스크러버(세정기) 설계 시 고려사항

스크러버(Scrubber)는 독성물질(염화수소 등)을 처리하는 데 주로 사용된다. 흡수 처리는 기체와 액체가 향류 또는 병류로 접촉하게 하여 폐가스로부터 특정 성분을 흡수액에 흡수시키는 공정을 말한다. 

 

 

 

스크러버(세정기) 설계 시 고려사항

 

스크러버 개요

스크러버(Scrubber)는 독성물질(염화수소 등)을 처리하는 데 주로 사용된다. 흡수처리는 기체와 액체가 향류 또는 병류로 접촉하게 하여 폐가스로부터 특정 성분을 흡수액에 흡수시키는 공정을 말한다. 보통 기체와 액체가 향류로 접촉되지만 병류와 교차 흐름도 가능하다. 흡수 처리에 사용되는 흡수장치는 주로 4가지(충진탑, 다단탑, 분무탑, 벤추리)이며, 다음은 스크러버 일반 구조도이다.

 

 

유해·위험 요인

스크러버는 위험물을 처리하는 데 기체와 액체를 향류 또는 병류로 접촉시켜 폐가스로부터 특정 성분을 흡수액에 흡수시키는 공정으로 다음과 같은 위험이 있다.

• 흡수탑에서 불용성인 탄화수소(톨루엔 등)를 포함한 폐가스를 흡수 처리할 경우, 물에 용해되지 않은 톨루엔 증기가 흡수탑을 그대로 통과하여 대기 중 폭발 분위기 형성 위험

• 정전, 펌프 고장 등의 이유로 흡수액 순환펌프가 작동하지 않을 경우 안전밸브 등에서 토출된 다량의 위험물질이 대기로 방출되어 근로자 폭로 위험 

• 흡수탑 내부 편류(channeling) 또는 충진재 막힘 등으로 기체-액체 접촉이 불량하여 흡수가 정상적으로 이루어지지 않아 독성물질 등의 대기 방출로 주변 근로자 폭로 위험

• 안전밸브 등에서 토출된 배출물질이 흡수탑으로 연결된 배관을 통과하다가 흡수탑으로 연결된 다른 포집설비의 배관을 통하여 공정 내로 재유 입되어 화재·폭발 및 독성물질 누출 위험

 

 

설계 시 고려사항

흡수 공정은 공정 중에 발생한 유해성분을 흡수액에 흡수시켜 안전하게 처리한 후 대기로 내보내는 공정이다. 즉 안전밸브 등에서 배출된 방출물은 녹아웃 드럼(Knockout Drum)으로 유입되어, 액체 성분과 기체 성분으로 분리되고, 분리된 기체 중 유해성분은 흡수탑에서 살수 또는 분무되는 흡수액에 흡수되고 나머지 성분은 대기 중으로 배출되는 공정이다. 구성 설비로는 녹아웃 드럼, 흡수탑, 흡수액 저장탱크 및 순환펌프 등이 있으며, 설비별로 고려할 안전 관련 사항은 다음과 같다.

 

● 녹아웃 드럼(Knockout Drum)

• 흡수 공정에서 처리하는 유해성분은 주로 부식성 물질이 많으므로 용기의 재질은 부식에 충분히 견딜 수 있는 것으로 설계 및 제작

• 드럼 내에 레벨이 일정 수위 이상으로 증가하지 않도록 액면계를 설치하고, 일정 수위 이상일 경우에는 알람이 울리거나, 하부에 설치된 펌프에 의하여 별도의 저장시설 또는 처리시설로 이송되는 시스템을 구축하여야 한다. 이를 위해, 액면계와 알람 또는 하부의 펌프와 연동하여 작동되도록 조치 및 관리

• 안전밸브와 녹아웃 드럼 사이와 녹아웃 드럼과 흡수탑 사이의 배관에는 블록밸브를 설치하지 않도록 한다. 다만, 정비·보수 시에 용기 내의 성분을 흡수탑으로 보내 처리하려는 목적으로 설치한 배관에는 블록밸브 설치 가능

