폭발분위기의 회피 또는 감소

“폭발성 가스분위기(Explosive gas atmosphere)”라 함은 발화 후 연소가 계속될 수 있는 가스, 증기 형태의 인화성 물질이 대기상태에서 공기와 혼합되어있는 상태를 말한다.

 

 

 

폭발분위기의  회피  또는  감소

폭발위험장소의 범위를 줄이거나 없애기 위한 대책은 다음과 같다.

 

기본원칙

폭발위험을 줄이기 위하여 먼저 누출 위험성평가를 하고 이에 따른 위험 감소대책을 적용하는 경우에는 다음 순서에 따른다.
- 안전(예방)설계(appropriate design (without using safeguarding))
- 안전(방호)조치(safeguarding; protection)
- 사용정보(information for use) 제공
- 기타 예방조치(any other preventive measures)

 

폭발은 폭발분위기에 점화원이 있을 경우에 발생하게 되므로, 폭발방지를 위한 폭발분위기와 점화원이 동시에 발생할 가능성을 줄이기 위하여 다음 순서대로 조치한다.
1. 다음과 같은 예방조치(prevention)를 취한다.
- 폭발분위기의 회피 또는 감소 : 물질의 폭발 범위 밖 또는 제한으로 산소농도를 하한 값 이하로 유지한다.
- 점화원을 피한다.

2. 위의 예방조치와는 달리 폭발은 수용하되, 분리·배기·억제 또는 제한 등의 방법에 의하여 위험하지 않은 범위 이내로 폭발의 범위를 제한하거나 중지시키는 보호조치(protection)를 취한다.

3. 폭발위험 감소대책은 위의 예방조치 또는 보호조치 중 하나만을 적용하여 달성 할 수도 있으나, 이 둘의 원리를 조합할 수도 있다.

4. 폭발분위기의 생성가능성이 높은 경우에는 보다 높은 점화원 관리방법을 적용하고, 그 역 또한 같다. 각각의 경우에 이러한 수단의 선택에서 적합한 폭발방지 및 방호조치의 적용은 충분한 지식과 많은 경험을 필요로 한다(sound engineering judgement).

 

 

폭발분위기의 회피 또는 감소

폭발위험의 회피 또는 감소 대책은 다음과 같다. 
1. 공정 파라미터
- 물질의 대체 또는 사용 양의 감소
- 물질의 농도 제한     

- 불활성화(inerting) 

2. 장비 등의 설계 및 구조
- 인화성물질을 취급하는 장치 등은 설계단계에서 해당 물질이 누출되지 않는 폐쇄 구조로 한다.
- 인화성물질의 누출 회피 또는 감소는 다음에 의한다.

① 장비 등에서 인화성물질의 누출을 최소화하기 위해서는 인화성물질이 누출되지 않도록 설계·제조·설치 및 운전한다.
② 동적응력을 받기 쉬운 봉인부, 개스킷 등과 같은 부위 즉, 펌프 글랜드, 샘플링부위 등에서는 작은 누설이 있을 수 있으나, 이러한 경우에는 점화원이 없는 곳으로 밀폐된 우회로를 만들어 증기를 배출시켜 누출부 인근에서의 폭발분위기가 생성되지 있도록 설계한다.
③ 장비 등은 인화성물질의 누출이 최소화되고 확산되지 않도록 배치하되, 필요한 경우에는 누설감지기를 부착하고 다음의 조치를 취한다.

◦ 취급되는 물질과의 부식, 마모 및 위험한 상호작용과 관련된 개스킷, 접합부, 글랜드패킹 및 단열재를 포함하는 재료와 구조 선택
◦ 기밀된 피팅(fittings with respect to their tightness) : 탈착 가능한 접속부의 수와 크기는 가급적 최소화 유지
◦ 무결성 배관, 유연배관의 최소화 : 충격 방지, 적합한 위치 등(유연 배관의 최소화)
◦ 아주 작은 누설을 제어하기 위한 배출구 및 국소배기 
◦ 밀봉된 말단 커플링이 장착된 탈착 가능한 연결부
◦ 충전 및 배출 조작 : 증기수지시스템(vapour balance system)을 채용하고 개구부의 수 및 크기의 최소화

