수봉식 진공펌프 HAZOP

수봉식 진공펌프(Liquid Ring Vacuum Pump)는 밀봉액(Sealing Liquid)을 이용하여 진공을 형성하므로, 밀봉액의 유량, 온도, 성분 변화가 공정 안전의 핵심 변수가 된다. 특히 톨루엔과 THF를 취급하는 농축 공정에서는 용매가 밀봉액에 용해되어 발생하는 위험성을 중점적으로 다루어야 한다.

 

 

 

수봉식 진공펌프 HAZOP

수봉식 진공펌프 HAZOP 분석 Worksheet

이탈 (Deviations)	원인 (Causes)	결과 (Consequences)	안전장치 (Safeguards)	개선권고사항 (Recommendations)
낮은 유량 (Less Flow) - 밀봉액	1. 밀봉액 공급 펌프 고장 2. 공급 배관 스트레이너(Strainer) 막힘	1. 수봉(Liquid Ring) 형성 불능으로 진공 파기 2. 임펠러와 케이싱 간 마찰로 인한 점화원 발생	1. 밀봉액 저유량/저압 알람(FAL/PAL) 2. 펌프 연동 차단(Interlock)	1. 밀봉액 상실 시 펌프를 즉시 정지시키는 하드웨어 인터록 구성
높은 온도 (More Temperature) - 밀봉액	1. 밀봉액 냉각용 열교환기 성능 저하 2. 가스 압축열 축적	1. 밀봉액의 증기압 상승으로 도달 진공도 저하 2. 흡입된 THF/톨루엔의 증발량 증가로 배기측 폭발 위험 상승	1. 밀봉액 온도 고알람(TAH) 2. 냉각수 공급 밸브 자동 제어	1. 농축 효율 유지를 위해 밀봉액 온도를 25°C 이하로 관리하는 로직 검토
성분 변화 (Other) - 용매 혼입	1. 콘덴서 응축 효율 저하로 인한 대량 유입 2. 밀봉액 재순환에 따른 용매 농도 축적	1. 밀봉액의 인화점 하강 및 유증기 발생량 증가 2. 수봉식 펌프 배기구에서의 화재 위험 급증	1. 밀봉액 주기적 교체(Purge & Fill) 2. 배기 라인 가스 검지기	1. 밀봉액 탱크에 질소(N₂) 블랭킷을 설치하여 내부 산소 농도 제어
높은 압력 (More Pressure) - 배기측	1. 배기 라인 화염방지기(Flame Arrester) 폐쇄 2. 후단 세정탑(Scrubber) 압력 상승	1. 펌프 배압(Back Pressure) 상승으로 인한 기계적 손상 2. 반응기 방향으로 유증기 역류	1. 배기 라인 압력계 및 파열판 2. 화염방지기 차압 모니터링	1. 화염방지기의 정기적인 세척 및 성능 검사 주기 설정
역류 (Reverse Flow)	1. 펌프 갑작스러운 정지 및 체크밸브 고장	1. 밀봉액(물 등)이 반응기 내부로 역류하여 반응물 오염	1. 흡입측 자동 차단 밸브(XV) 2. 진공 파괴용 질소 밸브 연동	1. 펌프 정지 시 반응기 보호를 위한 비상 질소 주입 및 흡입 라인 차단 연동 확인

 

 

주요 위험 분석 및 기술적 근거

1. 수봉(Liquid Ring) 상실과 기계적 점화원 (KOSHA Guide E-180-2023)

수봉식 펌프는 밀봉액이 윤활 및 냉각 역할을 겸한다. 밀봉액이 사라지면 고속 회전하는 임펠러가 케이싱과 접촉하여 마찰 불꽃(Spark)을 발생시킬 수 있다.

• 조치: 펌프 가동 전 밀봉액 유입이 확인되어야만 모터가 가동되도록 시퀀스(Sequence)를 구성해야 한다.

2. 용매 용해에 따른 배기 위험 (KOSHA Guide P-107-2020)

THF는 물에 대한 용해도가 매우 높다. 밀봉액에 THF가 과도하게 녹아들면 배기 가스뿐만 아니라 밀봉액 탱크 주변에서도 폭발성 분위기가 형성된다.

• 수치 표기: THF의 연소 하한계(LFL)는 2.0%이다. 밀봉액 온도가 상승하면 배기 가스 내 THF 농도는 쉽게 이 수치를 초과할 수 있다.

 

 

3. 화염 방지기(Flame Arrester)의 설치 (KOSHA Guide D-35-2012)

수봉식 펌프 배기 라인은 인화성 가스의 방출원이므로, 외부 점화원(낙뢰, 인근 화기 등)으로부터 내부를 보호하기 위해 반드시 폭발 등급(톨루엔/THF: IIA)에 적합한 화염 방지기를 설치해야 한다.

4. 밀봉액의 선택 (추가 제언)

현재 밀봉액으로 물(Water)을 사용 중이라면 THF 회수 효율이 낮을 것으로 추측된다.

• 대책: 공정 용매인 톨루엔을 밀봉액으로 사용하는 폐쇄 루프(Closed-loop) 시스템을 고려할 수 있으나, 이 경우 냉각 부하가 더욱 커지므로 열교환기 설계치를 재검토해야 한다.

 

 

출처 및 참고 자료:

KOSHA Guide P-135-2023: 공정위험성평가 기법에 관한 지침 (HAZOP)

KOSHA Guide E-180-2023: 가스 및 증기 폭발위험장소의 설정에 관한 기술지침

API Standard 681: Liquid Ring Compressors and Vacuum Pumps for Process Use

KOSHA Guide D-45-2020: 정전기 재해예방에 관한 기술지침