Diaphragm pump HAZOP

에어 구동식 다이어프램 펌프(AODD, Air Operated Double Diaphragm Pump)의 주요 위험 요소와 그에 따른 안전 대책을 공정 위험성 분석(HAZOP, Hazard and Operability Study)을 실시한 내용을 공유하고자 한다.

 

 

 

Diaphragm pump HAZOP

다이어프램 펌프는 왕복동 방식의 용적식 펌프로서 토출측 폐쇄 시 압력 급상승 및 다이어프램 파손에 따른 누출 위험을 중점적으로 검토한다.

 

 

다이어프램 펌프 주요 위험 요소

1. 기계적 위험성 (Mechanical Hazards)

1) 과압에 의한 파손 (Overpressure)

• 위험: 토출측 배관이 폐쇄(Block-in)된 상태에서 구동 에어가 계속 공급될 경우, 펌프 케이싱 내부 압력이 설계 압력을 초과하여 파손될 수 있다.
• 대책: 구동 에어 공급 라인에 압력 조절기(Regulator)를 설치하여 최대 토출 압력을 제한하거나, 토출 배관에 안전밸브(PSV)를 설치한다.

2) 맥동 및 진동 (Pulsation & Vibration)

• 위험: 왕복동 동작 특성상 발생하는 강한 맥동이 배관 연결부의 피로 파괴를 유발하여 누출 사고로 이어진다.
• 대책: 펌프 토출단에 맥동 방지 장치(Pulsation Dampener)를 설치하고, 유연한 연결 호스(Flexible Hose)를 사용하여 진동 전달을 차단한다.

2. 다이어프램 파손에 따른 누출 위험 (Diaphragm Failure)

1) 공정 유체의 대기 방출 (Exhaust Leakage)

• 위험: 다이어프램 파손 시 공정 유체가 구동 에어실로 유입되어, 에어 배기구(Exhaust Port/Muffler)를 통해 외부로 분출된다. 가연성 또는 독성 물질일 경우 화재나 중독 사고의 직접적인 원인이 된다.
• 대책: 배기구에 포집 배관을 연결하여 세정탑(Scrubber)이나 안전한 장소로 유도하고, 배기 라인에 액체 감지기(Liquid Leak Sensor)를 설치한다.

2) 공정 유체와 구동 에어의 혼합

• 위험: 공기에 민감한 유체(산화성 물질 등)의 경우, 파손 부위를 통해 유입된 에어와 반응하여 이상 발열이나 중합 반응을 일으킬 수 있다.
• 대책: 이중 다이어프램(Double Diaphragm) 구조를 채택하고 중간실(Barrier Chamber)의 압력 변화를 감지하여 인터록(Interlock)을 구성한다.

 

 

3. 정전기 및 화재 위험 (Electrostatic & Fire Hazards)

1) 정전기 축적

• 위험: 비전도성 재질(PP, PVDF 등)의 펌프를 사용하여 인화성 액체를 이송할 경우, 흐름 정전기에 의해 스파크가 발생하여 화재가 발생할 수 있다.
• 대책: 인화성 물질 취급 시 전도성 재질(알루미늄, 스테인리스강, 전도성 플라스틱) 펌프를 사용하고, 반드시 접지(Earthing)를 실시한다.

2) 공이송(Dry Running)에 의한 과열

• 위험: 유체가 없는 상태에서 장시간 고속 왕복 운동 시 마찰열이 발생하여 다이어프램 및 실(Seal) 부위가 손상된다.
• 대책: 공이송 방지 장치(Dry-run Protection)를 설치하거나 정기적인 점검 주기를 준수한다.

4. 운전 및 유지보수 위험 (Operational Hazards)

1) 결빙 현상 (Icing)

• 위험: 구동 에어의 급격한 단열 팽창으로 배기 부위의 온도가 급격히 낮아져 결빙이 발생한다. 이로 인해 배기구가 막히면 펌프 동작이 멈추거나 내부 압력이 불안정해진다.
• 대책: 에어 공급 라인에 에어 드라이어(Air Dryer)를 설치하여 수분을 제거하거나, 결빙 방지용 소음기를 사용한다.

