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반응기, 저장탱크, 보일러 등의 화학설비는 인화성액체나 인화성가스 등 위험물을 취급하거나 고온·고압에서 운전되어 화재, 폭발 및 독성물질 누출과 같은 대형사고 발생 위험을 가지고 있어 항상 주의하여야 한다. 특히 고온·고압에 운전되는 화학설비의 안전관리 측면에서 가장 중요하게 생각하면서도 논쟁이 되는 것은 방폭설비 설치를 위한 폭발위험장소의 설정과 외부화재시 과압 등에 의한 안전성이다. 이에 이번 연구에서는 화학설비 주변의 폭발위험장소 설정과 외부화재시 안전성 향상 방안을 제시하고자 한다.
화학설비 주변의 폭발위험장소 설정을 위해 먼저 도시가스 등 공기보다 가벼운 가스 취급지역에 대한 폭발위험장소의 범위를 ...

반응기, 저장탱크, 보일러 등의 화학설비는 인화성액체나 인화성가스 등 위험물을 취급하거나 고온·고압에서 운전되어 화재, 폭발 및 독성물질 누출과 같은 대형사고 발생 위험을 가지고 있어 항상 주의하여야 한다. 특히 고온·고압에 운전되는 화학설비의 안전관리 측면에서 가장 중요하게 생각하면서도 논쟁이 되는 것은 방폭설비 설치를 위한 폭발위험장소의 설정과 외부화재시 과압 등에 의한 안전성이다. 이에 이번 연구에서는 화학설비 주변의 폭발위험장소 설정과 외부화재시 안전성 향상 방안을 제시하고자 한다.
화학설비 주변의 폭발위험장소 설정을 위해 먼저 도시가스 등 공기보다 가벼운 가스 취급지역에 대한 폭발위험장소의 범위를 IEC 기준에 의한 가상체적을 이용하여 계산하였다. 배관(노즐) 크기에 따른 누출구의 면적(5종류)을 선정하여 운전압력(5종류)과 조합한 25가지 시나리오에 대해 폭발위험장소를 구분한 결과 공기보다 가벼운 가스 사용시설 주변을 가스폭발위험장소로 구분하여야 함을 확인하였다. 아울러, 중소규모 사업장에서 쉽게 사용할 수 있도록 사용 압력 및 배관(노즐) 크기에 따라 폭발위험장소의 종류와 범위를 설정하는 프로그램을 개발하였다. 또한 도시가스, LPG 및 톨루엔 취급설비 주변의 가상체적을 이용한 폭발위험장소의 범위와 PHAST와 BS의 수학적 방법에 의한 범위를 비교하여 가상체적을 이용한 방법의 타당성을 확인하였으며, 25개 범주에 대한 폭발위험장소의 범위를 나타내는 표를 제안하여 중소규모 화학공장 등에서 쉽고 경제적으로 폭발위험장소를 구분할 수 있도록 하였다.
화학설비 주변의 외부화재시 안전성 향상을 위해 우선 3톤 미만의 LPG 소형저장탱크 주변에서 액면화재 발생 시 탱크의 위험성을 조사하였다. 탱크에 설치된 안전밸브에 의해 과압을 해소할 수 있지만 방출되는 LPG에 의해 화재나 폭발이 발생할 수 있으며, 액체와 접촉하지 않는 탱크 벽면이 과열에 따른 강도저하로 파열되어 분출화재(Jet fire)나 비등액체팽창증기폭발(BLEVE, Boiling-Liquid Expanding-Vapor Explosion)이 발생할 수 있음을 확인하였다. 이에 LPG 소형저장탱크에도 폭발방지장치나 살수장치를 설치하거나 보온재 설치나 내열코팅, 탱크 설계시 안전율 제고 등의 대안을 제시하였다. 다음으로 공기저장탱크 주변에서 액면화재가 발생할 경우 탱크 벽면의 온도와 내부의 압력을 예측하여 7분 이내에 파열됨을 알 수 있었고, 7.5 m 이상의 고소지역 등에서 발생할 수 있는 일반화재시 공기저장탱크의 압력상승 경향을 파악하여 과압 방지를 위한 안전밸브가 필요하다는 결과를 도출하였다. 마지막으로 중소규모 화학공장의 톨루엔을 용매로 사용하는 반응기 주변에서 화재가 발생할 경우의 안전성을 검토하였다. 20분 이내에는 안전밸브가 작동하지 않을 수도 있지만 안전밸브가 작동하여 고온의 톨루엔 증기가 대기로 방출되면 폭발범위를 형성할 수 있다. 또한 고온의 톨루엔 증기를 흡수탑으로 배출할 경우 과도한 압력손실이나 익류점(Flooding point)을 형성하여 흡수탑이 파손되거나 정상적으로 가동되지 않을 수 있음을 확인하였다. 중소규모 화학공장의 이런 위험성을 제거하기 위해 적절한 보온재와 보호덮개를 사용하여 안전밸브 배출용량을 감소시킨 후 기존에 사용하는 흡수탑을 톨루엔 증기의 인입배관이 순환수에 침액되는 구조로 하거나 흡수탑 대신에 별도의 냉각드럼을 설치하는 것을 제안하였다.

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