분진폭발 위험장소 설정

가연성 분진으로 인한 화재·폭발위험이 있는 장소에서 사용하는 방폭 전기기계·기구의 적절한 선정 및 설치를 위하여 가연성 분진 폭발위험이 있는 장소의 설정에 관한 내용을 공유하고자 한다.

 

 

 

분진폭발 위험장소 설정

용어의 정의

“분진폭발 분위기(Explosive dust atmosphere)”라 함은 대기 중에서 점화 후에 연소가 확산되는 분진, 섬유, 부유물 형태의 가연성 물질과 공기가 혼합된 상태를 말한다.

“분진(Dust)”이라 함은 가연성 분진과 가연성 부유물을 포함하는 포괄적인용어를 말한다.

“가연성 분진(Combustible dust)”이라 함은 대기압 및 정상 온도에서 공기와 폭발성 혼합물을 형성하고 공기 중에서 연소 및 발염할 수 있는 공기 중 부유 및 자중에 의한 침적 가능한 직경 500 ㎛ 이하의 미세 고체 입자를 말한다.

“가연성 부유물(Combustible flyings)”이라 함은 대기압 및 정상 온도에서 공기와 폭발성 혼합물을 형성하고 공기 중에서 연소 및 발염할 수 있는 공기 중 부유 및 자중에 의한 침적 가능한 직경 500 ㎛ 초과의 고상입자(섬유 포함)를 말한다.

   - 레이온, 면(면 보풀 및 폐면 포함), 사이잘(Sisal), 삼베, 대마, 코코아 섬유, 뱃밥(Oakum) 및 케이폭 뭉치 등  

“대기조건(Atmospheric conditions, Surrounding conditions)”이라 함은 압력101.3 kPa(1,013 mbar) 및 온도 20 ℃(293 K)의 기준조건에서 상하 편차(가연성분진의 폭발성에 무시할 정도의 영향을 주는 편차)를 포함하는 조건을 말한다.

 

 

위험장소 설정

분진 누출원(Source of dust release) vs.누출등급

(1) 연속 누출등급 누출원: : 분진운의 연속적 또는 장기간의 존재가 예측되거나, 또는 단기간 빈번하게 존재할 수 있는 누출원

(2) 1차 누출등급 누출원: 정상작동* 중에 주기적 또는 간헐적으로 가연성 분진이 누출될 수 있는 누출원 (예를 들면, 개방된 백의 충전부 또는 배출부 근접 주위)

(3) 2차 누출등급 누출원: 정상작동* 중에 누출 우려가 없는 장소이거나 만약 누출된다면 아주 드물게 또는 아주 짧은 시간동안만 누출될 수 있는 누출원 (예를 들면, 분진퇴적물이 존재하는 분진취급 플랜트)

* “정상작동(Normal operation)”이라 함은 전기적·기계적으로 설계명세에 만족하며, 제조자 규정 제한범위 내에서 사용되는 장비의 운전을 말한다.

- 단, 분진운 또는 분진층에서의 가벼운 누출(예, 필터로 부터의 누출)발생은 정상작동으로 간주될 수 있다.

 

 

잠재적인 분진폭발 혼합물의 형성 가능성을 기초로 하여 <표 1>에 따라 위험장소를 설정한다.

<표 1> 가연성 분진의 존재에 따른 위험장소 설정

가연성 분진의 존재	분진운 장소의 구분 결과
분진운의 연속 존재	20종
1차 누출원	21종
2차 누출원	22종

 

 

분진 폭발위험장소의 구분

기기에서 분진이 누출될 경우 분진입자의 크기와 누출 시의 분출압력 및 주위 공기 흐름에 따라 중력에 의하여 누출면 아래에 쌓이게 되는데, 누출면의 크기와 분진의 방출 시간에 따라 표면에 축적되는 분진의 양이 결정된다.

<표 2> 분진폭발 위험장소의 구분

장소 구분	장소 특성	장소 예시
20종 장소 (Zone 20)	• 공기 중에서 가연성 분진운의 형태가 연속적, 장기간 또는 단기간 자주 폭발성 분위기를 형성하는 장소	• 분진설비 내부 • 호퍼, 사일로, 사이클론 및 필터 • 분진이송설비(벨트 및 체인컨베이어의 일부 제외) 등 • 배합기, 제분기. 건조기, 배깅 장비(Bagging Equipment)
21종 장소 (Zone 21)	• 공기 중에서 가연성 분진의 형태가 정상 작동 중에 빈번하게 폭발성 분위기를 형성할 수 있는 장소	• 분진설비의 개폐 문 인근 • 분진 형성 방지조치를 취하지 않은 충전 및 배출 지점, 이송벨트, 샘플링 지점, 트럭덤프 지역, 벨트덤프 인근의 분진 차단(Containment) 외부 장소 • 분진이 축적될 수 있는 분진설비의 외부 • 분진운이 발생할 수 있는 분진설비(사일로, 필터 등)
22종 장소 (Zone 22)	• 공기 중에서 가연성 분진의 형태가 정상 작동 중에 폭발성 분위기를 거의 형성하지 않고 만약 발생한다고 하더라도 단기간만 지속될 수 있는 장소	• 백필터(Bag Filter) 배기구의 배출구 • 손상되기 쉬운 분진 취급 공기압 장비, 유연 접속부 등 • 분진 제품을 담는 저장백(Bag) 취급 중에 저장백 손상 시 분진 분출 • 통상 21종 장소로 분류되나 폭발성 분진·공기 혼합물의 형성을 방지하기 위하여 적절한 조치를 취하는 경우에는 22종으로 구분 • 분진층 또는 폭발성 분진·공기 혼합물이 형성되는 것을 제어하는 장소

