폭연 방출구의 종류와 설치 방법

 

“폭연 방출구(Deflagration vent)”란 폭연 발생 시 연소가스와 압력을 밀폐공간으로 부터 안전한 외부로 신속히 방출시키기 위하여 설치하는 개방된 통기문, 폐쇄된 창문 및 판넬 등을 말한다.

 

 

폭연  방출구의  종류와  설치  방법

“밀폐공간(Enclosure)”이란 전체가 밀폐되거나 또는 부분적으로 밀폐된 공간(체적)을 가진 밀폐 작업장, 용기, 탱크, 배관 및 덕트 내부 공간 등을 말한다.

“최대압력(Maximum pressure, Pmax)”이란 인화성 가스 또는 혼합물이 밀폐공간에서 폭연이 발생한 경우 최대로 상승할 수 있는 압력을 말한다.
“감쇄압력(Reduced pressure, Pred)”이란 밀폐공간으로부터 폭연이 방출되는 동안 밀폐공간에 생성될 수 있는 최대 압력을 말한다.
“방출구 개방압력(Static activation pressure, Pstat)”이란 압력이 서서히(압력증가율이 10 kPa/min이하)증가할 때 방출구 뚜껑이 열리는 압력을 말한다.

 

 

평시 개방형(Normally open)의 방출구

1, 환기관식 개방구(Louvered opening)
(1) Pred의 압력은 환기관식 방출구 설비의 설계에 따라 계산된다.
(2) 환기관식 방출구를 통한 압력 감소는 가스 흐름 계산에 의하여 결정되며, Pred가 적용되어야 한다.

2. 매달린 형태의 방출구(Hangar-type door)
(1) 폭연 위험 물질을 취급하는 실이나 건물의 벽에는 매달린 형태의 방출구나 상부 방출구(Overhead door)를 설치하여야한다.
(2) 폭연 위험이 있는 물질을 취급하는 공정이나 설비를 운전하는 동안에는 가스가 쉽게 방출될 수 있도록 방출구는 항상 열려 있어야 한다.
(3) 폭연 위험이 있는 공정설비에서 공정이 운전될 때는 문이 항상 열리도록 연동장치를 설치하여야 한다.

 

 

평시 폐쇄형(Normally closed)의 방출구

(1) 방출구 뚜껑을 설계하거나 제조하는 사람은 설치 시에 적용할 수 있도록 뚜껑의 Pstat의 값과 허용오차를 기록해 두어야 한다.
(2) Pstat는 뚜껑을 조립 고정한 후, 뚜껑 열림이 기계적으로 완전하게 작동하는 지를 검사하여야 한다.

(가) 기계적으로 열리도록 하기 위하여 잡아 두는 부품(고리, 스프링, 자석, 마찰력 금구, 파열기구 등)이 필요하다.
(나) 방출구 뚜껑의 현장 조립을 위하여 설계자는 밀폐공간의 표면적, 방출구 면적, 뚜껑 재질, 재질의 무게, Pred, Pstat, 고리, 금구 부품, 수량 등의 명세를 알려주어야 한다.
(3)뚜껑은 사용되는 온도 등 운전 조건에 맞도록 설계되어야 한다.

 

건물이나 작업실에 설치하는 방출구

(1)힌지형(hinged) 문,창문 및 판넬은 계산된 압력하에서 열리도록 회전 금구로 고정되어 있다.
(가) 산업용 오븐, 건조기, 혼합기에 설치하는 방출구 뚜껑에는 마찰식, 스프링 하중식, 자석식 등이 사용된다.
(나) 힌지가 회전되어 뚜껑이 열릴 때에는 압력 방출에 방해 되지 않아야 하며, 작업자가 뚜껑을 여는 경우에도 안전을 위하여 힌지가 탈락되어서는 아니된다.
(2)뚜껑의 재질은 깨지기 쉽고 날카롭지 아니한 것을 사용하여야 한다.

 

 

진공 방출용 방출구

(1) 진공 해지용 방출구(Vacuum breaker)는 진공설비의 변형을 방지하기 위하여 설치 한다. 진공 방출용 방출구는 Pred에 견디도록 충분히 강하게 설치하거나 안전한 곳으로 방출될 수 있도록 열려야  한다.
(2)진공 방출용 방출구는 <그림 1>에 따라 설계된다.

<그림 1> 진공으로 사용하는 용기와 진공 해지용 방출구 면적

 

 

배관  등에  설치하는  폭연  방출구  면적 설계

아래 설계는 가연성 가스를 20 kPa(0.2 bar)이하로 운전하는 밀폐 공간에서, 배관과 덕트 및 긴 용기는 L/D>5이상인 설비에 대해 적용한다.

(1)배관 등에 설치하는 방출구는 폭연에서 폭굉으로 전이되는 것을 방지하기 위함이다.

(2)배관 등에 설치하는 각 방출구는 배관의 전면적에 동등하게 설치하여야 한다.
(3)직경이 2 m이상이며, L/D>20이상인 경우에는 방출구를 2개 이상 설치하여야 한다.

(4)설치되는 방출구 뚜껑의 무게는 12.2kg/㎡ 이하로 한다.

(5)방출구 뚜껑에 가해지는 폭발 과압은 30kPa(0.3bar)이하 이어야  한다.
(6) 방출되는 동안의 최고 감쇄압력(Pred)은 배관 등의 재질 항복응력의 50% 이하가 되어야 한다.
(7) 유속이 2 m/sec 이하의 프로판이나 기본연소속도(Su, 프로판 46㎝/sec)가 60 cm/sec 이하인 인화성 가스 배관 등에 방출구 설계 시 적용하는 Pred는 <그림 2>에서 찾을 수 있다.

 

<그림 2> 직경(D), L/D 와 Pred의 결정

 

Reference : KOSHA GUIDE D-49-2012 가스폭발 예방을 위한 폭연 방출구 설치에 관한 기술지침