내화구조 대상 및 범위

인화성 액체의 증기 또는 가스 및 분진에 의한 폭발위험장소에 설치하는 건축물의 기둥 및 보, 위험물 저장·취급용기의 지지대 및 배관·전선관 등의 지지대에 대한 내화구조 범위 및 대상에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

내화구조 대상 및 범위

관련 법규

산업안전보건기준에 관한 규칙 제270조(내화기준)

① 사업주는 제230조제1항에 따른 가스폭발 위험장소 또는 분진폭발 위험장소에 설치되는 건축물 등에 대해서는 다음 각 호에 해당하는 부분을 내화구조로 하여야 하며, 그 성능이 항상 유지될 수 있도록 점검ㆍ보수 등 적절한 조치를 하여야 한다. 다만, 건축물 등의 주변 화재에 대비하여 물 분무시설 또는 폼 헤드(foam head)설비 등의 자동소화설비를 설치하여 건축물 등이 화재시에 2시간 이상 그 안전성을 유지할 수 있도록 한 경우에는 내화구조로 하지 아니할 수 있다.

1. 건축물의 기둥 및 보: 지상 1층(지상 1층의 높이가 6미터를 초과하는 경우에는 6미터)까지

2. 위험물 저장ㆍ취급용기의 지지대(높이가 30센티미터 이하인 것은 제외한다): 지상으로부터 지지대의 끝부분까지

3. 배관ㆍ전선관 등의 지지대: 지상으로부터 1단(1단의 높이가 6미터를 초과하는 경우에는 6미터)까지

② 내화재료는 한국산업표준으로 정하는 기준에 적합하거나 그 이상의 성능을 가지는 것이어야 한다.

 

 

내화범위 공통사항

내화구조 관련 용어등 등 개요에 대해서는 기 포스팅한 다음 링크자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1352

내화구조 개요

 

(1) 건축물의 기둥(Column)과 보(Beam)는 지상 1층(지상 1층의 높이가 6 m를 초과하는 경우에는 6 m)까지가 내화범위이다. 다만, 석유화학공장 등 위험물의 보유량이 많거나, 공정압력이 높은 경우에는 9 m 이상까지 내화구조로 하는 것을 고려하여야 하며, 지상 2층 이상인 경우에도 각 층의 바닥면이 콘크리트 등으로 막혀 있어 누출된 가연물질이 고일 수 있는 구조이거나 가연물질이 지속적으로 누출되어 화재가 지속 또는 확대될 가능성이 있는 경우에는 가장 높은 위치까지 내화구조로 하여야 한다.

(2) 위험물 저장·취급 용기의 지지대는 지상 또는 누출된 가연물질이 고일 수 있는 바닥으로부터 지지대의 끝부분까지 내화구조로 한다. 다만, 지지대의 높이가 300 mm 이하인 것은 제외할 수 있다.

(3) 배관․전선관 등의 지지대는 지상으로부터 1단(1단의 높이가 6 m를 초과하는 경우에는 6 m)까지 내화대상이 된다.

 

 

건축물 기둥 및 보의 내화범위

(1) 내화대상 지역 내의 모든 건축물의 주 기둥과 보는 모두 내화구조로 하여야 하며, 수직 하중을 받는 지지대나 기둥의 수평 안정성에 기여하는 곡재(Knee)와 가새(Bracing : 대각선의 경사부재)도 내화구조로 하여야 한다. 다만, 가연성 액체를 취급하는 응축기, 열교환기 등 화재위험장치가 바닥이 막히지 않은 다층구조의 건축물에 설치된 경우는 최상층 바닥까지 내화구조로 하되, 바람과 지진을 견디게 하기 위해 사용된 곡재와 가새는 내화구조로 할 필요가 없다.

<그림 1> 화재 위험지역에서의 화재 위험장치 및 화재 비위험장치의 철골 구조물에 대한 내화범위(1)

 

 

(2) 다층구조의 건축물이면서 가연성 액체가 고일 수 있는 바닥위에 화재위험이 있는 장치가 설치될 경우에는 화재위험이 없는 장치가 설치된 상부층 바닥까지 내화구조로 하여야 하며, 화재위험이 없는 장치만 설치된 경우에는 1층까지 내화구조로 한다. 

<그림 2> 화재 위험지역에서의 화재 위험장치 및 화재 비위험장치의 철골 구조물에 대한 내화범위(2)	<그림 3> 화재 위험지역에서의 화재 비위험장치의 철골 구조물에 대한 내화범위

 

 

위험물 저장·취급 용기 지지대의 내화범위

(1) 지지대의 높이가 내화 대상지역 내의 반응기, 탑조류, 열교환기 등 위험물을 저장․취급하는 용기 중 용기가 설치된 바닥 또는 콘크리트 받침대로부터 300 mm를 초과하는 경우에는 바닥으로부터 지지대의 끝부분까지 지지대 전체를 내화구조로 하여야 한다.

