집진장치의 위험성

국내 사업장에서의 집진장치 사용은 유해위험물질의 대기배출 방지 목적으로 사용되는 경우가 많아, 분진에 의한 화재폭발 위험성에 대한 인식이 부족하기 때문에 사고예방을 위한 안전대책을 고려하는 사업장은 많지 않은 실정이다.

 

 

 

집진장치의 위험성

관련 법규

산안법에서는 가연성 분진이 존재하는 장소에서는 통풍에 의한 분진제거, 화기 사용금지, 분진방폭구조의 전기기계기구 사용, 정전기 대책 등의 기본적인 사항에 대해서만 규정하고 있다.

 

 

집진공정의 특징

집진공정의 주된 특징은 다른 공정이나 장치에 비하여 상시적으로 분진농도가 높다는 점이다. 

집진된 분체 특성을 보면 미세 분진인 경우가 많고 공기 기류를 사용한 이송이기 때문에 부유 분진의 발생 빈도가 높으며 더욱이 백필터의 집진에 의해 분리된 분진이 일정량 이상 퇴적되어 존재하게 된다. 

이러한 공정 특성으로 인해 가연물(분진), 공기(산소)가 상시 존재하게 되며 착화원이 발생하게 되면 화재폭발로 이어질 가능성이 매우 높다.

또한 집진장치 내부에는 높은 유속을 갖는 공기 흐름으로 인하여 난류성 기류가 형성되기 때문에 격렬한 폭발로 이어지기 쉽고 이렇게 발생한 분진화염은 연결된 다른 인접 장치로 전파되어 화재폭발 피해를 확대하는 요인이 되고 있다.

 

 

집진장치의 위험성

집진장치에서의 화재폭발 발생 위험성은 관련 제도의 미비, 집진장치의 특수성에 따른 설비면 및 관리상의 대응 부족으로 위험성을 증가시키는 원인이 되고 있다.

집진공정 및 집진장치는 분체 공정의 최종 단계인 경우가 많지만, 중간 공정의 분진농도 저감을 위해 사용되는 경우 중간 처리 단계에 해당된다.

집진장치에는 이송 배관을 통하여 분체의 공기 이송이 이루어지고 있기 때문에 이송 배관과 상시 연계되어 있다. 그러므로 가연성 분진을 공기 이송하는 과정에서 화재폭발 발생에 주의해야 한다. 예를 들면, 공기 수송에 동반하여 장치와 배관에서 발생하는 정전기 대전을 방지하기 위해서는 장치와 배관은 금속 또는 도전성을 갖도록 해야 하며 확실한 접지가 필요하다.

이송 배관 내부의 분진 퇴적을 방지하기 위해서는 구부러진 배관 형태와 분기 형태 부분을 가급적 최소화하는 배관 구성이 필요하며 분진의 퇴적 발생이 예상되는 부분의 점검과 분진 제거가 용이한 구조로 해야 한다.

분진 농도 관점에서 보면 집진장치는 분진농도가 항상 폭발범위 농도에 해당되어 착화원의 존재에 따라 상시 화재폭발 위험성을 가지고 있다. 또한 분진 회수용기에는 많은 양의 분진이 퇴적되어 있기 때문에 2차 분진폭발의 연료원 제공 요인이 될 수 있으며, 장기간 퇴적된 경우에는 분진 내부의 자연발화 위험성도 나타날 수 있다. 집진장치의 백필터에 의한 분진 입자의 분리를 위해서 비교적 빠른 기류가 집진장치 내부에 존재하기 때문에 분진폭발 시의 폭발 강도를 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다는 점도 위험요인이 될 수 있다. 

백 필터의 경우에는 포집된 분진을 제거하는 과정에서 부유 분진농도가 발생하여 폭발성분진 농도 분위기가 형성되고 대전된 분진에 의한 정전기 방전 위험성이 있다.

더욱이 사업장의 경제적 측면에 있어서 집진장치는 제품 부산물의 회수나 폐기 분진이라는 인식 때문에 안전설비 등의 비용을 투자하는 것을 회피하는 경향도 나타날 수 있다.

 

 

백 필터식 집진장치 구조

백 필터식 집진장치의 개략적인 구조는 다음 그림과 같다.

