감압 증류 HAZOP

회분식 반응기(Batch Reactor)에서의 감압 증류(Vacuum Distillation) 공정은 고온 열분해 방지 및 저온 비점을 유도하기 위해 수행한다.

 

 

 

감압 증류 HAZOP

HAZOP(Hazard and Operability Study) 방법론을 적용하여 이탈(Deviation)과 위험 요인 해소 방안은 다음과 같다.

 

주요 이탈(Deviation) 분석 및 해소 방안

회분식 공정 특성상 시간에 따른 조건 변화가 크므로, 압력과 온도 제어가 핵심이다.

1, 압력 상승 (High Pressure)

• 원인: 진공 펌프(Vacuum Pump) 고장, 시스템 기밀(Leaking) 불량, 비응축 가스 다량 발생, 냉각수 중단으로 인한 응축 불량.
• 결과: 끓는점(Boiling Point) 상승으로 인한 반응액 열분해, 폭주 반응(Runaway Reaction) 유발, 증류 효율 저하.
• 안전장치: 압력 전송기(PT) 고압 알람, 진공 펌프 예비기 설치, 긴급 냉각 시스템, 파열판(Rupture Disk) 또는 안전 밸브(PSV).

2. 온도 상승 (High Temperature)

• 원인: 가열 매체(Steam, Hot Oil) 조절 밸브(TV) 고장, 교반기(Agitator) 정지로 인한 국부 과열, 압력 상승에 따른 비점 상승.
• 결과: 부반응 발생, 압력 급증으로 인한 반응기 파손 위험.
• 안전장치: 온도 전송기(TT) 고온 차단 시스템(Interlock), 가열원 긴급 차단 밸브(XV), 교반기 연동 시스템.

 

 

공정 이탈 시나리오 요약 (HAZOP Work Sheet)

이탈 (Deviation)	원인 (Causes)	결과 (Consequences)	안전장치 (Safeguards)
Pressure High	진공 펌프 정지, 냉각수 중단, 시스템 리크(Leak)	비점 상승으로 인한 증류 중단, 과압 위험	압력 알람(PAH), PSV, 비상 배기
Pressure Low	진공 조절기 고장, 과도한 진공 형성	급격한 비등(Bumping), 비말 동반(Entrainment)	압력 조절 루프(PIC), 진공 브레이커
Level Low	과잉 증류, 하부 배출 밸브 누설	재가열 면 노출로 인한 과열	하부 액위 알람(LAH), 가열 차단 인터록
As Well As (Time)	증류 시간 지연 (가열 부족)	생산성 저하, 열 이력 누적으로 품질 저하	공정 타이머 모니터링
Temp High	가열 매체 밸브(TV) 개방 고장, 교반 정지로 인한 국부 과열, 비점 상승(압력 증가)	제품 열분해, 탄화, 폭주 반응 및 반응기 파열	고온 차단 인터록(TSH), 긴급 냉각(Quenching), 교반기 연동
Temp Low	가열원(Steam) 공급 중단, 진공 과다(비점 급강하), 외기 온도 영향	배관 폐쇄(Plugging), 교반기 과부하, 증류 효율 저하	저온 알람(TAL), 가열 루프 연동, 트레이싱(Tracing)

 

 

 

위험 요인 해소 및 운전 안전 대책

1. 돌끓음 (Bumping) 및 급격한 기화

• 위험: 감압 초기나 가열 초기, 액체 내부의 대류가 원활하지 않을 때 특정 지점에서 폭발적으로 기화가 일어난다.
• 결과: 반응기 내부 압력의 순간적 폭승(Pressure Spike), 액체의 상부 라인 역류, 응축기 과부하.
• 해소 방안: 교반(Agitation)을 상시 유지하여 온도 분포를 균일하게 한다. 압력 조절기(PIC)에 감압 구배(Vacuum Ramp Rate)를 설정하여 1분당 감압폭을 제한한다.

2. 정전기 방전 (Electrostatic Discharge)

• 위험: 감압 상태에서는 공기 밀도가 낮아 방전 전압이 낮아지며, 비전도성 액체가 고속 기화할 때 정전기가 발생하여 내부 화재/폭발의 점화원이 될 수 있다.
• 해소 방안: 반응기 및 배관의 모든 플랜지에 접지 및 본딩(Earthing & Bonding)을 철저히 한다. 액체 내부로 질소(N₂)를 미세하게 불어넣는 스파징(Sparging)을 통해 전하 축적을 방지한다.

3. 외부 공기 유입 (Air Inleakage)

• 위험: 감압 상태에서 미세한 틈으로 산소(O₂)가 유입되면 가연성 증기와 혼합되어 폭발성 분위기를 형성한다.
• 해소 방안: 운전 전 진공 유지 테스트(Vacuum Leak Test)를 필수적으로 수행한다. 산소 농도 분석기(AE)를 후단에 설치하여 기준치 초과 시 시스템을 긴급 차단한다.

4. 응축기 냉각 용량 초과 (Condenser Overload)

• 위험: 감압 증류는 증기의 비체적(Specific Volume)이 매우 크다. 소량의 액체만 증발해도 막대한 양의 증기가 발생한다.
• 결과: 응축기가 모든 증기를 액화시키지 못해 진공 라인으로 증기가 유입되고, 진공 펌프가 파손되거나 배기구로 유해 물질이 방출된다.
• 해소 방안: 열수지 계산을 통해 가열량(Qᵢₙ)과 응축 용량(Q_out)을 연동한다. 가열 매체 밸브를 응축기 후단 온도(T_cond)와 인터록(Interlock) 설정한다.

 

 

운전 중 간과하기 쉬운 위험: 진공 해제 (Vacuum Breaking)

증류 종료 후 압력을 복구할 때 발생하는 위험이다.

• 산소 유입: 상온의 공기를 그대로 흡입할 경우 가연성 증기와 만나 폭발성 혼합기(Lower Explosive Limit, LEL)를 형성한다.
• 방안: 진공 해제 시 반드시 질소(N₂)를 사용하며, 도입 속도를 조절하여 급격한 압력 변화에 의한 설비 충격(Shock)을 방지한다.