반응기 설계

특수반응설비(Special Reaction Installation)란 반응기나 이와 유사한 설비로서 현저한 발열반응 또는 부차적으로 발생하는 2차 반응에 의하여 폭발 등의 재해가 발생할 가능성이 있는 큰 반응설비를 말한다.

 

 

 

반응기 설계

회분식 반응기 및 이상반응방지 안전장치에 대해서는 기 포스팅한 다음 링크자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/123

회분식 반응기의 안전장치

 

 

 

▶ 반응기에는 온도, 압력, 유량, 액위 등의 공정변수를 감시하는 장치를 설치하고 계측결과를 자동 기록해야 한다.

▶ 발열반응인 경우 폭주반응 등의 이상반응에 대해 원격조작 또는 자동제어가 가능하고, 다음과 같은 방법중 최소한 2가지 이상이 제어되어야 한다.

(1) 원재료의 공급차단

(2) 냉각용수 또는 반응억지제 공급

(3) 불활성 가스 투입

(4) 내용물의 긴급방출

 

[참고] 이상반응 위험요인
1. 반응열 제어에 대한 능력 부족(냉각장치의 스케일이나 녹 생성, 냉각용수의 공급 불량 등)
2. 촉매농도 부적합
3. 이물질의 혼합(화학반응에 의해 생긴 탄화물, 금속산화물 등의 부산물 혼입, 장치 세정약액, 세정수 등)
4. 원재료의 주입량, 주입속도, 투입순서의 부적합 등

 

 

▶ 압력이 발생되는 모든 반응기에는 적합한 안전릴리프밸브나 파열판을 설치해야 한다.

▶ 반응기가 진공에 견디도록 설계되지 않은 경우, 진공차단기를 설치하거나 저압경보기와 기타 자동제어 대책을 수립해야 한다.

▶ 반응기 내용물이 원료공급배관으로 역류해서는 안된다.

▶ 반응기에 연소범위내의 인화성 증기-공기 혼합물이 형성될 경우, 산소검지와 불활성화 대책을 마련해야 한다.

 

[참고1] 불활성 가스의 이용
1. 시동시 및 운전정지시 질소가스 등을 이용한 퍼지
2. 운전중에도 연소범위내에 들어갈 위험이 있으면 연속적인 질소가스 등의 퍼지
3. 감압상태의 반응기, 증류탑의 운전정지시 상압상태로 환원시킬 경우

 

[참고2] 질소가스 퍼지의 경우, 설비내의 산소농도를 5 % 이하로 유지하면 대부분 연소되지 않음

 

 

▶ 반응기의 교반이 정지되어 국소가열, 미반응물질 집적, 원치 않는 부반응이 생성되는 것을 방지하기 위해 교반이 정지되면 경보를 발하고 원료공급을 자동 차단해야 한다.

▶ 냉각장치(냉각수 펌프)에 고장이 발생한 경우 경보를 발하고 원료공급을 자동 차단해야 하며, 정전시에도 냉각수 펌프가 작동되도록 비상전력을 투입할 수 있어야 한다.

▶ 대형반응기, 특수반응설비, 탑, 탱크류 등이 파열, 누설 사고시 타설비로 피해가 확대될 우려가 있는 곳에는 충전 및 방출 배관상에 긴급차단장치를 다음과 같이 설치해야 하며, 제어실에서도 수동 및 자동 제어되어야 한다.

(1) 긴급차단장치는 용기 주밸브 외측에 가능한 용기에 가깝게 위치(주밸브와 겸용 금지)해야 한다.

(2) 긴급차단밸브는 정전시 비상전력에 의해 사용 가능해야 한다.

(3) 긴급차단장치 조작 스위치는 저장탱크로부터 10 m 이상 이격(방류둑 외측)해야 한다.

(4) 연 1회 이상 작동 및 기능 점검을 실시해야 한다.

▶ 특수반응설비, 긴급차단장치가 설치된 설비에는 비상사태가 발생한 경우 설비내의 내용물을 긴급 이송할 수 있는 설비를 설치해야 하며, 긴급이송설비로 가스를 방출 또는 이송하는 경우 압력 강하로 인한 공기유입을 방지하는 조치를 취해야 한다.

 

[참고] 긴급 이송에 따른 내용물 처리방법
1. 플레어 스텍에서 연소
2. 안전 장소에 설치된 저장탱크 등으로 임시 이송
3. 벤트스텍으로 방출
4. 독성가스는 제독조치 후 폐기

 

▶ 고체유동, 이물질, 부반응, 중합생성물 등에 의해 계측기, 노즐. 밸브 등이 막히지 않도록 주기적으로 점검하여 석출물의 부착이나 막힘 여부를 확인하고 세정해야 한다.

 

Reference : KFS 700-2018 석유화학공장 방화기준