여러 개로 구성된 부직포 주머니 모양의 필터(백 필터)에 분진 입자를 포함한 공기를 통과시켜 여과하는 방법이 대표적이다. 필터의 재질은 목화, 나일론, 테플론, 유리 섬유 등이 있으나, 집진 배기의 기류가 고온인 경우에는 세라믹 필터가 사용된다. 백 필터식 집진은 0.01 μm 정도의 매우 작은 분진 입자도 제거할 수 있으며 집진율이 99 %로 높다.

 

<그림 1> 백 필터식 집진장치의 구조

 

백 필터식 집진은 필터 자체에 의한 포집보다는 퇴적된 입자에 의한 포집 효과가 크지만, 백 필터의 퇴적분진에 의한 압력손실이 증가하기 때문에 일정 시간 간격마다 또는 압력손실이 설정한 값에 도달하면 퇴적 분진을 제거할 필요가 있다. 분진 제거 방법은 장치에 기계적 진동을 부여하거나 압축 공기를 펄스 형태로 분사하는 방법 등이 있다.

백 필터식 집진장치에서 분진폭발을 방지하기 위해서는 중력식과 사이클론 집진장치에서 전 처리를 실시하여 분진농도를 낮추고, 탄산칼슘 등의 불활성 분말의 혼입시키거나 전도성 섬유가 포함된 정전기 방지 필터 재료 등의 방법이 사용되고 있다.

그러나 마그네슘 분진 또는 알루미늄 분진은 백 필터에서의 안전한 처리가 곤란하기 때문에 습식 집진장치를 사용하여 처리할 필요가 있다.

또한 백 필터의 경우에는 포집된 분진을 제거하는 과정에서 부유 분진농도가 발생하여 폭발성분진 농도 분위기가 형성되고 대전된 분진에 의한 정전기 방전 위험성이 있다.

 

 

백필터의 구조 요건

집진장치는 분진을 포함하는 혼합기에서 분진입자를 분리하기 위해 사용되는데, 집진장치의 구성 요건 중에서 백필터는 분진이 함유된 기체를 여러 개의 여과재를 통과시키면서 분진을 분리하는 역할을 한다.

백필터는 초기 단계에서 여과재  단독에  의한  분진  분리가  이루어지지만  시간이  지남에  따라  필터  표면의 분진층에 의한 여과현상이 더해져서 보다 효율적인 분진 포집이 가능해진다.

반면에 백필터의 고유 위험성으로서는 강제적인 분진 제거에 의해 낙하하면서 발생하는 부유 분진의 발생이라 할 수 있다.

 

사업장에서는 집진기 가동 중에 백필터의 분진을 제거하는 방법으로서 도구를 사용하여 충격, 진동에 의해 분리시키거나 또는 고압의 공기를 사용하고 있다. 이러한 작업은 집진장치 사용에 있어서 필수적으로 이루어지고 있는데, 분진이 백필터와 접촉, 분리를 반복하게 되면 정전기가 발생하여 분진이 백필터에 흡착하고, 만일 백필터가 대전방지 재질이 아닌 경우에는 정전기의 발생은 증가한다.

정전기의 발생은 집진효과를 높이는 요인으로 작용할 수는 있지만 위험요인으로도 작용한다. 폭발성 부유 분진이 형성되고 또한 대전된 분진이 필터에 포집되어 이것이 자유 낙하 또는 필터에서 분리되면서 정전기 방전이 발생하면 분진운에 대한 착화원으로 작용할 수 있다. 이러한 정전기에 의한 분진의 화재폭발사고사례는 국내외에서 다수 보고되고 있다.

이러한  위험을  회피하기  위해서는  분진에  대전된  정전기를  백필터를  경유하여 제거하도록 하는 것이 중요하며, 정전압의 수준을 상시 감시하여 일정 수준 이상이 되지 않도록 관리하는 등의 예방대책이 필요하다. 이 경우에 백필터 또는 백필터에 부속된 금속제 링 등이 접지되지 않고 절연상태에 있으면 정전기 방전이 일어나기 쉽다는 점에도 유의할 필요가 있다. 백필터에 사용되는 천은 도전성 섬유를 혼입하여 가공한 도전성 재료를 사용해야 한다.

 

Reference : KOSHA 연구보고서, 집진공정의 화재폭발 예방 및 개선방안 연구