진공 펌프의 화재·폭발 방지

가연성 물질은 공기나 산소 또는 기타 산화제와 연소되었을 때그 농도의 범위가 인화성 하한(LFL) 또는 폭발성 하한(LEL)과 인화성 상한(UFL) 또는 폭발성 상한(UEL) 사이에 있을 때만 잠재적인 폭발성 대기를 생성한다. 

 

 

 

진공 펌프의 화재·폭발 방지

 

진공시스템에는 여러 화학물질이 모이는 곳으로 화재·폭발 위험이 상존하는 장소이다. 잠재적인 폭발성이 있기 위해 산소 농도가 최소 산소 농도(MOC) 또는 제한 산소 농도(LOC) 보다 높아야 한다. 주요 가연성 가스의 MOC(LOC)는 5% volume  이상이다.

 

화재·폭발 방지 조치

가연성 공간에서 가스 혼합물이 화재·폭발을 방지하기 위해 다음과 같은 조치가 필요하다.

 

● 가연성 가스 농도를 LFL(LEL)보다 낮게 유지

가연성 공간에 의도치 않게 유입되는 가연성 가스 위험을 최소화하기 위해 LFL(LEL) 미만을 유지해야 한다. 실제로는 농도를 LFL(LEL)의 25% 미만으로 관리하고 있다.

LFL(LEL) 이하의 적절한 농도를 유지하는 데 일반적으로 사용하는 방법은 불활성 가스(질소 등)의 퍼지로 희석되며, 펌프 흡입구의 퍼지 연결부로 유입된다. 희석 시스템 및 알람 또는 interlock의 구성은 희석 시스템이 고장날 수도 있는 위험 공간에 따라 달라진다.

 

● 산소 농도를 MOC(LOC) 미만으로 유지

가연성 공간에 의도치 않게 유입되는 가연성 가스 위험을 최소화하기 위해 LFL(LEL) 미만을 유지해야 한다. 이와 더불어 가스 혼합물의 MOC(LOC)가 5% 미만이 아닌 경우 최저 게시 MOC(LOC) 의 60%를 초과해서는 안된다. 이의 계측을 위해 산소 농도 monitoring 사용으로 안전한 작동을 보장하여야 한다.

최저 게시 MOC(LOC) 미만으로 산소 수치를 유지하는 기본 방법은 공정 및 펌프 시스템에서 공기와 산소를 완전히 배제시키고, 불활성 가스(질소 등)의 퍼지로 희석과 함께 필요할 경우 펌프 흡입구의 퍼지 연결부로 유입된다. 공기/산소 배제 측정 및 알람 또는 interlock의 구성은 배제와 희석 시스템 고장으로 이어질 수 있는 위험 공간에 따라 달라진다.

 

● UFL(UEL)보다 높은 가연성 가스 농도 유지

가연성 공간에 의도치 않게 유입되는 가연성 가스 위험을 최소화하기 위해 UFL(ULEL) 초과를 유지해야 한다. 실제로는 가스의 잔여 산소 수준이 가연성 가스 UFL(UEL) 농도에서 일반적인 절대 산소 농도의 60% 미만으로 관리하고 있다.

이 안전범위 미만으로 산소 수준을 유지하는 기본 방법은 공정과 펌프 시스템에서 공기와 산소를 업격히 배제시키는 것이다. 불활성 가스(질소 등)의 퍼지 또는 추가 가연성 가스(패딩 가스)로 희석응 위해, 펌프 흡입구의 퍼지 연결부로 유입된다. 

 

● 최소 폭발 압력 미만의 가연성 가스 농도 유지

흡입구에서 진공 펌프에 대한 압력이 폭발이 유지되는 최소 압력보다 낮게 유지될 경우, 진공 펌프 내부에서 시작되는 점화를 예방할 수 있다. 하지만, 진공 펌프 배기에 대한 예방 조치는 취해야 한다.

 

 

진공 시스템 내 공기 제거

공정과 펌프 시스템에서 공기를 완전히 빼내는 데 필요한 예방 조치는 다음과 같다.

 

● 공기 누출 제거

진공 시스템 내 공기(산소) 누출이 허용 가능 한도에 있는지 누출 감지기를 사용하거나 압력 '증가율' 테스트로 펑가한다.

● 공정 시작 전에 시스템에서 모든 공기 제거

가연성 가스가 공정에 유입되기 전에 시스템내 공기를 제거할 수 있도록 시스템을 비우거나 불활성 가스(질소 등)로 정화해야 한다. 공정 종료시, 이 절차를 반복해 시스템이 최종적으로 공기로 환기시키기 전 모든 가연성 가스를 제거한다.

