화학공장 전기화재

 

화학공장 등 폭발 위험 장소에 설치되는 전기 기계ㆍ기구는 일반형 전기 기기의 설치 요구사항에 적합하여야 한다. 그러나, 비폭발 위험 장소의 요구사항은 폭발 위험 장소의 설치에 충분하지 않을 수 있다.

 

 

화학공장 전기화재

 

화학공장에서의 전기화재 발생 조건

 

⊙ 화재는 인화성 가스나 인화성 액체의 증기, 인화성 고체의 분해증기가 공기 중의 산소와 충분히 혼합가스를 생성한 후 다음 그림 1과 같은 점화원 즉, 발화온도 이상으로 가열되거나 외부의 전기 아크나 스파크 등에 의해 발생한다.

화재(연소)가 지속되기 위해서는 가연물(위험물)과 산소(공기) 및 점화원(불씨)의 3가지 구성요소가 확보되어야 한다.

 

<그림 1> 전기적인 점화원

 

⊙ 정상사용 상태에서의 온도 및 고장 시의 예측 가능한 온도 상승이 화재를 일으키지 않도록 전기기기를 선정하고 설치하였는지 확인하여야 한다.

1) 이러한 시설은 기기의 구조나 설치의 조건에 의해서 목적한 바를 이룰 수 있으며,

2) 표면의 온도가 근처 물질을 인화시킬 우려가 없는 곳에서는 특별한 조치가 필요하지 않다.

 

 

화재의 지속요건

 

⊙ 인화성 가스는 산소와 쉽게 혼합하여 연소가 가능하지만 액체나 고체는 기화가 먼저 이루어 져야만 연소가 가능하다. 그러므로 액체나 고체의 화재는 열교환 과정을 수반하게 되는데 화재로부터 발생된 열이 충분하여야 액체나 고체를 기화시켜 화재를 지속시킬 수 있다.

⊙ 트랜지스터 또는 저항기 등과 같은 소형부품의 요구사항과 관련이 없다면, 최고 표면온도는 관련 폭발 분위기의 최저 점화온도를 넘어서는 안 된다.

 

화재의 제어

 

화재를 제어하기 위해서는 다음과 같은 조건중 하나를 선택하여 제어한다.

⊙ 가연물 전체가 소모되거나 제거되어야 한다.

⊙ 산소농도가 최소 산소농도 이하로 낮아져야 한다.

⊙ 발화온도 이하로 냉각되어야 한다.

⊙ 소화약제 등 화학적인 방법으로 화재가 억제되어야 한다.

 

 

전기화재예방 관리대상

 

⊙ 화재를 예방하기 위해서는 화재의 3요소 중 최소한 1요소 이상을 관리하여야한다.

⊙ 일반적으로 화학공장은 인화성 가스 및 인화성 물질을 대량으로 취급하고 있고, 산소는 공기 중에 약 21 % 포함되어 있어서 가연물 및 산소의 관리가 어려우므로, 다음과 같이 점화원을 집중 관리하여야 한다.

1) 정상운전 중에는 전기아크, 스파크, 고열, 고온, 정전기 및 충격 등 화학공정에서 발생할 수 있는 점화원을 관리대상으로 한다.

2) 정기보수작업 등 정비작업이 이루어질 때에는 용접불꽃의 점화원을 사용하여야 하므로, 가연물을 관리대상으로 한다.

 

화학공장에서의 주요 화재의 형태

 

화학공장에서의 화재의 형태는 크게 분출화재와 액면화재로 구분할 수 있다.

화학공장 주요화재 형태 중 펌프에서의 화재나 플랜지에서의 화재는 분출화재의 형태로 나타나고, 상압탱크에서의 화재는 액면화재의 형태로 나타난다.

 

⊙ 펌프(pump)에서의 화재

1) 펌프는 구동부위인 그랜드(gland)나 실(seal)에서 내부 유체가 누출되기 쉽고 누출과 동시에 화재를 일으킬 수 있다. 따라서 이중구조의 기계적 실(mechanical seal)을 사용하는 등의 방법으로 누출을 최소화할 수 있다.

(a) 그랜드 패킹(gland packing, stuffing): 여과기 펌프 등의 축봉(軸封)으로 액의 누수량을 적게 하는 방법의 하나. 회전축이나 습동축에 가장 많이 사용되고 있다. 축의 원주를 패킹 박스로 둘러쌓아 그 틈으로 패킹을 끼워 넣어 축방향으로 압축, 패킹과 축을 밀착시키는 장치이다.(부속서 B 참조)

 

<그림 2> 그랜드 패킹(gland packing, stuffing)

 

(b) 실(seal): 배관(강관, 스테인리스 관) 등의 접촉면에서 가스나 유체가 새지 않도록 하기 위해 끼워 넣는 패킹(packing)으로 누수·누유·누기를 막는 일반적인 용어로 주철관이나 강관을 이을 때 사용되는 플랜지 이음용(flange joint 用)의 패킹을 가리키기도 한다.

 

 

⊙ 플랜지(flange; 관이음 접속부)에서의 화재

플랜지는 상온 부근에서 운전되는 설비보다 고온이거나 저온인 경우에 배관 내부 유체 누출의 확률이 높다.

주된 원인은 온도의 상승이나 하강 시에 발생하는 재질의 팽창, 수축의 차이로 인해 밀착부위에 틈새가 발생되기 때문이다.

누출을 예방하기 위해서는 운전개시(start-up)시에 온도의 상승이나 하강을 단위시간당 허용하는 범위 내에서 실시하고, 기술기준에서 제시하는 온도에서 토크렌치를 사용하는 등의 적정한 회전력으로 볼트의 재조임 작업(고온볼트 작업, 냉각볼트 작업)을 해주어야 한다.

 

⊙ 보온재에서의 화재

고온의 온도를 유지하기 위해 설치한 보온재에 고비점 성분의 유류나 가연성 액체가 침투되면 자연발화에 의해 화재가 일어나기도 한다.

 

Reference : 한국전기안전공사 KESG - Ⅶ - EF - 31 - 2015 화학공장의 전기화재예방에 관한 기술