열매체유 보일러 위험성

 

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

 

 

 

열매체유 보일러 위험성

 

열매체유는 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.

 

 

열매체유 보일러 구성

열매체유 보일러의 구성은 <그림 1>과 같으며, 압력용기는 해당 압력용기 검사기준에 적합해야 한다.

 

주 1) N.C.(Normal close,&nbsp; 정상운전&nbsp; 시 닫음 )

<그림 1> 열매체유 보일러의 구성

 

“팽창탱크 (Expansion drum/Surge drum)”라 함은 열매체유 보일러의 운전상태에 따라 배관 내 열매체유의 체적 변동을 완충하기 위하여 설치하는 탱크를 말한다.

“저장탱크 (Drop tank/Dump tank)”라 함은 열매체유 보일러의 비상 운전이나 보수 시 배관 내 열매체유를 저장하기 위한 탱크를 말한다.

 

 

열매체유 히터 시스템 안전설계

 

<그림 2> 시스템 안전설계

 

 

열매체유 보일러 방호조치

1. 안전밸브

(1) 팽창탱크 상부, 열매체유 보일러의 열매체유 공급 출구 배관 및 열팽창의 우려가 있는 배관에는 적절한 안전밸브를 설치한다.

(2) 유동점이 높은 열매체유를 안전밸브를 통하여 옥외로 방출하는 경우에는 열매체유의 응고, 동결 등에 의한 안전밸브의 막힘이 없도록 단열, 가열 등의 조치를 하여야 한다.

 

2. 자동제어 장치

(1) 열매체유 보일러 운전 시 다음과 같은 공정 조건에 도달하면 경우 경보가 울리고 연료 공급이 자동 중단되도록 한다.

- 열매체유 보일러 출구 온도 및 압력이 높은 경우

- 열매체유 배관 내 압력이 저압으로 떨어진 경우

- 열매체유 보일러로 유입되는 열매체유의 온도가 높은 경우

- 표면온도계 또는 열전대식 온도 측정기로 측정한 결과 열매체유 보일러 튜브 또는 필름 온도가 높은 경우

- 열매체유 보일러에서 배출되는 연소가스 온도가 통상적인 연소가스 온도와 60 ℃ 이상의 차이가 있는 경우

- 불꽃의 꺼짐

- 낮은 연소 공기 유량(송기 설비 설치 시)

- 낮은 연료 압력(연료가스 또는 연료유)

- 높은 연료 압력(연료가스 사용 시)

- 분무 스팀의 공급중단(연료유 사용 시)

- 흡입통풍 또는 압입통풍 차단

- 열매체유 사용설비 측에서의 열매체유 유량 측정값이 낮을 경우(열교환기를 통과하는 열매체유 유량이 낮은 경우)

- 열매체유 보일러의 입출구 열매체유 유량 차 발생 시(선택적)

- 팽창탱크의 낮은 액위

- 팽창탱크의 낮은 운전압력(압력 운전 시)

(2) 열매체유 보일러 운전 시 제어용 전력이 차단되거나, 열매체유 취급설비나 배관지역의 스프링클러 또는 연소실 화재 진압용 스팀(Snuffing steam)이 분사되는 경우 경보가 울리고 연료 공급이 자동 중단되도록 한다.

 

 

3. 기타 화재 누출 시의 안전조치

(1) 열매체유 보일러 화재 시에는 열매체유 사용설비로 공급되는 열매체유 배관에 자동 차단밸브나 삼방(3 way) 밸브를 설치하여 열매체유 사용설비로 공급되는 열매체유를 차단한다. (정변위 펌프를 사용할 경우 해당 펌프 정지)

(2) 열매체유 보일러 및 사용설비 사이의 열매체유 배관 등에 열매체유 보유량이 많은 경우 (2,000L 이상) 누출 잠재량을 줄일 수 있도록 다음을 고려하여 차단밸브를 추가 설치한다.

- 고가의 설비, 훼손 시 보수가 어려운 설비, 공정 중단 시 손실이 많은 설비가 있는 경우

- 탱크나 배관의 설치 높이 차이로 인한 자연 낙차로 인하여, 배관 파손 또는 밸브 열림 시 등 많은 양의 열매체유 누출이 예상되는 경우

(3) 열매체유 보일러가 아닌 다른 장소에서 화재가 발생한 경우에는 열매체유의 순환을 차단하고 화재의 영향을 받지 않는 별도의 비상 냉각계로 열매체유를 순환시킨다.

