소각설비(RTO) 안전 및 방호장치

인화성 폐가스 소각설비(RTO)는 설비관리, 보전활동 수준 등 관리 소홀과 운전 실수, 설부 보수 중 내부 체류 인화성 가스에 인한 화재·폭발 우려가 커서 안전 및 방호장치를 설치해야 한다.

 

 

소각설비(RTO) 안전 및 방호장치

 

RTO 일반적 구성도

다음의 구성도에서 보다시피 소각설비 본체, VOC 배출 배관(또는 덕트), 배기 팬(Exhaust fan), 비상배출장치(Emergency vent/damper), 연료배관의 긴급차단밸브(Shut off valve), 계측 및 경보장치, 자동제어밸브(Auto control valve), 연료 공급설비, 연료 연소장치(Burner), 굴뚝(Stack) 등으로 구성되어 있다.

 

<그림 1> RTO 일반적 구성도

 

 

소각설비(RTO) 안전 및 방호장치

다음 그림은 RTO 안전·방호장치가 설치되어 있는 RTO P&ID 예시이다.

 

<그림 2> RTO 관련 안전장치 설치 도면

 

 

폭발 시를 대비한 압력방출장치 설치

○ 소각설비 및 배관(또는 덕트)에서 폭발이 발생할 때를 대비한 완화 대책으로 다음과 같은 위치에 파열판 등의 압력방출장치를 설치

- 소각설비의 VOC 인입배관

- 소각설비 인입 배관의 비상 배출 배관과 흡착탑 등의 배기 처리장치 사이

- 비정상 조건에서 가스농도가 높아 폭발의 우려가 있는 배관 등

※ 파열판 등의 압력방출장치의 설정압력과 크기는 보호하고자 하는 설비의 설계압력과 배출해 야 하는 양을 고려, 안전보건규칙 제261조(안전밸브 등의 설치) 내지 제267조의 7(배출물질의 처리)까지의 규정과 KOSHA GUIDE (안전밸브 설계 및 설치 등에 관한 기술지침) 및 KOSHA GUIDE (파열판의 크기 산정 및 설치 등에 관한 기술지침)을 참조하여 설정

○ 파열판 등의 압력방출장치 전․후단에 차단밸브 설치를 금지하고, 압력방출장치의 후단 배관은 안전한 지역으로 연장

 

 

폭발방산구(Explosion-relief vent) 설치

○ 인화성 액체, 증기 또는 가스를 포함하는 소각설비의 연소실에는 폭발방산구를 설치해야 하고, 폭발방산구의 위치는 작동 시 다른 위험을 일으키지 않는 곳이어야 한다. 다만 다음의 경우에는 폭발방산구를 설치하지 아니할 수 있음

- VOC 등의 유입량 및 보조연료의 양이 적은 RTO, RCO 및 CTO 설비

- 내열을 위해 내화재 또는 단열재를 지지하는 철골빔과 보강지주로 보강된 4.8 mm 이상의 강판으로 동체 구조를 갖는 소각설비

○ 폭발방산구의 크기는 연소실 내용적 1 m3 당 0.22 m2(15 ft3 당 1 ft2) 의 비율 이상이 되도록 설치

○ 폭발방산구의 작동압력은 소각설비의 설계압력을 초과하지 않는 압력에서 작동해야 함

○ 길이가 긴 장방형 소각설비의 경우 전체 길이에 따라 적절한 위치에 폭발방산구를 설치 및 폭발방산구 사이의 최대 간격은 소각설비의 최소 내경(폭 또는 높이)의 5배 초과 금지

 

 

화염방지기(Flame arrester) 설치

○ 소각설비의 본체에 VOC 등을 공급하는 배관(또는 덕트)에는 화염이 역화되지 않도록 화염방지기를 설치하여야 하며,

- 주배관(또는 덕트)과 연결되는 가지관은 가능한 한 구획되도록 가지관마다 화염방지기를 설치한다. 다만, 소각설비에 투입되는 VOC 등이 어떤 경우에도 폭발하한계 (Vol %)의 25 %에 도달하지 않도록 별도의 조치를 한 경우에는 화염방지기를 생략할 수 있음

○ 배관에 설치하는 화염방지기는 폭연 또는 폭굉에 대해서도 화염방지 기능을 갖는 것을 사용하거나 또는 폭발압력을 사전에 배출하기 위한 파열판 등의 압력방출장치를 설치하는 등의 방법으로 화염방지기의 기능이 상실되지 않도록 하여야 함