 

 

3. 환기에 의한 희석
환기는 인화성가스와 증기의 배출 효과에 큰 영향을 미치며, 장비 등의 내외부에 적용 가능하다. 일반적으로 제한된 공간에서 환기영향을 평가하는 파라미터(parameter)는 1시간당 환기용적의 양으로 정량화한 값이며, 환기의 종류(자연 또는 강제)와 제공되는 환기 정도(제한의 유무, 적절, 부적절), 그 신뢰성 및 환기 시스템의 고장에 따라서 생기는 결과를 고려하여 환기등급 및 유효성으로 구분하여 위험장소를 설정한다.
- 환기등급은 내부에 누출원이 있는 설비에서 가동 전에 충분한 환기가 되고 있음을 전제하고 다음과 같이 3가지로 분류한다.

① 고환기 : 누출되는 물질의 농도를 실질적, 순간적으로 폭발 하한값 이하로 낮출 수 있어 결과적으로 비위험장소로 할 수 있는 환기수준
② 중환기 : 누출 중에 농도 증가를 억제할 수 있어 안전한 수준의 위험범위를 유지할 수 있고 누출이 정지된 후에는 신속하게 위험분위기를 해소 가능한 환기수준
③ 저환기 : 적절한 환기가 되지 않는 상태를 말하며, 누출 중에는 농도를 제어할 수 없고, 누출이 정지된 후에도 위험분위기를 해소하지 못하는 환기

- 환기 유효성은 위험분위기의 존재, 형성에 중요한 영향을 미쳐 위험장소의 종별을 좌우한다. 환기의 유효성과 신뢰성이 떨어지면 위험장소의 종별과 범위가 넓어지므로, 환기 유효성을 확보하기 위한 수단으로 고장 센서의 설치를 고려할 수 있으며 센서의 설치상황에 따라 다음과 같이 구분한다.

① 우수 : 환기가 실질적 및 연속적으로 행해지도록 고장 검출 센서를 이중으로 설치한 경우를 말한다.
② 양호 : 통상 환기가 정상 이뤄지지만 간혹 짧은 시간 동안 정지될 수 있는 환기로, 고장검출센서 1개를 설치하여 환기의 유효성 및 신뢰성을 확보하는 경우를 말한다.
③ 미흡 : 양호한 환기 기준에 미치지 못하는 환기를 말하며, 고장 검출센서가 설치되어 있지 않지만 장기간 환기 정지는 되지 않는 경우를 말한다.

 

 

장비  등의  기밀(Tightness  of  equipment)

<완전  기밀장비(Equipment  which  is  durably  technically  tight)>

1. 기술적으로 내구성있게 기밀된 장비의 경우에는 누설되지 않는 것으로 간주하며, 다음의 경우 내구성 있는 완전 기밀 장비로 본다.
- 부품 등이 기술적으로 기밀이 유지되는 구조로 설계, 시공, 또는 
- 정비 또는 감시(supervision)에 의하여 기술적 기밀이 보장됨을 의미

2. 누설우려가 거의 없는 완전기밀구조의 예는 다음과 같다.
- 다음과 같은 방법으로 용접된 장비(welded equipment)의 경우

① 탈착 가능한 부품과 용접된 경우, 그러나 운전 중에 탈착할 필요가 없고 아래 3.의 배관 연결부와 같이 설계된 구성품, 다만 금속 밀봉 접속(metallically sealing connections)부는 제외한다.
② 배관, 피팅 블라인드 덮개 등의 탈착 가능한 접속부가 부품과 용접된 경우,

다만, 운전 중에 거의 탈착하지 않고 아래 5.항에 따라 탈착 가능한 배관 접속구조를 갖고 있는 경우

- 실링링이 있는 복동운동축(펌프, 교반기 등) 
- 캔드형 전동 펌프(canned motor pumps)
- 벨로우즈, 안전 글랜드, 글랜드 등에 의하여 스핀들 통로가 밀봉되는 피팅류