(4) 열매체유의 누출이나 화재 발생지점을 정확히 파악하기 위해서는 <그림 3>과 같이 스프링클러의 구간별 작동신호, 열매체유 사용 설비별 유량계 또는 저압 감지 연동 스위치 신호 등을 활용한다.

 

<그림 3> 열매체유 누출 시 감지회로 구성

 

(5) 열매체유 보일러를 작동 정지시킬 수 있는 비상정지 스위치는 운전원이 상시 근무하는 장소 및 열매체유 누출/화재 시 운전원 접근이 가능한 장소에 설치한다.

(6) 열매체유 사용설비에서의 열매체유 누출 시 큰 손실이 예상될 경우 열매체유 사용설비별로 열매체유 유량 차이 감지기 등을 설치하여 누출을 감지하고 해당 열매체유 사용설비를 <그림 4>와 같이 선별적으로 바이패스 또는 비상 배유할 수 있는 장치를 설치한다.

 

주1) 비상바이패스 : 밸브 1 및 2(열림), 밸브 3 및 4 (닫힘)

주2) 비상 배우 : 밸브 1 및 5(열림), 밸브 2, 3, 4(닫힘)

<그림 4> 열매체유 가열시스템의 누출시 바이패스/비상 배우 흐름도

 

(7) 열매체유 배관의 열매체유 자동 차단밸브는 공압식 또는 페일 세이프(Fail safe) 형식의 밸브를 사용한다. 공압식 밸브를 사용할 경우 공기공급 배관에 일정온도에서 녹는 가용(Fusible) 플러그 등을 설치하여 주변의 화재 발생 시 자동으로 작동되도록 한다.

(8) 열매체유 배관이 설치된 공간을 관통하는 가연성가스 배관이 설치되는 경우 안전하게 작동할 수 있는 위치에 가스 비상 차단밸브를 설치한다.

 

 

소화설비

1. 옥내 소화설비

(1) 연소실, 열매체유 사용공정 및 열매체유 배관이 통과하는 지역 등 열매체유 누출 시 화재가 발생할 수 있는 모든 건물에는 스프링클러를 설치하는 것이 바람직하다.

(2) 스프링클러 헤드당 방호면적은 고위험 수준에 맞게 9.3 ㎡로 하고 방류량은 정해진 기준을 만족하도록 설계한다. 또한, 열매체유가 누출될 수 있는 지역 중 설비에 의한 방사 방해로 인하여 반경 1m 또는 면적 1㎡의 사각지대가 발생할 경우 해당 부위에 스프링클러 헤드를 추가로 설치한다.

(3) 스프링클러 설비는 습식 자동기동 방식이 바람직하나 일제 개방방식도 차선책으로 고려한다. 일제 개방방식의 경우 헤드 당 방호면적은 9.3 ㎡를 넘지 않도록 하여야 하며, 기동용 감지부의 설치 간격은 관련 규정을 참고한다.

(4) 열매체유 보일러나 사용설비가 다공층 바닥형식의 다층 구조물에 설치된 경우 실제 열매체유의 누출 상황을 고려하여 폭발위험지역 설정, 소화설비 설치 등의 화재 예방상 필요한 조치를 하도록 한다.

(5) 공정 내에 배관을 통해서 공급되는 열매체유 이외에 다른 인화성 물질을 취급하지 않는 경우에는 다음의 조건하에서 스프링클러 설비를 생략할 수 있다.

- 배관에 플랜지 이음부가 없고 모든 이음부를 용접한 경우

- 밸브, 펌프 또는 이와 유사한 누출원이 없는 경우

- 자동 또는 수동 차단밸브가 설치된 주철배관을 사용한 경우

 

 

2. 옥외 소화설비

(1) 옥외에 설치된 열매체유 사용설비의 열매체유 보유 용량이 2,000L 이상이거나 순환 용량이 분당 200L 이상일 경우 관련 규정에 따라 물 분무 설비를 설치한다. 이보다 작은 규모의 열매체유 사용설비는 소화전이나 모니터 등의 제한적 소화설비를 사용할 수 있다.

(2) 열매체유 사용설비의 밸브, 플랜지, 부속류, 펌프 등 옥외 배관으로부터의 누출위험이 있고 누출로 인한 화재가 건물 또는 주요 구조부에 심각한 위험을 초래한다고 판단될 경우 적절한 소방시설을 설치한다.

