필요환기량 계산 사례

산업안전보건기준에 관한 규칙 제430조에서 사업주는 단일 성분의 유기화합물이 발생하는 작업장에 전체환기장치를 설치하려는 경우에는 법 등에서 규정된 계산식에 따라 계산한 필요환기량 이상으로 설치하여야 한다고 되어 있고 그 이론에 대해서는 이미 살펴보았다.

금번에는 그 계산 사례에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

필요환기량 계산 사례

 

유해화학물질로 부터 건강을 보호하기 위한 필요환기량을 구하는 식과 인화성물질로 인한 화재·폭발을 방지하기 위한 필요환기량을 구하는 식은 다음과 같이 유사하다.

 

Q : 필요환기량(㎥/h) S : 유해물질의 비중 G : 유해물질의 시간당 사용량(L/h) K= 안전계수(혼합계수)로써 K=1: 작업장내 공기혼합이 원활한 경우 K=2: 작업장내 공기혼합이 보통인 경우 K=3: 작업장내 공기혼합이 불완전인 경우 M : 유해물질의 분자량(g) TLV : 유해물질의 노출기준(ppm) LEL : 폭발하한치(%) B : 온도에 따른 상수 (121C이하: 1, 121C초과: 0.7) Sf : 안전계수 (연속공정:4, 회분식 공정: 10∼12)

 

이에 대해서는 기 포스팅한 다음 링크 자료를 참조.

https://sec-9070.tistory.com/283

전체환기장치 필요환기량 산정

 

계산식은 유사하나 사용하는 인자들의 사용 단위에 유의하여야 하는데 그 차이점은 다음과 같다.

- 건강보호를 위한 희석식 환기량에서는 TLV ppm을 사용하고 방폭을 위한 환기량에서는 LEL은 %를 사용

- 희석식 환기량의 안전계수(혼합계수) K는 작업장내 공기혼합의 정도에 의해 결정되는 인자(K=1~3)이고

  방폭을 위한 환기량의 안전계수 sf 와 온도에 따른 상수 B는 LEL을 보정하는 개념의 무차원 상수이다.

 . 안전계수 sf는 안전조건을 유지하기 위해 LEL의 몇 % 정도로 휘발성물질 농도를 유지할 것인가에 달려있어, 완전 밀폐되어 환기가 계속되는 곳은 LEL의 25%를 유지하는 것이 안전하므로 sf = 4 가 되고, 밀폐가 어려운 회분식(Batch)과 같은 불량한 조건은 그 정도에 따라 결정되는 인자로서 그 범위는 (sf = 10~12)이다.

 . 온도에 따른 상수 B는 LEL이 온도에 따라 변화하는 것을 보정하는 인자로서 121 ℃ 이하인 경우는 B=1, 121 ℃를 초과하는 경우는 0.7을 적용한다.

 

 

사례 예시

 

건강 유해성과 화재폭발의 인화성을 동시에 살펴보기 위해 독성과 인화성을 함께 지닌 화학물질을 대상으로 하기 위해 MEK를 선정하였다.

 

어떤 공장의 작업장 내에 설치되어 있는 회분식 반응기에서 용제인 MEK를 다음 조건으로 사용할 때 이 작업장을 허용기준 이하로 희석시키기 위한 필요한 환기량과 화재 폭발 방지를 위한 필요환기량은 각각 얼마인가?

작업장 내 환기는 불량하다는 보수적인 조건으로 가정하여 계산하라.

 

MEK 물성 및 유해성 정보

- MW : 72.11

- 비중(SP Gr.) : 0.805 (20℃/4℃)

- TLV : º TWA : 200ppm(590mg/m3)  º STEL : 300ppm(885mg/m3) 

- 폭발하한값(LEL) ; 1.8%

 

운전 및 작업장 조건

- 시간 당 사용량(G) : 2 L/h → (사용하는 물질 모두 증발한다고 가정)

- 회분식 반응기 운전 온도 : 60 ℃

- 작업장내 공기혼합이 불완전인 경우의 안전계수(혼합계수) (K) : 3

- 환기가 부적절한 회분식 반응기의 안전계수 (sf) : 12

- 온도에 따른 상수 (121 ℃ 이하) (B) : 1

 

● 희석환기 실시 사례(건강보호를 위한 전체환기량)

 

필요환기량 계산식 

 

 

Q : 필요환기량(㎥/h)
S : 유해물질의 비중
G : 유해물질의 시간당 사용량(L/h)
K= 안전계수(혼합계수)로써
   K=1: 작업장내 공기혼합이 원활한 경우 K=2: 작업장내 공기혼합이 보통인 경우 K=3: 작업장내 공기혼합이 불완전인 경우
M : 유해물질의 분자량(g)
TLV : 유해물질의 노출기준(ppm)

 

필요환기량 Q = (24.1*0.805*2*3*10^6)/(72.11*200)

                   = 8,071 (㎥/h)

 

 

● 화재 폭발 방지를 위한 환기량 계산

 

필요환기량 계산식 

 

 

Q : 필요환기량(㎥/h)

S : 유해물질의 비중

G : 유해물질의 시간당 사용량(L/h)

M : 유해물질의 분자량(g)

LEL : 폭발하한치(%)

B : 온도에 따른 상수 (121C이하: 1, 121C초과: 0.7) 

sf : 안전계수 (연속공정:4, 회분식 공정: 10∼12)

 

필요환기량 Q = (24.1*0.805*2*12*100)/(72.11*1.8*1)

                   = 358 (㎥/h)

 

상기 사례에 대한 결과로서 건강 유해성을 위한 희석 필요환기량이 화재 폭발 예방을 위한 필요환기량보다 많은 량의 환기가 필요하다는 것을 알 수 있었다.

그러나 이 것은 일반적인 것이 아니고 물질의 특성에 따라 달라질 것인 바 그때 그때 상황에 맞추어 환기량 계산을 하여 설계에 반영할 필요가 있다.