(2) 탑조류와 수직용기를 지지하는 스커트(Skirt)는 다음 각 호의 기준을 따른다.

- 탑조류와 수직용기를 지지하는 스커트에 개구부가 없는 경우에는 외부표면을 내화구조로 하여야 한다.

- 탑조류와 수직용기를 지지하는 스커트에 밀폐되지 않은 직경 600 mm 또는 동등 이상의 개구부가 있거나, 스커트 내부에 플랜지나 밸브 등 누출위험이 있는 연결부위가 있으면 스커트의 내․외부 모두를 내화구조로 하여야 한다.

- 스커트에 설치된 맨홀 등 개구부를 막는 경우에는 마개를 탈착이 가능한 두께 6 mm 이상의 철판으로 제작하여야 한다.

(3) 직경이 750 mm 이상인 수평의 열교환기, 냉각기, 응축기, 드럼, 리시버 및 축적기를 지지하는 철제 받침대(Steel saddles)는 내화구조로 하여야 한다.

(4) 내화 대상지역 내의 반응기, 탑조류 또는 이와 유사한 용기가 내화구조로 된 구조물에 설치될 때 철재 브래킷(Steel brackets)과 러그(Lugs)도 지지대와 동등한 내화구조로 하여야 한다.

 

 

배관, 전선관 등 지지대의 내화범위

(1) 내화 대상지역 내의 배관, 전선관 등의 지지대가 파이프 랙(Pipe rack)인 경우에는 지상으로부터 1단까지 주 기둥 및 보를 모두 내화구조로 하여야 한다. 다만, 1단의 높이가 6 m를 초과하는 경우에는 6 m 까지, 파이프 랙 하부에 위험물질 이송 펌프가 설치된 경우에는 9 m 범위 내에서 최 상단까지 내화구조로 하여야 한다. 다만, 배관의 고정 및 수축팽창과 관련하여 배관에 부착된 지지대는 제외한다.

<그림 4> 펌프가 없는 경우 파이프 랙에 대한 내화범위	<그림 5> 화재위험이 있는 펌프가 파이프 랙 아래에 있는 경우 파이프 랙에 대한 내화범위

 

 

(2) 액체상태의 탄화수소를 취급하는 공랭식 냉각기로서, 입구 온도가 취급물질의 자연발화온도 또는 300℃ 이상인 인화성 또는 가연성 액체를 취급하는 공랭식 열교환기의 지지대는 최 상단까지 내화구조로 하여야하며, 공랭식 열교환기가 인화성 물질이 들어있는 용기나 장치보다 위에 위치할 때는 용기나 장치의 수평반경 6 m 내지 12 m 내에서 높이와 관계없이 수직하중을 받는 모든 기둥 및 보를 내화구조로 하여야 한다.

<그림 6> 화재 위험지역에 있는 핀 튜브와 팬으로 구성된 공기냉각기가 설치된 파이프 랙에 대한 내화범위

 

 

(3) 배관이 파이프 랙을 벗어나 보조의 배관 지지대 즉, 측면 파이프 랙 또는 독립적인 기둥(개개의 T형 기둥 및 브래킷이 달린 기둥)을 필요로 하는 경우 직경 150 mm 이상의 배관이나 탑류에 연결된 펌프 인입배관과 같은 중요한 배관의 지지대는 내화구조로 하여야 한다.

<그림 7> 화재 위험지역에 있는 이송배관의 지지대 및 행거에 대한 내화범위

 

 

가열로(Fire heater)의 지지 구조물의 내화범위

(1) 인화성물질 또는 가연성 액체를 취급하는 Fired Heater의 구조물 지지대는 내회처리되어야 한다.
(2) 다른 물질을 취급하는 Fired Heater가 화재위험지역(Fire scenario areas) 내에 있으면 Fired Heater의 구조물 지지대는 내화처리되어야 한다. 즉, Steam superheater, catalytic cracking unit air heater이 HC 이외의 물질을 취급하는 Fired heater라도 이것의 붕괴가 다른 인접한 HC 공정의 설비 또는 배관에 손상을 유발할 수 있다면 해당된다.
(3) 고소지역의 Heater(Elevated heater) Firebox를 지지하는 Firebox 아래의 수평 강재 Beam의 적어도 한 면이 연속적으로 Firebox와 접촉되어 있지 않으면, 수평 Beam에 내화처리되어야 한다.

(4) 여러 heater에서의 폐가스를 취급하는 공통 Chimney 또는 Stack의 Heater와 stack 사이의 Duct 또는 breeching의 지지대가 화재위험지역(FSA) 내에 있으면 내화처리되어야 한다.