 

3. 열매체유 보일러 내부화재 진압설비

(1) 열매체유 보일러 연소실 내부에는 불활성가스 자동 투입 설비를 설치한다.

(2) 열매체유 보일러 내부 소화용으로는 이산화탄소나 질소를 사용하되 세부 설계기준은 관련 규정을 따른다. 소화약제로는 스팀도 사용할 수 있으나 스팀 공급원의 신뢰성이 충분하여야 한다.

(3) 스팀을 이용하여 화재를 진압할 경우 스팀 방출량은 0.64 kg/min/㎥ 내지 1.3 kg/min/㎥로 하며 방호 대상 체적에 연소실을 포함하나 연소가스 배출 연도는 포함하지 않는다. 방출량은 화재진압 초기에 스팀이 방출되거나 방호대상물의 밀폐성이 좋을 경우 작은 값을 적용하고, 방호대상 내부의 공기 순환이 분당 1회 이상 이루어지는 등 질식 효과가 낮은 경우 높은 값을 적용한다.

(4) 스팀 혹은 불활성가스의 투입량 및 투입시간은 열매체유 보일러 내부에 설치된 내화재나 고열 부분의 온도가 열매체유의 인화점 이하로 떨어질 때까지 내부 질식농도가 유지되도록 설계한다.

(5) 다음과 같은 공정 조건 중 하나의 조건이 발생하면 경보를 울리고, 두 가지 이상의 조건이 발생하면 고정식 소화설비가 자동 기동 되도록 하되 필요시 원격으로 수동조작 할 수 있도록 한다.

- 열매체유 보일러로 들어가고 나오는 열매체유의 유량이 크게 차이가 날 때

- 팽창탱크의 열매체유 액위가 낮을 때(열매체유 부족 시 자동 충전하는 펌프가 없는 경우에만 해당된다)

- 연도를 통해서 방출되는 연소가스 중 가연성 가스의 농도가 증가할 때

- 열매체유 보일러에서 방출되는 연소가스의 투명도가 떨어질 때

- 연소가스 온도가 높을 때

- 연소가스의 일산화탄소농도가 증가할 때

- 연소가스의 산소농도가 감소할 때

(6) 열매체유 보일러의 연소실내에서 화재가 발생할 경우 다음과 같은 조치를 취한다.

- 연료 공급 차단

- 연소용 공기공급 팬 정지

- 연소가스 배출연도의 댐퍼는 개방 상태 유지

- 스팀 또는 다른 불활성가스를 투입하거나 화재 발생원 내부에 소화약제 투입

- 배관 내 열매체유를 비상 저장탱크로 배출

- 화재진압 후 급배기댐퍼를 열고 팬을 재가동하여 열매체유 보일러 튜브의 열손상 방지

(7) 질식 소화설비 설치 후 전부하 방출시험을 실시한다. 가능하다면 열매체유 보일러의 정상 작동 중 소화설비와의 연동 관계, 주요 부품 기능 여부, 소화약제 확보 여부를 확인 한다.

(8) 열매체유 보일러 댐퍼는 정기적으로 성능시험(최소 1년에 1회)을 실시하여 이상 유무를 확인하도록 한다.

 

 

4. 기타

(1) 열매체유 사용설비와 배관이 설치된 모든 장소에는 쉽게 접근할 수 있는 위치에 10 kg 내지 15 kg 용량의 분말소화기를 비치한다.

(2) 소화전을 사용할 경우 열매체유 누출지역이나 주변 가연물에 소화수가 충분히 도달할 수 있도록 소화전 호스가 비치되어야 하며, 화재진압용 소화전은 봉상형 노즐을 사용한다.

(3) 장기간 열매체유가 분출하는 형태의 화재가 발생할 수 있는 수직형 대용량 열매체유 보일러의 경우 물분무설비 외에 주변 철 구조물에 대한 내화조치가 필요하다.

(4) 여러 층에 걸쳐 열매체유 보일러를 설치하여 화재위험이 높을 경우 주철골 및 지지대에 내화를 적용하여 2시간 이상 화재에 견딜 수 있도록 하며 내화구조는 부식, 기후, 직접적인 소화수 압력 등에 견딜 수 있도록 시공한다.

 

Reference : KOSHA GUIDE D-40–2013 열매체유 보일러에 관한 기술지침