화학설비 안전 운전

산업안전보건법에서 말하는 화학설비 및 그 부속설비는  산업안전보건 기준에 관한 규칙 별표7에서 규정하고 있다

 

 

 

화학설비 안전 운전

화학설비와 부속설비

화학공장에서는 원료를 화학적·물리적으로 처리하는 공정을 거쳐 제품을 얻게 된다.

따라서 화학공업에서는 물질의 이송, 분리, 가열, 혼합, 분쇄, 침강, 추출, 흡수 등 여러가지 단위조작과 반응공정이 필요하며 이러한 조작이나 반응을 위하여 물질의 이송설비 , 분리설비, 열교환설비, 반응설비, 혼합 및 교반설비, 추출, 흡수 및 흡착, 건조설비, 분쇄설비 등이 있어야 한다. 이와 같이 화합물을 물리적 또는 화학적으로 처리하는 반응 또는 혼합, 분리, 저장, 계량, 열교환, 성형 또는 가공, 분체 취급, 이송 또는 압축 등에 필요한 장치, 기계·기구 및 이에 부속하는 배관, 계장, 제어, 안전장치 등 설비를 화학설비와 부속설비라 한다.

 

화학설비 및 부속설비에 대한 구분은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/99

화학설비 및 부속설비

 

 

호스 등을 사용한 인화성 액체 등의 주입 시 안전

가솔린이나 액화석유가스 등을 화학설비, 저장탱크, 탱크로리, 드럼 등에 이송주입 할 때는 호스를 연결하고 차량에 부착된 가변속도의 엔진펌프가 아닌 지상의 고정된 모터펌프로 이송시키는 것이 안전하다. 자동차 엔진을 이용하여 이송펌프를 가동할 경우는 엔진의 회전수에 비례하여 유량이 심하게 변하여 안전한 이송속도와 압력을 초과할 수 있어 가능한 지상에 고정으로 설치된 펌프에 의한 이송을 권장한다.

 

호스가 이탈하면 이송 또는 저장 중인 물질이 역류하여 다량의 물질이 누출될 위험이 있다.

따라서 호스 다음에 역지밸브(Check valve)를 설치하고, 액체인 경우는 Anti-siphon hole 등을 설계에 반영하는 등의 역류방지 대책을 수립하여야 한다.

 

 

이러한 경우에 호스와 호스간의 연결이나 호스와 탱크의 결합이 불완전하기 때문에 위험물이 누출되어 폭발이나 화재가 발생하는 예가 많다. 이와 같은 위험을 배제하기 위해 상기의 작업을 실시할 때는 호스의 연결부위를 나사, 플랜지, Quick coupler 등으로 확실히 연결하고 틈새가 정확히 결합되었는지를 확인한 후에 작업해야 한다.

특히 Quick coupler는 연결과 해체가 쉬워 현장에서 일반적으로 많이 사용하는 CAM & GROOVE Quick Couplings Type은 다음 그림과 같다.

<그림 1> CAM & GROOVE Quick Couplings Type(출처: ton-weight machinery mfg co., ltd. Catalogue)

 

그러나 이 방법은 연결 레버로 CAM을 회전시켜 고정하는 레버가 잘못 고정되거나 운전 중에 진동이나 충격에 의해 연결 레버가 풀려 누출사고로 이어지는 경우가 있어 급성 독성 물질과 같은 위험물질을 이송하는 용도로 사용하는 것을 자제한다. 암수 coupler 사이에 패킹이 손상되거나 이물질이 끼인 경우는 누출될 위험이 있어 사용하지 않을 경우는 Female dust cap, Male dust plug를 사용해서 누출 방지와 이물질 오염방지를 한다.

 

 

작업표준서 및 절차서 작성 

화학물질을 저장하거나 계량하는 저장탱크, 반응시키는 반응기, 혼합하는 혼합장치, 화학물질을 분리하는 증류탑, 추출탑 등의 화학설비는 안전운전을 위하여 문헌이나 실험을 통하여 사전에 조사하여 운전개시 전에 화학물질의 저장에서부터 반응, 증류, 건조 등에 대한 모든 작업표준서 작성 및 운전사고 수습을 위한 절차를 작성하여야 한다.

또한 작업자는 작업표준을 충분히 이해하고, 반드시 준수하여야 한다. 작업표준은 작업방법의 변경, 작업자의 제안 등을 수렴하여 변경관리절차에 따라 관련분야별 전문가의 의견교환 등을 통하여 수정·보완하여야 한다.