2) 유지보수 시 잔류 압력

• 위험: 펌프 정지 후에도 케이싱 및 배관 내에 잔류 압력과 유체가 남아 있어, 분해 작업 중 유체가 분출되어 작업자가 부상을 입을 수 있다.
• 대책: 작업 전 LOTO(Lock-Out, Tag-Out) 절차를 준수하고, 드레인 밸브를 통해 내부 압력과 유체를 완전히 제거한다.

 

 

HAZOP 분석 결과 (예시)

이탈 (Deviation)	원인 (Causes)	결과 (Consequences)	안전장치 (Safeguards)
유량 없음 (No Flow)	1. 흡입측 밸브 오조작 및 폐쇄 2. 다이어프램 파손 3. 체크 밸브 고착(Stuck)	1. 공정 중단 및 하류 공정 트러블 2. 구동부 내부로 공정 유입 및 오염	1. 저유량(Lo) 알람 및 펌프 정지 인터록(Interlock) 2. 다이어프램 파손 감지기(Leak Detector)
유량 적음 (Less Flow)	1. 스트레이너(Strainer) 막힘 2. 다이어프램 부분 손상 3. 흡입측 NPSH 부족(Cavitation)	1. 생산 효율 저하 2. 펌프 진동 및 소음 발생에 따른 기계적 손상	1. 스트레이너 전후단 차압계(PdI) 2. 정기적인 다이어프램 교체 주기 수립
압력 높음 (More Pressure)	1. 토출측 밸브 폐쇄 후 가동 2. 토출 배관 폐쇄(Block-in)	1. 배관 및 펌프 케이싱 파손 2. 유체 누출 및 화재/폭발(위험물인 경우)	1. 토출측 안전밸브(PSV) 설치 2. 고압력(Hi) 인터록에 의한 구동원 차단
압력 낮음 (Less Pressure)	1. 토출 배관 파손 및 누출 2. 다이어프램 파손에 따른 압력 전달 불가	1. 가연성/독성 물질 외부 유출 2. 환경 오염 및 인적 피해	1. 압력계(PI) 및 저압 알람 2. 방유제(Dike) 및 누출 감지기 설치
성분 변화 (Other than Composition)	1. 다이어프램 파손으로 인한 구동 에어(Compressed Air) 유입 2. 에어에 포함된 미량의 수분 또는 윤활 오일 혼입	1. 공정 유체의 산화(공기 접촉) 및 물성 변화 2. 유체 내 기포(Air Pocket) 발생으로 인한 하류 공정 오동작 3. 수분 반응성 물질의 경우 과열 및 압력 상승	1. 이중 다이어프램(Double Diaphragm) 및 중간실(Barrier Chamber) 감시 2. 구동 에어 라인 내 고효율 필터 및 유분 제거기(Oil Mist Separator) 설치

 

 

 

주요 안전 대책 상세 검토

1. 과압 보호 (Overpressure Protection)

• 용적식 펌프는 토출측이 차단된 상태에서 운전될 경우 압력이 이론상 무한대로 상승한다. 따라서 토출측 밸브 전단에 안전밸브(PSV)를 설치하고, 배출된 유체는 흡입측 탱크나 안전한 장소로 회수(Recycle)되도록 구성한다.

2. 누출 방지 및 감지 (Leak Detection)

• 다이어프램 파손 시 유체가 외부로 유출되거나 구동부로 혼입되는 것을 방지하기 위해 이중 다이어프램(Double Diaphragm) 구조를 채택한다. 두 다이어프램 사이의 공간에 압력 스위치나 액위 감지기를 설치하여 파손 즉시 펌프를 정지시킨다.

3. 맥동 방지 (Pulsation Dampening)

• 왕복동 특성상 발생하는 맥동(Pulsation)은 배관 피로 파괴의 원인이 된다. 토출단에 맥동 방지 장치(Pulsation Dampener)를 설치하여 진동에 의한 물리적 손상을 최소화한다.

 

맥동 방지 장치(Pulsation Dampener)에 대한 세부적인 내용은 다음 포스팅 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1861

맥동 방지 장치(Pulsation Dampener)