규

- 안전보건규칙 제225조(위험물질 등의 제조 등 작업 시의 조치)

- 안전보건규칙 제230조(폭발위험이 있는 장소의 설정 및 관리)

- 안전보건규칙 제231조(인화성 액체 등을 수시로 취급하는 장소)

- 안전보건규칙 제232조(폭발 또는 화재 등의 예방)

- 안전보건규칙 제242조(화기 사용 금지)

- 안전보건규칙 제267조(배출물질의 처리)

- 안전보건규칙 제299조(독성이 있는 물질의 누출 방지)

- 안전보건규칙 제311조(폭발위험장소에서 사용하는 전기기계·기구의 선정 등)

- 안전보건규칙 제422조(관리대상유해물질과 관계되는 설비)

 

 

폐가스 처리 시 유해·위험요인

• 유해·위험물질(가스.증기 등)의 배출로 인한 화재, 폭발 위험

• 독성 또는 발암성 물질의 배출로 인한 건강장해 위험

 

 

재해 예방대책

• 플레어시스템의 안전

<그림 1> 플레어시스템의 구조

 

① 플레어헤더(Flare header)는 안전밸브 등에서 방출된 가스 및 액체를 그룹별로 모아서 플레어스택으로 보내는 주 배관으로서, 다음 사항을 고려하여 설치한다.

- 안전밸브에서 토출되는 성분의 상태 및 특성에 따라 플레어헤더를 별도로 설치

- 토출되는 성분이 가스인 경우에는 별도의 헤더를 따라 플레어스택으로 직접 연결할 수 있지만, 배출되는 성분이 증기인 경우에는 배출 및 이송과정에서 부분 액화가 발생할 수 있으므로, 반드시 녹아웃드럼(Knockout drum)을 거쳐 플레어스택으로 연결

- 배출물의 온도에 따라 적합한 배관 재질을 선정

- 안전밸브 등의 토출 측에서부터 녹아웃드럼 사이의 배관에 액체가 정체되지 않도록 조치

- 안전밸브 등의 토출 측으로부터 녹아웃드럼 쪽으로 플레어헤더를 경사지게 설치(경사도는 1/500 이상)

- 플레어헤더의 지지대는 플레어헤더가 운전되는 상태에서 충분한 하중에 견딜 수 있도록 설계

- 플레어헤더는 공정지역이나 작업빈도가 높은 지역을 피해서 설치

- 플레어헤더의 지지대에는 내화조치 실시

 

 

② 녹아웃드럼은 안전밸브 등의 방출물에 포함되어 있는 액체가 플레어스택으로 가스와 함께 흘러 들어가지 않도록 액체를 분리 포집하는 설비로서, 다음 사항을 고려하여 설치한다.

- 드럼 내에 증기 공간을 충분히 확보하여, 분리된 가스居개에 액체가 딸려가는 현상(비말동반)이 발생하지 않도록 조치

- 드럼 내에 레벨이 일정 수위 이상으로 증가하지 않도록 액면계를 설치하고, 일정 수위 이상일 경우에는 알람이 울리거나, 하부에 설치된 펌프에 의해 별도의 저장시설 또는 처리시설로 이송되는 시스템을 구축(액면계와 알람 또는 하부의 펌프와 연등하여 작동되도록 조치)

- 드럼 하부에 설치된 펌프는 비상전원에 연결하여, 주 전원이 차단되더라도 비상전원에 의해 정상적으로 작동되도록 조치

③ 밀봉드럼(Seal drum)은 플레어헤더를 밀봉액에 잠기게 하여, 플레어스택의 화염이 플레어시스템으로 거꾸로 전파되는 것을 방지하고, 플레어헤더에 약간의 진공이 형성되는 경우 플레어스택으로부터 공기가 빨려 들어가는 것을 방지하기 위하여 설치하는 설비로서, 다음 사항을 고려하여 설치한다.

- 밀봉드럼의 지름은 최소한 밀봉드럼으로 인입되는 플레어헤더 지름의 2배 이상이어야 하며 길이는 밀봉드럼 지름의 3배 이상

- 일반적으로 플레어헤더의 밀봉높이는 밀봉액의 정상 액면으로부터 10cm 내지 30cm의 높이를 유지

- 플레어헤더에 진공이 형성되는 경우 밀봉액이 플레어헤더로 역류되는 것을 방지할 수 있도록 밀봉드럼의 액면으로부터 플레어 헤더의 중앙까지의 높이는 최소한 3m 이상을 유지하여야 하며 수직이어야 함

- 밀봉드럼에서 폐수처리장으로 배출되는 밀봉액 배수 배관의 높이는 최소한 밀봉드럼의 운전 압력을 수두로 환산한 값의 1.75배가 되도록 함

- 밀봉액이 규정 수위를 유지할 수 있는 위치에 액면계를 설치하여, 수위를 관찰하는 것이 필요하고, 수위가 낮아질 경우에는 밀봉액이 즉시 유입되는 시스템을 구축

 

 

④ 플레어스택은 스택 형식의 소각탑으로서 스택 지지대, 플레어팁, 파일럿 버너 및 점화장치 등으로 구성된 설비 일체를 말하며, 다음 사항을 고려하여 설치한다.