● 건식 진공 펌프의 경우

샤프트 또는 퍼지 씰 가스는 어떠한 상황에서도 공기와 함께 공급되거나 오염될 수 없으며, 가스 발라스트 포트가 밀봉되거나 불활성 가스를 유입시키기 위해서 사용된다.

● 습식 진공 펌프의 경우(밀봉된 로터리 피스톤 또는 로터리 베인 펌프)

제조업체의 지침에 따라 샤프트 씰을 완전히 유지하고, 오일 압력 손실에 대한 알람 표시로 펌핑 및 압축화된 오일 윤활 시스템을 사용한다. 모든 가스 발라스트 포트를 밀봉하거나 불활성 가스 유입시에만 사용한다. 불활성 가스를 오일 박스로 적절히 퍼지시켜 공정 시작 전에 공기를 제거한다.

● 루츠 진공 부스터 펌프

제조업체 지침에 따라 주 드라이브 샤프트 씰을 완전하게 유지하고 정화 또는 breather port 연결이 불활성 가스를 유도하는데에만 사용한다.

 

 

잠재 점화원 고려사항

모든 가능한 아래와 같은 점화원을 염두에 두어야 한다.

● 기계 접촉

진공 펌프와 시스템 내부에 있는 회전 및 정지 부품의 기계 접촉은 점화원을 제공할 수 있다. 이러한 점화원을 피하기 위해, 내부 표면상의 침전물을 방지하거나 펌프를 청소하는 것이 중요하다. 베어링은 좋은 상태로 유지해야 하고, 공정 가스와의 접촉을 피하기 위해 충분한 윤활유와 적절한 퍼지 가스가 있어야 한다.

● 입자 유입

모든 펌핑 메커니즘은 공정에서 생성되거나 시스템 오작동에 의한 잠재적인 입자 유입이 있을 수 있다. 이동 및 정적 표면 간에 이동할 경우 열을 생성할 수 있다. 적절한 흡입구 screen 또는 filter는 입자가 진공 펌프로 유입되는 것을 막아, 입자의 크기와 부피를 안전한 양으로 줄인다.

● 압축 열(자동 점화)

압축기내 압축 내부열은 펌핑되는 가스나 증기의 자동 점화 온도에 영향을 줄 수 있다.

● 뜨거운 표면

가연성 가스나 증기가 뜨거운 표면에 접촉할 수 있는 곳에서는 자동 점화 온도를 초과할 경우 점화할 수 있다.

● 외부 적용 열

진공 설비 근처에 화재가 발생할 경우, 시스템의 최대 정적 압력을 초과하는 내부 압력, 자동 점화 온도를 초과하는 온도를 생성할 수 있다.

● 뜨거운 공정 가스 흐름

흡입구의 가스 온도가 내부 물질의 자동 점화 온도보다 높을 경우, 가스는 rotor/stator 중지로 이어질 수 있다.

● 촉매 및 발화성 반응

사용되는 물질이 반응에 영향을 미쳐 점화원 역할을 할 수 있다.

● 정전기

특정 상태에서 정전기가 발생될 수 있어 접지가 필요하다.

● 번개

외부에 있을 경우 번개가 점화 에너지를 발생시킬 수 있다.

 

 

화염방지기 보호 시스템 사용

화염방지기는 폭발 방지 장치가 아니다. 화염방지기는 표면이 크고 불꽃면에 대한 전도도 차이를 제공하여 화염을 저지시킨다. 대부분의 화염방지기는 내부 압력이 대기압을 초과하는 영역을 보호하기 위해 설계된다. 따라서 화염방지기로 이어지는 배출 추출 시스템의 작동 압력은 최대 작동 압력을 초과해서는 안 된다. 펌핑된 가스와 증기의 혼합물이 지속적으로 오랜 기간(예 : Zone 0 상태) 동안 가연성이고 점화원 위험이 일반 작동 중 또는 예상 가능 오작동 중 활성화 될 경우, 필요에 따라 기본 펌프에 화염방지기를 장착해야 한다.

화염 방지기는 불꽃면에서 연소열을 제거하여, 최대 안전 작동 온도를 control 한다. 따라서 이 온도가 열 추적, 단열 또는 이를 통과하는 가스 흐름의 온도로 인해 초과되어서는 안 된다.

화염방지기의 화염 방지 기능은 불꽃면의 속도에 따라 다르며, 이는 결국 점화원과의 거리에 달려 있다. 

 

Reference : edward 진공 펌프 및 진공시스템 안전 설명서