• 드럼 하부에 설치된 펌프는 비상전원에 연결시켜, 주 전원이 차단되더라도 비상전원에 의하여 정상적으로 작동되도록 조치 및 관리

• 녹아웃 드럼에는 고점도의 액체가 그 상태로 배수 또는 이송되는 것을 방지하기 위하여 스팀 코일, 재킷 또는 기타 가열장치 설치

 

 

 

● 흡수탑

• 폐가스에 포함된 유해성분의 농도와 처리 후 배출농도를 바탕으로 흡수탑을 설계

• 충진재 상부에 존재하는 분배기가 운전 도중 막히지 않도록 관리하고, 2단 이상의 충진층을 가질 경우에는 충진층 내부에서 편류가 발생하지 않도록 충진층 각 단 사이에 재분 배기를 설치

• 편류가 발생하지 않도록 하기 위하여 충전물의 크기는 탑 지름의 1/8 보다 작아야 하고 탑의 높이는 탑 지름의 2.5 이상으로 설계한다. 또한 운전은 범람(Flooding)의 40~80%로 유지

• 흡수탑 하부에 샘플링(Sampling) 배관과 드레인 밸브를 설치하여 주기적으로 흡수액의 물성(pH 등)을 파악하고, 일정 값 이상일 경우에는 드레일 밸브를 열어 드레인 시키고, 새로운 흡수액을 공급

• 흡수탑의 흡수액 수위가 폐가스 유입 배관 위치보다 낮게 유지되도록 폐가스 유입배관 위치 아래에 배출 노즐을 설치하고, 배출 노즐로부터 배관은 폐수처리장까지 연결하여야 한다. 이때 사이폰 현상이 발생하지 않도록 조치

• 흡수탑 외부에 Sight glass를 곳곳에 설치하여, 실제로 접촉이 잘되는지를 육안으로 확인할 수 있어야 하며 점검 및 유지 관리가 가능하도록 흡수 설비 상부와 전면에 충분한 공간 확보

• 흡수설비 내·외부를 점검하기 위한 작업대, 통행시설, 계단 및 맨홀을 설치

 

 

 

● 흡수액 저장탱크 및 순환펌프

• 흡수액 저장탱크에는 흡수액이 일정량 이상 유지되도록 관리

• 흡수탑의 흡수액 레벨 관리를 위하여, 알람을 설치하고 알람이 울릴 경우에는 흡수액이 자동으로 공급될 수 있도록 알람과 펌프 및 컨트롤 밸브 등과 연동 조치 

• 순환펌프는 전원이 차단될 경우에도 계속적으로 작동될 수 있도록 비상전원에 연결하여야 하고, 순환펌프 작동 여부를 조정실에서 확인할 수 있도록 조치

• 순환펌프가 작동되지 않을 경우를 대비하여 비상용 순환펌프를 비치하여, 순환펌프 작동 중지 시 비상용 순환펌프가 자동으로 작동될 수 있도록 제어 시스템을 구성

• 흡수액의 pH 등의 물성은 지속적으로 관리하여, 흡수 처리 효율이 지속될 수 있도록 조치

• 처리하고자 하는 증기 또는 가스 성분을 구성하는 분자가 극성(Polarity)인지 아니면 무극성 (Non-Polarity)인지를 구분하고 극성일 경우에는 물을 사용하여 흡수하고 무극성일 경우에는 무극성 용매를 사용하여 처리

- 보통 염화수소, 암모니아, 에탄올 및 메탄올은 극성으로 물에 잘 녹는 반면 벤젠, 톨루엔, 메탄 등은 무극성으로 물을 이용한 흡수 처리가 거의 불가능

• 메탄올 증기 성분들을 수조 등을 이용하여 물에 흡수시켜 처리하고자 할 경우 안전밸브를 통하여 분출될 때의 고온의 증기가 액화될 때의 필요한 냉각열(잠열 포함)이 공급될 수 있도록 고려