원심펌프(Centrifugal Pump) HAZOP

인화성 액체(Flammable Liquid)를 이송하는 원심펌프(Centrifugal Pump)는 누출 시 화재 및 폭발 위험성이 커서 이에 대한 HAZOP 사례를 공유하고자 한다.

 

 

 

원심펌프(Centrifugal Pump) HAZOP

원심펌프(Centrifugal Pump) 중에 화재·폭발 위험이 있는 인화성 액체(Flammable Liquid)를 이송하는 Pump에 대한 사례이다.

 

 

원심펌프 HAZOP: Flow, Press, Temp, Composition(Contamination)

1. HAZOP Work sheet

인화성 액체(Flammable Liquid)를 이송하는 원심펌프(Centrifugal Pump)는 누출 시 화재 및 폭발 위험이 크므로, 밀봉 장치(Seal)의 건전성과 공운전(Dry Running) 방지에 초점을 맞추어 HAZOP을 수행한다.

• 공정 지점(Node): 인화성 액체 저장탱크 출구 ~ 공정 유입 배관 및 원심펌프
• 설계 의도(Design Intent): 인화성 액체를 목표 유량(예: 50 m³/hr)으로 안전하게 이송

가이드 워드 (Guide Word)	공정 변수 (Parameter)	이탈 (Deviation)	원인 (Causes)	결과 (Consequences)	안전장치 (Safeguards)
Less (Low)	Flow (유량)	유량 저하 / 없음 (Low / No Flow)	1. 흡입측 필터(Strainer) 폐쇄 2. 흡입 밸브 오조작(닫힘) 3. 공급 탱크 액위 저하(LL) 4. 펌프 임펠러 손상	1. 펌프 공운전(Dry Run)에 의한 과열 2. 기계적 밀봉(Mechanical Seal) 파손 3. 인화성 물질 누출 및 화재 위험	1. 저유량 연동 펌프 정지(FLL Interlock) 2. 최소 유량 배관(Minimum Flow Line) 3. 펌프 케이싱 온도 고경보(TH)
More (High)	Pressure (압력)	압력 높음 (High Pressure)	1. 토출측 밸브 폐쇄 (Shut-off) 2. 토출 배관 내 체크 밸브 고장 3. 하류 공정의 압력 상승	1. 배관 및 플랜지 연결부 파손 2. 펌프 케이싱 파손 및 내부 과열 3. 대량의 인화성 물질 외부 유출	1. 고압력 연동 펌프 정지(PHH Interlock) 2. 설계 압력 대비 충분한 배관 스케줄 선정
More (High)	Temperature (온도)	온도 높음 (High Temperature)	1. 마찰에 의한 베어링 과열 2. 체절 운전(Shut-off Operation)* 지속	1. 인화성 액체의 증기압 상승 및 기화 2. 발화원(Ignition Source) 제공으로 화재 발생	1. 베어링 온도 감지 장치 2. 펌프 주위 화염 감지기(FD) 및 가스 검지기(GD)
Contamination	Composition (조성)	이물질 혼입 (Impurity)	1. 상류 공정에서의 수분 또는 이물질 유입	1. 기계적 밀봉(Mechanical Seal) 마모 가속화 2. 유입된 고형물에 의한 발화 불꽃 발생	1. 흡입측 스트레이너(Strainer) 설치 2. 이중 기계적 밀봉(Double Mechanical Seal) 적용

 

* Pump 체절 운전(Shut-off Operation) 위험성에 대해서는 다음 포스팅 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1721

Pump 체절 운전(Shut-off Operation) 위험성

 

 

2. 주요 위험 통제 항목 상세

• 공운전 방지 (Dry Run Protection): 인화성 액체 취급 시 유량이 끊기면 펌프 내부 온도가 급격히 상승하여 밀봉재가 파괴된다. 이는 곧 발화원과 가연물의 동시 노출을 의미하므로, 유량 저저(FLL) 또는 액위 저저(LLL) 연동(Interlock)이 필수적이다.
• 기계적 밀봉 (Mechanical Seal): 인화성 물질의 경우 외부 누출을 원천 봉쇄하기 위해 단일 밀봉(Single Seal)보다는 이중 기계적 밀봉(Double Mechanical Seal)과 완충액(Buffer/Barrier Fluid) 시스템 적용을 권고한다.
• 수격 작용 및 진동 (Vibration): Slugging이나 급격한 밸브 조작으로 인한 Hammering은 펌프 하우징의 미세 균열을 유발할 수 있으므로 진동 모니터링이 수반되어야 한다.

