열매체유 위험성

“열매체유 (Heat transfer fluid)”라 함은 수증기나 물 이외의 유체를 이용한 열교환기 등을 통하여 공정상의 물질을 간접적으로 가열 또는 냉각시키는 물질을 말한다.

 

 

 

열매체유 위험성

 

열매체유(Heat transfer fluid)는 열교환기 등을 통하여 공정상의 물질을 간접적으로 가열 또는 냉각시키기 위하여 사용되는 물질로 화학 공업, 플라스틱 및제지 공업, 의약품 공업 등에 다양하게 사용되어지고 있다.

열매체유는 인화점이상의 온도로 가열된 상태에서 일정한 압력 하에서 운전되기 때문에 열매체유 펌프, 열매체유 이송배관, 열팽창탱크 등 열매체유 취급 장치 및 설비에서누출이 일어나고 스파크, 정전기 등의 점화원이 존재하면 화재·폭발이 발생되어 중대산업사고로 이어질 가능성이 높다.

 

 

열매체유의 종류 및 특성

대부분의 열매체유는 다환방향족류이며 일부는 실리콘함유 탄화수소 또는 무기염류를 사용하고 있다.

 

1. 일반용 열매체유

(1) 사용온도는 일반적으로 150 ℃～300 ℃의 범위이다.

(2) 대부분 정제된 광유(Mineral oil)를 사용한다.

(3) 낮은 온도에서는 염화칼슘용액, 메탄올, 글리콜 수용액, 다우썸(Dowtherm) J, 실썸(Syltherm) 등이 사용된다.

 

2. 글리콜 수용액

(1) 사용온도는 -50～180 ℃의 범위이다.

(2) 용기의 자켓, 배관 트레이싱 등 2차 냉각 및 가열용으로 주로 사용된다.

(3) 65 ℃ 이상에서는 글리콜이 산화되므로 밀폐계에서 사용하며, 글리콜의 산화 방지를 위하여 질소를 충진하는 것이 바람직하다.

(4) 주로 에틸렌글리콜과 프로필렌글리콜계가 사용된다. 다만, 식품공업에서는 독성이 있는 에틸렌글리콜 대신 프로필렌글리콜계열을 사용하는 것이 바람직하다.

(5) 열매유설비의 재질로는 강철, 연철, 구리 및 청동 등을 사용하나 한 시스템에 이종 금속을 사용하면 갈바닉 부식 가능성이 있으므로 부득이 이종금속을 사용하는 경우에는 갈바닉 부식이 일어나지 않도록 조치하여야 한다.

 

 

3. 고온용 열매체유

(1) 사용온도는 275～375 ℃의 범위이나 330 ℃ 이상에서 사용하는 경우는 드물다.

(2) 고온용 열매체유는 합성파라핀, 디아릴알칸(Diaryl alkane), 폴리페닐유도체(Polyphenyl derivatives), 아릴에테르(Arylether), 디메틸실록산폴리머 (Dimethyl siloxane polymer)계 등이 있다.

(3) 질산나트륨, 아질산나트륨, 아질산칼륨 등으로 구성된 무기염류는 530 ℃ 까지 사용 할 수 있으며 이러한 열매유는 비가연성, 열적 안정성, 비 휘발성이나 부식성을 가지고 있다.

(4) 고온용 열매체유를 선정․사용하는 경우 공급자와 충분히 상의하는 것이 필요하다.

 

<표 1> 일부 열매체유 물성

 

 

제품선정 시 고려사항

1. 열안전성이 좋을 것

열안정성 문제는 열매체의 수명을 결정하는 가장 중요한 사항이며 열안정성이 좋고 나쁨은 일차적으로 BASE Oil에 따라 다르며 2차적으로 Base Oil의 정제도에 따라 좌우된다.

2. 산화안정성이 좋을 것

산화안정성이 나쁘면 고온산화물로 인하여 배관라인이나 Filter의 막힘이 생겨 고장 및 금속부식의 원인이 된다.

3. 증기압이 낮을 것

고온에서의 증기압은 될 수 있는 한 낮은 것이 바람직하다.

4. 인화점,발화점 및 자연 발화점이 높을 것

인화점이 높을수록 화재방지에 유리하나 인화점이 높으면 점도도 높아져 다른 의미의 결점이 나온다.

개방형의 열매체 보일러에서는 인화점이 높으면 화재방지에 유리하다. 열매체유를 사용하는 데에 있어 인화점과 발화점이 높은것은 이상적이나 이보다 자연발화점이 눂은 것이 더 중요하며 개방형일 경우 열매체유의 사용은 필히 자연발화점 이하에서만 사용해야만 한다.

5. 적정점도와 저온유동성

열매체유의 점도는 장치 및 설계조건에 의해 결정되지만 펌프형식 용량 배관경 길이 또는 겨울철 가동온도와 유동성으로 인하여 설정기준이 상이하다.

일반적으로 PUMPING 가능한 열매체유의 점도는 2700cSt이다.

6. 열팽창지수가 적을 것

모든 열매체는 가열하면 부피가 증가한다.

열매체장치에서 가장 이상적인 팽창탱크의 크기는 총순환량 및 사용온도에 따라 변할 수 있으나 가동 전 팽창탱크내에 열매체유가 1/3정도 있어야 하며 최고온도 사용시 Over Flow되지 않아야 한다.

 

 

열매체유 사용 시 위험성

물을 가열하여 발생된 증기의 잠열과 압력을 이용하는 시스템과 비교하여 열매체유는 고온에서도 안정성이 우수하고, 저압의 조건에서 사용되며 부식 방지성이 뛰어나다는 등의 장점이 있으나 인화점 이상의 온도로 가열된 상태에서 일정한 압력 하에서 운전되기 때문에 열매체유 펌프, 열매체유 이송배관, 열팽창탱크 등 열매체유 취급 장치 및 설비에서 누출이 일어나고 스파크, 정전기 등의 점화원이 존재하면 화재·폭발이 발생되어 중대산업사고로 이어질 가능성이 높다.

 

1. 열매체유의 성능저하(열화)

열매체유는 장기 사용하는 경우 인화점 및 주요 물성이 저하되는 특성이 있음

※ 영국화학공학회 발표논문에 따르면 인화점 160도인 열매유가 32도씨로 낮아진것으로 보고됨

☞ 열매체유 제조사 권장기준에 따라 정기적인 교체가 가장 확실한 사고 예방법

 

2. 열매체유 위험성에 대한 인식 부족

이런 위험성을 인지하지 못하고 보충만해서 사용하다가 다수의 폭발ㆍ화재 사고가 보고되고 있음

 

<그림 1> 열매체유 사용 시 주의사항

 

Reference : 1. KOSHA GUIDE D-40–2013 열매유 보일러에 관한 기술지침

                    2. KOSHA 기술 자료