G/L 반응기 접지대책

일반적으로 인화성 액체를 사용하여 제품을 만들어 내는 회분식 반응 공정에서는 화재·폭발이 상존하여 그 대책이 요구된다.

금번에는 Glass Lining 된 반응기의 접지 방법에 대해 알아보고자 한다.

 

 

 

G/L 반응기 접지대책

 

회분식 반응기의 안전대책

 

제약, 도료, 수지를 생산하기 위한 회분식 공정에서는 인화성 액체를 사용하여 여러 단계의 반응과정을 거친 후 다른 성질의 물질(또는 제품)을 생산하게 된다.

이때 운전 중에 발생될 수 있는 사고를 예방하기 위하여 BPCS (Basic Process Control System) 및 ESD (Emergency Shutdown System)를 갖추고 있다. 또한 산업안전보건기준에 관한 규칙을 통해 발열반응이 일어나는 반응기의 경우 압력계 등 Local 계기의 설치, 경보 시스템, 긴급차단장치, 비상전원 공급 장치 등 다각도로 운전 시 이상반응에 대한 안전 대책을 확보하고 있다. 하지만, 최근의 사고사례를 살펴보면 정상 운전 시 발생할 수 있는 반응열 제어 실패, 폭주반응의 발생 보다는 작업 전 세척, 작업 전 물질투입, 작업 중 물질투입, 작업 후 세척 등 회분식 반응기의 준비단계 및 물질투입 단계에서 사고가 다수 발생하고 있음을 알 수 있다. 따라서 이상반응인 반응열 제거 실패로 인한 폭주반응 뿐 아니라 작업 전 준비, 물질투입, 세척 단계에서도 충분한 안전대책이 필요하다고 할 수 있다.

 

 

반응기 내부 글라스 라이닝으로 인한 정전기 축적

 

제약, 반도체 중간재료 등을 만들어 내는 회분식 공정은 특성 상 반응기 내부를 스테인리스 또는 탄소강을 사용하는 경우 오염으로 인한 제품 불량 가능성이 있어 글라스 라이닝을 실시한다. 이러한 반응기 내부에서 스플래쉬 필링 방식으로 세척작업을 실시하면 발생된 정전기가 해소되지 못하고 계속 축적이 된다. <그림 1>은 글라스 라이닝되어 있는 설비 내부의 저항을 측정한 결과이며, 무한대(∝)의 저항수치는 정전기가 발생되면 축적될 수밖에 없는 구조임을 설명하고 있다.

 

<그림 1> Earthing Resistance (Glass Lined).

 

 

글라스 라이닝 회분식 반응기 내부 접지

 

반도체 중간재료, 의약품 중간재료 등을 만들어 내는 회분식 반응기는 내부에 금속이 존재하는 경우 오염 가능성이 있어 원하는 제품이 생산되지 않아 글라스 라이닝을 실시한다. 비록 NFPA 77에 2mm 이하의 두께는 전도성으로 취급될 수 있다는 문구가 있으나, 이는 근원적으로 문제를 해결 할 수 있는 방법이 아니므로 적용하지 않는 것이 맞다.

최근에는 접지가 불가능한 글라스 라이닝 회분식 반응기 내부에 Tantalum(탄탈럼, Ta)을 설치하여 접지체와 본딩하는 방법을 주로 사용하고 있는데, Tantalum 끝단을 회분식 반응기 내부에 설치하면 발생되는 정전기가 탄탈럼의 금속체를 통해 대지로 빠져나가는 방식으로 정전기를 해소하게 된다. Tantalum은 Corrosion Table에서 대부분의 경우 사용이 가능한 것으로 기재되어 있는데 이는 부식에 매우 강하다는 것을 의미하며, 또한 녹는점 역시 3000 ℃ 가 넘기 때문에 화학적으로도 안정하다고 할 수 있다.

글라스 라이닝되어 있는 반응기는 기본적으로 발생된 정전기가 해소되지 못하고 축적되어 있는 형태이기 때문에, Tantalum을 회분식 반응기 하부 또는 TE(Temperature element) 외부에 연결하여 정전기 발생 시 금속부를 따라 발생된 정전기가 해소될 수 있도록 한다.

Tantalum이 설치된 반응기를 <그림 2>, 접지저항 결과를 <그림 3>에 나타내었는데 0.5Ω 의 수치는 상당히 양호한 결과 값이라 할 수 있다. 이를 통해서 글라스 라이닝 된 회분식 반응기 내부에서 발생하는 정전기 전하 축적을 예방 할 수 있는 방법으로 Tantalum 설치가 적합하다는 것을 알 수 있다.

 

<그림 2> Installed Tantalum

 

<그림 3> Earthing Resistance

 

Tantalum 설치 역시 주의를 기울여야 하는데, 아무리 안정한 물질이라 하더라도 결국 금속 설비를 부착하는 형태이므로 반도체 중간재료 등과 같이 금속오염에 민감할 물질을 생산품으로 하는 경우에는 해당 방식이 부적합 할 수 도 있다. 따라서 무분별하게 적용하기 보다는 Pilot 으로 설치하여 테스트를 거친 후에 사업장에 적용하는 것이 옳다고 생각된다.

 

Reference : 회분식 공정에서 스플래쉬 필링(Splash Filling) 작업으로 인한 화재·폭발 사고 예방대책에 관한 연구