 

 

전력 및 제어용 배선관련 설비의 내화범위

(1) 전력 및 제어용 케이블의 보호개념

① 비상대응용(Non fail safe 기능)용 전기, 계장 및 콘트롤 시스템: 화재 시 보호조치--화재 진압 또는 피해크기 축소에 사용되는 ESD, ESV/EIV, 비상감압시스템, 비상 배출

② 비상대응용이 아닌 경우: Risk 평가에 따라 화재보호 필요성 검토

③ 비상대응용 Cable(wiring) : UL1709에 따라 15~30분

④ 인접 공정용 케이블이 포함된 Tray가 화재위험공간(FSE)을 통과하면 Protection(내화 등)필요

⑤ 화재 발생 케이블 교체 또는 재포설은 시간이 많이 소요됨.

⑥ 전력 및 계장용 케이블은 화재 시 빨리 손상되어 Controlled S/D 곤란

(2) Cable 내화 시 고려사항

- Cable 내화 이전에 설계 단계에서 케이블 손상을 방지할 수 있는 방법을 초기에 반영하여야 한다.

① 선택한 내화방법은 982℃ (1,800°F) 이상의 탄화수소 화재에 노출되었을 때, 중요한 밸브의 작동과 장치의 운전 정지에 필요한 시간동안, 케이블의 온도를 사용한계[일반적으로, 폴리염화비닐 케이블 경우, 149℃ (300°F) 미만]이내로 유지해야 한다.
② 경험상 열가소성 케이블 또는 Conduit(thermo-plastic jacketed cables or conduit)에 직접 내화조치를 한 것은 성공할 확률이 낮은 것으로 나타났다.
③ 선택된 내화방법은 15~30 분 정도의 내화성능 요구
④ 대부분의 내화처리된 케이블 설비는 케이블의 사용온도가 정상보다 높게 나타나기 때문에, 케이블의 전기용량의 정격을 낮추어야 한다.

 

비상밸브(Emergency valve )의 내화범위

(1) 화재노출지역내 비상밸브의 보호개념

① 화재노출지역의 Emergency 밸브 및 밸브 Actuator를 작동시키는 것은 공정을 안전하게 운전 정지시키고, 장치의 감압 또는 화재의 세력을 촉진시키는 연료의 공급을 차단시키기 위해 매우 중요하다. 

  • 중요한 비상밟브에는 대형 탑조류, 축열기에서 공급받는 펌프와 연결된 배관의 흡입측 밸브가 있다. 

② 비상밸브가 정상적으로 작동되려면, 밸브와 연결되어 있는 전력선과 신호선은 내화처리를 해야 한다.

③ 비상밸브를 작동시키는 모터 작동장치는 밸브가 완전히 개방 또는 폐쇄될 때까지 화재로부터 보호를 받아야 한다.

④ 손상 시 안전위치로 전환되는 밸브는 내화처리할 필요가 없다. (fail safe position)

⑤ 전력선 및 계기선은 앞의 전력선(Power cable)에 기술된 방법으로 보호해야 한다.

⑥ 모터 작동장치는 내화재료를 사용한 다양한 내화성능을 갖는 설비로 보호되어야 한다.

⑦ 내화설비 종류 : 내화 blanket, 매스틱 내화처리제, 팽창성 에폭시 코팅을 사용한 단열재 등

⑧ 내화재료 적용 시 Cold weather 검토

(2) 비상밸브 내화 시 고려사항

① 전기모터에 설치되어 있는 열제한스위치(Thermal Limit Switch)는 모터의 작동 중에 화재에 노출된 경우, 밸브를 완전히 닫거나 개방하기 전에 모터의 전원이 차단되지 않도록 내화처리를 해야 한다. 
② 밸브의 수동핸들 및 연동레버는 밸브가 작동되지 않을 정도로 내화처리를 해선 안된다.
③ 밸브의 위치 표시기(position indicator)는 단열재로 피복해선 안된다.
④ 솔레노이드 작동식 밸브의 솔레노이드는 앞에 기술되어 있는 단열재로 내화처리할 수 있다. 단열재는 열을 보유하고 환기를 억제하기 때문에, 설계 시 만족스런 작동이 이루어지도록 연구 검토해야 한다.
⑤ 밸브 Fail 시에 안전 위치로 전환되도록 설계되지 않은 경우(None fail safe), 다이아프램 작동식 밸브의 다이아프램 하우징은 앞에 기술되어 있는 단열재로 내화처리해야 한다. 

⑥ 선택된 내화방법은 운전온도 및 주변환경에서 성능이 보장되어야 한다.

그 밖의 설비에 대해서는 API PUBL 2218 또는 기타 통용되는 설계기준 등을 참고하여 적정한 내화범위를 정하여야 한다.

 

Reference : 1. KOSHA GUIDE D - 45 – 2012 내화구조에 관한 기술지침

2. 안전보건진단 전문가 양성교육 및 토론회(2023년)