 

 

원심펌프 HAZOP 추가 항목: Energy/Ignition Source

1. HAZOP Work sheet

인화성 액체를 취급하는 원심펌프에서 As Well As (부가) 가이드 단어를 사용하여 Energy/Ignition Source (에너지/점화원) 이탈을 추가한다. 이는 펌프가 단순한 이송 장치를 넘어, 오작동 시 스스로 발화원이 될 수 있는 시나리오를 검토하기 위함이다.

 

• 공정 지점(Node): 원심펌프 본체 및 구동부(Motor)
• 설계 의도(Design Intent): 방폭 구역 내 안전한 동력 전달 및 기계적 마찰 최소화

가이드 워드 (Guide Word)	공정 변수 (Parameter)	이탈 (Deviation)	원인 (Causes)	결과 (Consequences)	안전장치 (Safeguards)
As Well As	Energy / Ignition Source	외부 에너지 유입 및 점화원 형성 (Unintended Energy/Source)	1. 베어링(Bearing) 윤활유 고갈 및 파손 2. 펌프 축(Shaft)의 정렬 불량(Misalignment) 3. 임펠러와 케이싱의 기계적 접촉(Rubbing) 4. 모터 방폭 구조(Explosion Proof) 손상 및 전기적 스파크	1. 기계적 마찰열에 의한 국부적 온도 상승(Hot Spot) 2. 누출된 인화성 증기의 즉각적 발화 3. 펌프 화재 및 주변 설비로의 화재 확산	1. 베어링 및 하우징 온도 모니터링(TH) 2. 진동 감지 센서 및 고진동 연동 정지 3. 정기적인 축 정렬(Alignment) 점검 4. 펌프 외함 접지(Grounding) 및 본딩(Bonding)

 

 

2. 상세 분석 내용

① 기계적 마찰열 (Mechanical Friction)

• 원심펌프는 고속 회전체이므로 베어링이나 밀봉부(Seal Face)에서 발생하는 마찰열이 인화성 액체의 인화점(Flash Point) 또는 발화점(Auto-ignition Temperature)을 초과할 수 있다.
• Slugging이나 Hammering에 의해 축이 미세하게 휘어질 경우, 임펠러가 케이싱을 타격하며 금속성 불꽃(Spark)을 발생시킬 가능성이 존재한다.

② 정전기 에너지 (Static Electricity)

• 인화성 액체가 고속으로 흐를 때 발생하는 유동 정전기가 펌프 본체에 축적될 수 있다.
• 접지(Grounding) 불량 시 축적된 전하가 방전되면서 점화원으로 작용하므로, 전기적 연속성 확보가 필수적인 안전장치로 분류된다.

③ 전기적 점화원 (Electrical Source)

• 펌프 구동 모터의 단자함(Terminal Box) 실링 파손이나 절연 파괴로 인한 스파크는 주변에 체류할 수 있는 인화성 증기에 치명적이다.
• 방폭 등급(Ex d, Ex e 등) 준수 여부와 유지보수 이력이 주요 검토 대상이다.

 

 

3. 위험 경감 대책 (Recommendations)

• 진동 및 온도 실시간 감시: 단순한 현장 점검을 넘어 DCS(Distributed Control System)에서 베어링 온도(Tₐ)와 진동(Vz)을 실시간 감시하고, 이상 발생 시 즉시 전원을 차단하는 Interlock을 구성한다.
• 비점화 방지 부품 사용: 마찰 시 불꽃 발생이 적은 비철금속(Non-sparking alloy) 소재의 임펠러나 마모 링(Wear Ring) 채택을 검토한다.