블로어(Blower) HAZOP 사례

공정 내 벤트 가스(Vent Gas)를 처리하기 위해 설치하는 블로어(Blower)는 대기압 근처에서 작동하며 대량의 기체를 이송한다. 인화성 또는 독성 가스가 포함된 경우가 많으므로 내부 부식, 액체 유입(Liquid Carry-over), 그리고 배압(Back Pressure) 형성에 따른 누출 방지에 중점을 두어 HAZOP 워크시트(Work Sheet)를 작성한다.

 

 

 

블로어(Blower) HAZOP 사례

인화성 또는 독성 가스가 포함된 경우가 많으므로 내부 부식, 액체 유입(Liquid Carry-over), 그리고 배압(Back Pressure) 형성에 따른 누출 방지에 중점을 두어 HAZOP 워크시트(Work Sheet)를 작성한다.

 

 

HAZOP Work sheet

• 공정 지점(Node): 공정 배출 가스 헤더 ~ 블로어 ~ 후단 처리 설비(Flare Stack, RTO 등)
• 설계 의도(Design Intent): 벤트 가스를 정해진 유량(예: 2000 Nm³/hr)으로 후단 설비에 안전하게 압송

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/스트레이너 폐쇄 2. 벨트(Belt) 슬립 또는 파손 3. 전단 공정의 가스 발생량 급감	1. 블로어 과열 및 서징(Surging) 발생 2. 전단 배관 내 가스 정체 및 압력 상승 3. 산소 유입 시 폭발 범위 형성 위험	1. 저유량 연동 정지(FLL Interlock) 2. 최소 유량 재순환 라인(Bypass Line) 3. 서징 방지 제어 시스템
More (High)	Pressure (압력)	토출 압력 높음 (High Pressure)	1. 후단 처리 설비(RTO 등) 입구 밸브 폐쇄 2. 토출 배관 내 응축수 정체(Slugging) 3. 화염 방지기(Flame Arrester) 폐쇄	1. 케이싱 밀봉부(Seal) 파손 및 가스 누출 2. 모터 과부하 및 소손 3. 전단 공정으로의 배압(Back Pressure) 형성	1. 토출측 안전밸브(PSV) 또는 파열판(PSE) 2. 고압력 연동 정지(PHH Interlock) 3. 화염 방지기 차압 모니터링(PdI)
As Well As	Phase (성상)	액체 유입 (Liquid Carry-over)	1. 전단 녹아웃 드럼(K.O. Drum) 액위 조절 실패 2. 배관 내 급격한 온도 저하로 인한 응축	1. 고속 회전하는 임펠러(Impeller) 파손 2. 비정상적 진동 및 소음 발생 3. 가스 처리 효율 저하	1. 전단 녹아웃 드럼 고액위 연동(LHH Interlock) 2. 흡입 배관 보온 및 히팅(Tracing) 3. 블로어 하부 드레인(Drain) 밸브
As Well As	Energy / Ignition Source	내부 점화원 형성 (Internal Ignition)	1. 임펠러와 케이싱의 마찰(Rubbing) 2. 베어링 온도 상승 3. 정전기 방전	1. 내부 인화성 가스 폭발 및 케이싱 파열 2. 후단 설비로의 화염 전파	1. 흡/토출측 화염 방지기(Flame Arrester) 2. 케이싱 온도(THA) 및 진동 감지 3. 비불꽃 발생 소재(Non-sparking) 사용

 

 

주요 검토 항목 상세 설명

1. 서징(Surging) 현상

• 원심형 블로어에서 유량이 극도로 낮아질 때 기체가 토출측에서 흡입측으로 역류하며 진동이 발생하는 현상이다. 이는 기계적 파손의 직접적인 원인이 되므로 최소 유량 재순환(Min. Flow Recirculation) 설계가 반영되었는지 확인한다.

2. 응축물 관리 (Condensate Management)

• 벤트 가스는 수분이나 유기 용제 증기를 포함하는 경우가 많다. 배관 내에서 Slugging이 발생하여 블로어 내부로 유입되면 임펠러가 즉시 파손될 수 있다. 따라서 전단 녹아웃 드럼(K.O. Drum)의 효율과 액위 연동(LHH Interlock)이 핵심 안전장치이다.