 

3. 기술적으로 완전 기밀된 배관 연결부의 예 :
- 탈착 불가능한 연결부. 예, 용접된 경우
- 가동 중에 거의 탈착하지 않으나 탈착 가능한 다음의 접속부 

① 용접립 가스킷이 있는 플랜지(weld-lip seal flanges); 
② 통 및 그루브 플랜지(tongue and groove flanges)
③ 프로젝션 및 홈 플랜지(projection and recess flanges)
④ V 통그 및 V 통그 밀봉플랜지(flanges with V-tongues and V-tongue seals) 
⑤ DIN 플랜지에 사용되는 평활 밀봉 스트립 및 특수 밀봉, 소프트 패킹(최대 PN 25 이하), 금속 삽입 개스킷, 금속 코팅 개스킷 등의 플랜지

주) 1. DIN(Deutsches Insititut for Normung) 독일규격협회에 따른 공업규격을 말함 
      2. PN은 ISO 7005-2에 의한 압력을 칭하는 것으로, PN-25는 압력 10 ㎏/㎠ 을 말함

⑥ 직경 DN 32를 넘는 배관의 금속 밀봉 접속(절단 및 연결 링 클램핑 제외) 

주) DN(Diameter Nominal)은 IS0 7005-1에 의한 배관호칭으로, DN 32는 내경이 32㎜임을 말함

 

 

4. 완전 기밀된 피팅이 사용 중 거의 탈착되지 않는 경우
- 위에서 언급된 배관 연결부
- NPT 나사 또는 나사 실링, 다만, 직경≤50 이하, 변화하는 열부하(△T>10, 0℃)에 노출되지 않는 조건하에서만 해당

주) NPT(National Pipe Taper Thread)나사는 미국에서 주로 사용하는 나사 규격 

5. 다음의 설비의 경우, 단순한 구조적 조치 이외에 기술적 조치 등의 조합을 통한 적절한 감시 및 관리에 의해서 완전 기밀장비 효과가 가능하다.

- 동적 응력을 받는 씰 및 개스킷, 예) 펌프 샤프트 
- 플랜트 설비에서 열적 응력을 받는 씰 및 개스킷

6. 내구성있는 기밀장비를 보증하기 위한 감시 및 관리의 범위와 빈도는 재료의 개별 상태와 특성에 따라 노출되는 접속, 설계, 운전모드 및 노출되는 정도에 따라 다르다. 이때에는 제조자 또는 사용 지침서 등에서 권고하는 감시 및 정비의 범 
위와 빈도를 고려한다.

7. 감시는 다음 중 하나의 조치로 충분할 수 있다.
- 장비의 육안 검사 및 누설 점검(누설로 인한 흔적, 동결, 냄새, 소리 등) 
- 이동형 누설지시기 또는 휴대형 가스검출기에 의한 장비 점검
- 경보기능을 보유한 측정 장치를 고정 설치하여 자동으로 지속적 또는 주기적인 감시

주) 기밀성 감시의 범위 및 빈도는 적합한 예방정비에 따라 줄어들 수 있다.

 

 

<기밀  장비(Technically  tight  equipment)>
1. 기밀 장비란 거의 누출되지 않는 장비로, 기밀시험 또는 누설을 방지하기 위하여 비누거품·누설검출기 또는 지시계 등 휴대형기기를 이용한 기밀감시/점검하는 것을 말한다.

2. 기밀 장비의 예는 다음과 같다.
- 매끄러운 실링스트립(sealing strip) 사용 플랜지(실링구조에 대한 특별한 요구사항 없음)
- DN 32(직경)를 넘는 배관의 절단/클램프링 접속부(cutting and clamping ring connections)
- 단동축실링으로 기밀되는 펌프(pumps whose tightness relies solely upon a single-acting axial seal ring)
- 가동 중 거의 탈착되지 않은 (탈착 가능한)접속부

 

Reference : KOSHA GUIDE E - 146 - 2015 폭발위험장소 설정을 위한 인화성물질 누출원 평가에 관한 기술지침