- 플레어스택과 단위공정시설 및 설비, 위험물질 저장탱크 또는 위험물질 하역설비의 사이는

플레어스택으로부터 반경 20m 이상의 안전거리를 확보(다만. 단위공정시설 등이 불연재로 시공될 경우에는 제외)

- 방출이 일어날 때는 언제나 불꽃이 있어야 하며 이의 감지를 위해서 모니터를 설치

- 플레어팁에 스팀을 공급하여 눈에 보이는 그을음을 최소화

- 파일럿 점화장치 및 조절장치는 안전한 곳에 위치시킴

- 플레어헤더를 연료가스 또는 불활성 가스로 치환할 수 있는 장치를 설치

- 불꽃이 꺼지지 않도록 유속 산정에 주의

- 파일럿 버너는 항시 점화되어야 하고 점화되지 않을 경우에는 알람 등이 울리도록 조치

 

 

• 연소소각 공정의 안전

① 폐가스 유입 배관은 다음 사항을 고려하여 설치한다.

- 파열판 등의 압력방출장치 전·후단에 차단밸브를 설치하면 안 되고, 파열판의 후단 배관은 안전한 지역으로 연장

- 소각설비의 본체에 폐가스 등을 공급하는 배관(또는 덕트)에는 화염이 역화되지 않도록 화염방지기를 설치하여야 하며, 주 배관(또는 덕트)과 연결되는 가지관은 가능한 한 구획되도록 가지관마다 화염방지기를 설치

- 폐가스 유입 배관으로 인화하한계의 25% 이상의 농도 인화성 가스가 유입되지 않도록 조치

② 연소소각설비의 송풍기(원심형)는 보통 소각로 전단에 설치되어 있어, 상압저장탱크 및 공정 중에 발생하는 폐가스를 흡입하여 소각로 본체까지 이송시키는 역할을 하며, 다음 사항을 고려하여 설치한다.

- 송풍기는 처리해야 할 배출량을 만족하는 용량으로 선정

- 순간 정전 등으로 송풍기의 가동이 중지되지 않도록 TDR(Time Delay Relay)을 설치하여 순간 정전에 대비

- 소각설비가 상시 가동되어야 하는 경우에는 송풍기를 복수로 설치하여, 운전 중인 송풍기가 가동 중지 시 자동으로 예비팬이 가동하도록 연동조치하고 운전자가 팬 가동 정지를 알 수 있는 경보설비를 설치

- 송풍기 팬의 블레이드(Blade) 및 케이싱을 내식성 재질로 만들거나 방폭구조의 송풍기를 사용하여 스파크 등의 점화원이 발생하지 않도록 조치

 

 

③ 연소실로 LNG 등의 연료가 지속적으로 공급되도록 하는 연료공급설비는 다음 사항을 고려하여 설치한다.

- 연료는 운전성, 안전성 및 소각처리 효율 등을 고려하여 선정

- 연료공급라인과 함께 연소용 공기를 공급하는 설비를 설치하고 연료의 유입량과 비례하여 주입되도록 제어를 구성

- 연료 공급배관에는 긴급차단밸브를 설치하고 소각로 내부의 온도가 상승하거나, 화염이 존재하지 않을 경우에는 즉시 차단밸브가 닫혀, 연료 공급이 중단되도록 조치

- 연료 공급배관에는 압력계를 설치하여야 하며, 공급압력이 일정하게 유지될 수 있도록 압력조절기를 설치

④ 연료 연소장치(Burner)는 소각설비에서 연료 및 공기를 유입시켜 화염을 발생시키는 설비를 말하고, 소각설비 상부 공간에서 연소가 진행되는 공간을 연소실이라고 하며, 다음 사항을 고려하여 설치한다.

- 각 버너의 연소 상태를 관찰할 수 있는 관측구를 설치. 단, 관측구의 설치가 불가능할 경우에는 각 버너의 연소와 작동을 육안으로 확인할 수 있는 수단을 확보

- 연소용 공기가 연료보다 먼저 공급되는 구조여야 하며, 공기 공급이 중단될 때에는 연료가 자동으로 공급이 차단되도록 제어를 구성

- 버너는 연소실 내부의 온도가 설정된 온도 범위 내에서 자동 운전되도록 조절

- 소각설비의 연소실에는 폭발방산구를 설치해야 하고, 폭발방산구의 후단은 안전한 지역으로 연장

⑤ 소각설비의 본체 및 연소가스를 배출하는 스택을 설치할 경우에는 다음을 고려한다.

- 소각설비 본체는 열손실이 최소화되도록 단열조치 실시

- 소각설비 및 인접 배관 등의 외부 온도가 70°C 이상이고 근로자가 접촉할 우려가 있는 부분에는 접촉 시 화상을 방지할 수 있도록 보온재를 설치

- 점검 및 유지 관리가 가능하도록 소각설비 상부와 전면에 충분한 공간을 확보

- 스택은 고온의 연소가스가 다른 위험을 유발하지 않는 장소에 설치

- 스택 상단이 인접 건축물, 구조물 및 설비 등에 설치된 피뢰설비에 의해 보호되지 못할 경우에는 피뢰침을 설치

 

 

안전보건 점검 체크리스트

 

Reference : KOSHA 안전보건 실무길잡이 유기화학제품제조업