 

 

<표 3> 분진 발생 물질 종류 및 예시

 

 

분진폭발 위험장소의 설정 예

1. 배기설비가 없는 건물 내부의 호퍼 주위

사람이 빈번하게 백(자루)의 내용물을 호퍼에 투입하고, 이 내용물을 공기로 플랜트의 다른 곳으로 이송하는 것으로, 호퍼에는 항상 제품으로 가득 차 있는 경우

 

 

 

2. 배기설비가 있는 호퍼 주위

구분예시-1과 유사하나 배기설비가 구비되어 있음

 

 

3. 옥외 집진장치 및 여과기

집진장치와 여과기는 추출 설비 흡입측의 일부로, 추출된 제품은 연속적으로 작동되는회전밸브를 통과하여 닫힌 저장소 내부로 떨어진다. 미세 분진의 양이 아주 작으므로 자체 청소 주기는 길다. 따라서 내부는 정상 작동 중에만 가연성 분진이 때때로 형성될 수 있다. 필터 유닛의 추출 팬은 외부로 공기를 추출하는 설비이다.

 

 

4. 배기설비가 없는 건물 내의 드럼 덤프차

 

 

분진층의 위험성

(1) 분진층에 의한 위험은 다음과 같이 3가지로 볼 수 있다.

   • 건물 내의 1차 폭발은 분진운을 발생시킬 수 있어 1차 폭발 보다 더 위험한 2 차 폭발을 일으킬 수 도 있다. 따라서 분진층은 이러한 위험을 줄이기 위하여 항상 제어되어야 한다.

   • 분진층은 그 층이 형성되어 있는 장비의 열속(Heat flux)에 의하여 점화될 수도 있다. 폭발보다는 화재의 위험성이 서서히 발생 할 수도 있다.

   • 분진층이 분진운을 발생시켜 고온 표면에 점화되어 폭발이 일어날 수도 있다.

(2) 이들 위험성은 분진의 특성과 청소(Housekeeping)* 상태에 의하여 영향을 받는 분진층의 두께와 관련된다. 화재요인이 되는 분진층의 생성확률은 적절한 장비 선정과 효과적인 청소에 의하여 제어할 수 있다.

* 여기에서의 청소(Housekeeping)는 분진의 누출, 비산, 퇴적 등이 발생하지 않도록 하는 제반 행위, 즉넓은 의미에서의 청소를 말한다.

(3) 청소 주기 하나만으로 분진층의 위험을 제거하기에는 다소 미흡하다. 즉, 분진축적률은 다양한 영향을 받게 되는데, 예를 들면 고축적률을 갖는 2차 누출등급은 저축적률을 갖는 1차 누출등급 보다 훨씬 빨리 위험한 분진층을 생성할 수도 있다. 청소주기와 청소유효성 모두가 중요하다.

(4) 파우더를 취급 또는 처리하는 분진 격납용기 내부에서, 분진이 공정 전체에 있다면 분진층의 제어할 수 없는 두께를 방지할 수 없는 경우가 종종 있을 수 있다.

(5) 기본적으로 장비 외부의 분진층의 두께는 청소로 제어할 수 있다. 누출원에서 고려할 사항을 검토 할 때, 설비 관리에서 청소 상태와 일치시키는것을 필수 요소로 한다.

(6) 고온표면에서의 분진층의 점화 위험성

- 점화의 위험성은 분진층이 고온 표면 또는 장비로부터의 열속(Heat flux)에 폭로된 온도로 인하여 점화원이 될 수 있는 가능성을 근본으로 한다. 이 위험성을 제어하기 위한 적절한 조치는 고려 대상 장비로부터 누출되는 에너지 누출을 제한하거나 분진층에 접촉되는 표면의 온도를 제한하는 것이다.

 

분진층의 발화온도 vs. 분진운의 발화온도

분진층의 발화온도 (Ignition temperature of a dust layer)	분진운의 발화온도 (Ignition temperature of a dust cloud)
고온표면위에 규정된 두께로 분진층이 쌓여있을 때, 점화될 수 있는 고온표면의 최저온도	공기를 포함한 분진운에서 발화가 발생할 수 있는 고온벽면부의 최저온도
KS C IEC 61241-2-1에 주어진 시험방법으로 결정

 

Reference : KOSHA GUIDE E - 99 - 2013 분진폭발 위험장소 설정에 관한기술지침