○ 수봉식 화염방지기는 인입배관 등의 전체의 압력손실을 고려하여 채우는 물높이를 설정하여야 하고, 결빙의 우려가 있는 경우에는 동결방지조치를 해야 함

- 또한 내부의 유체 높이를 확인하기 위한 액면계 또는 투시창(Sight glass)을 설치하고, 물 등을 보충하기 위한 장치와 배출하기 위한 밸브를 설치하여야 함

 

 

인화성 가스농도 감지장치 설치

○ 소각설비 입구에 인화성 가스(또는 증기) 농도를 감시하기 위한 농도 감지장치를 설치하여 가스 농도가 폭발하한계(Vol %)의 25 % 이하가 되도록 희석공기 또는 불활성가스 주입시설을 설치하는 등의 조치를 하여야 하며

- 다만, 소각설비에 투입되는 VOC 등이 어떤 경우에도 폭발하한계(Vol %)의 25 %에 도달하지 않도록 별도의 조치를 한 경우에는 가스농도감지장치의 생략 가능

○ 가스 농도가 폭발하한계(Vol %)의 25%에 도달할 경우에는 경보장치가 작동되어야 하며, 폭발하한계(Vol %)의 50%를 초과하기 전에 소각설비의 가동이 정지 후 소각설비의 연소실 내로 VOC 등의 물질이 유입되지 않도록 비상배출장치가 작동되어야 함

○ 가스농도감지장치는 주기적으로 점검하여 성능을 유지하여야 함

○ 연소실내에서 환기율이 폭발하한계(Vol %)의 25%～50% 사이에 도달하도록 설계한 경우에는 연속적으로 증기농도를 감시 및 제어하는 연속형 증기농도 상한제어장치 (Continuous vapor concentration high limit controller)를 설치하여야 하고,

- 동 장치는 증기농도가 폭발하한계(Vol%)의 50 %를 초과하기 전에 경보를 발하여야 하고, 경보 작동 시 소각설비의 운전이 정지되고 소각설비 내로 VOC 등의 물질이 유입되지 않도록 비상배출장치가 작동되어야 함

 

 

화염감지기(Flame detector) 설치

○ 모든 버너의 불꽃은 화염감지기(Flame detector, Flame eye or Flame sensor)에 의해 감시되고, 버너 불꽃이 꺼질 경우 즉시 감지하여 버너가 정지되도록 연동하여야 함

- 다만, 연소실 내의 온도가 760 ℃ 미만으로 떨어질 우려가 없는 소각설비인 경우에는 그러하지 아니함

○ 연소실 내의 정상 운전온도가 760 ℃ 이상인 경우 화염감지기와 버너가 연동되지 않아도 되나, 연소실 내의 온도가 760 ℃ 미만으로 떨어지는 경우 화염감지기가 버너와 연동되어야 함

○ 연소실 내의 온도가 760 ℃ 이하인 경우 버너가 작동되지 않도록 연동된 소각설비인 경우에는 화염감지기를 미 설치 가능

○ 모든 버너(보조 버너 포함)의 불꽃은 독립적으로 감시되어야 하나, 다음의 경우에는 1개의 화염감지기로 동시에 감시할 수 있음

- 주 버너(Main burner)가 꺼진 경우 점화되고, 주 버너가 가동 중일 경우에는 자동으로 꺼지는 간섭형 보조 버너(Interrupted pilot burner)가 사용되는 경우 1개의 화염감지기로 주 버너와 파일럿 버너의 감시 가능

- 자동점화 버너(Self-piloted burner)들을 사용하는 경우 1개의 화염감지기로 감시 가능

○ 화염감지기 중 자외선을 감지하는 UV(Ultraviolet) 감지기는 가스버너에는 적합하나 석유류 연소의 경우 미량의 자외선을 방출하기 때문에 비록 화염이 존재하더라도 불꽃을 감지하지 못하는 경우가 발생될 수 있기 때문에 석유류 버너에는 적합하지 않음

○ 석유류 버너 또는 가스와 석유류를 모두 사용하는 버너에는 적외선을 감지 IR(Infrared) 감지기 또는 UV/IR 조합형 감지기를 사용하는 것이 효율적임

○ UV 감지기는 열에 매우 약하기 때문에 계장용 공기를 순환하여 냉각시켜 소각설비 내부 열에 의한 손상이 없도록 해야 하며, 계장용 공기가 공급 중단될 경우에는 UV 감지기를 제거하여 고온에 노출되지 않도록 해야 함

 

Reference : 소각설비(RTO) 화재·폭발 예방 매뉴얼