3. 산소 농도 관리 (Oxygen Concentration)

• 진공 벤트 시스템과 연결된 경우 외부 공기(산소) 유입 가능성이 있다. 블로어 내부 마찰열이 점화원이 되어 폭발할 수 있으므로, 필요한 경우 흡입측에 산소 분석기를 설치하고 질소 퍼지(N₂ Purge) 시스템을 갖춘다.

4. 화염 방지기 (Flame Arrester)

• 인화성 가스를 처리하는 경우 블로어에서 발생한 화염이 전/후단 공정으로 전파되는 것을 막기 위해 입/출구에 화염 방지기를 설치한다. 이때 화염 방지기의 차압(PdI)을 주기적으로 확인하여 폐쇄 여부를 점검해야 한다.

 

 

정변위 방식(Root's Blower) vs. 원심식(Centrifugal Blower)

1. 작동 원리의 차이

• 정변위 방식 (Root's Blower): 두 개의 로터(Rotor)가 맞물려 회전하며 일정한 부피의 가스를 강제로 밀어내는 방식이다. 유량은 회전수에 비례하며, 저항이 커져도 유량을 유지하려는 성질이 강하다.
• 원심식 (Centrifugal Blower): 고속 회전하는 임펠러(Impeller)의 원심력을 이용해 가스의 속도 에너지를 압력 에너지로 변환한다. 저항(배압)에 따라 유량이 민감하게 변한다.

 

 

2. 방식별 주요 위험 및 이탈(Deviation) 특성

1) 압력 상승 시의 위험 (More Pressure)

• Root's Blower (위험 높음): 토출측 밸브가 차단되어도 로터는 계속 가스를 밀어넣는다. 압력이 설계 한계를 초과하여 급격히 상승하므로, 케이싱 파열이나 모터 소손 위험이 매우 크다.

       - 필수 안전장치: 토출측 안전밸브(PSV) 또는 릴리프 밸브가 반드시 본체 직후에 설치되어야 한다.

• Centrifugal Blower (상대적 낮음): 배압이 높아지면 유량이 줄어들다가 체절 압력(Shut-off Pressure)에서 더 이상 압력이 오르지 않는다. 파열 위험은 적으나 내부 과열이 발생한다.

2) 유량 저하 시의 위험 (Less Flow)

• Root's Blower: 유량이 줄어도 기계적 손상은 적으나, 내부 틈새(Clearance)를 통한 가스 누설로 인해 효율이 급감하고 온도가 상승한다.
• Centrifugal Blower (매우 위험): 유량이 일정 수준 이하로 떨어지면 서징(Surging) 현상이 발생한다. 가스가 토출측에서 흡입측으로 역류와 순류를 반복하며 격렬한 진동을 일으켜 베어링과 임펠러를 파괴한다.

       - 필수 안전장치: 최소 유량 유지 시스템(Anti-surge Control)이 중요하다.

3) 이물질 및 액체 유입 (Contamination)

• Root's Blower: 로터 사이의 간격이 매우 정밀하므로, 작은 고형물이나 액체 덩어리(Slug)가 유입되면 로터가 즉시 고착되거나 축이 휘어지는 치명적 손상을 입는다.
• Centrifugal Blower: 임펠러 날개에 액체가 부딪혀 물리적 타격을 주지만, 정변위 방식에 비해서는 미세한 이물질에 대한 저항력이 상대적으로 높다. (단, 고속 회전체이므로 장기적으로는 불평형 진동 유발)

 

 

3. HAZOP 워크시트 작성을 위한 비교 요약

검토 항목	정변위 방식 (Root's)	원심식 (Centrifugal)
압력 이탈	과압에 의한 파열 위험 위주 분석	과열 및 서징 위험 위주 분석
핵심 안전장치	안전밸브(PSV), 과부하 차단	서징 방지 제어, 온도 연동
운전 범위	저유량에서도 일정한 압송 가능	유량 변동 시 서징 발생 구간 확인 필수
진동 원인	주로 로터 마찰 및 기어 결함	주로 서징(Surging) 및 임펠러 불평형

 

4. 결론 및 제언

인화성 가스를 처리할 때, Root's Blower는 과압에 의한 누출 방지에 집중해야 하며, Centrifugal Blower는 불안정 운전 영역(Surging)에 진입하여 기계적 마찰(점화원)이 발생하는 것을 막는 데 집중해야 한다.