설비보수작업은 작업전에 위험성평가에 해당하는 안전작업허가서를 발행받고, 해당 설비의 운전자는 허가서 내용대로 철저한 작업장 사전안전조치와 보수작업자가 안전작업허가서 내용을 준수와 안전작업을 지원하여야 한다. 또한, 조종실 운전자와 현장 운전자는 안전작업을 위한 정확한 의사전달과 교대업무를 포함하여 각 작업의 인수인계는 확실한 규정을 정하고 운전내용과 조치변화 등에 있어서는 일지에 기록하여 전달해야 한다.

 

 

회분식공정 (Batch process) 위험성

회분식공정 (Batch process)은 공정운전 초기에 원료, 촉매, 첨가제 등을 반응기에 유입시켜 일정한 온도, 압력 조건 하의 반응시간 후에 생성물과 미반응물을 모두 수거하는 일정한 주기가 있는 공정으로 작업절차가 복잡하고, 자동화가 어렵고, 다품종 소량생산을 위주로 하여 작업자 실수, 설비의 고장 등으로 인한 안전사고 가능성 높은 공정이다.

따라서 회분식 공정은 각각의 공정마다 작업행위를 구분하여 안전을 위한 주요작업 내용을 구체적이고 명확하게 나타낼 수 있는 작업표준을 만들어 오조작 등으로 인한 사고를 방지하여야 한다.

 

안전운전을 위하여 다음과 같은 물리화학적 사항을 조사하여 분야별 전문가들이 함께 사전에 적절한 조치를 하여야 한다.

1. 원료 및 제품의 화재·폭발 위험성

2. 주반응의 화학반응식 및 발열량

3. 주반응에 의한 중간체 및 최종 생성물에 대한 화재·폭발 위험성

4. 부반응에 의해 생성된 발열량과 생성물의 형태에 따라 화재·폭발의 위험성

5. 부반응을 일으킬 수 있는 반응조건

6. 반응기 및 저장탱크 등의 냉각기능 및 교반기 등의 정지조건

7. 촉매첨가량, 원료의 공급순서 및 공급량

8. 작업자 실수로 발생할 수 있는 비정상 상태의 위험성

대기압 보다 높은 압력으로 운전하는 회분식 반응기는 작업자 실수, 제어설비의 오작동 등으로 압력이 걸려있는 상태에서 열리면 내부의 물질이 외부로 누출되어 화재폭발의 위험이 있어 운전중에는 자동밸브를 작동시키는 전기, 압축공기, 유압설비 등을 차단 등으로 열리지 않도록 하여야 한다.

 

 

회분식 공정 안전장치

특히 회분식 반응공정은 설비가 대기압 이상으로 운전되거나 이상반응 등으로 내부 압력이 대기압을 초과할 우려가 있는 설비에는 안전밸브, 파열판, 경기 등의 안전장치 또는 이에 대처할 수 있는 방호장치를 설치하여야 한다.

 

회분식 공정에 있어서 발열반응이 일어나는 반응장치 및 폭발범위 내에 도달할 위협이 있는 상태에서 운전되거나 이상반응 등으로 화재, 폭발 위험성이 높은 실티에는 산업안전보건기준에 관한 규칙 제2편 제2장 폭발·화재 및 위험물누출에 의한 위험방지 등에서 요구하는 안전장치 등을 다음과 같이 설치한다.

1. 내부의 이상상태를 조기에 파악하기 위한 온도계, 유량계, 압력계, 액면계 등 계측장치와 자동경보장치

2. 이상상태 발생에 따른 원재료 공급의 긴급차단장치, 반응물질을 옥외 방출용 탱크에 이송하기 위한 브로우다운 시스템 및 불활성가스 주입설비

3. 이상발열 등에 대비한 냉각용수 공급장치와 고장에 대비한 살수설비 등 비상냉각장치

4. 전력공급 중단 시 사용할 수 있는 예비 동력원

5. 반응기의 경우 교반기의 정지 시 즉시 파악할 수 있는 전류계 등과 경보를 발하는 장치

6. 건조설비 등에 필요한 경우 폭발압력방산구

7. 냉각수 공급펌프의 정지를 즉시 파악할 수 있는 경보장치

8. 중합반응기 등에는 균압식 또는 가압식의 중합억제제 투입설비

 

Reference : KOSHA 화공안전 기술편람(산업안전보건 기준에 관한 규칙 화공분야 해설)