아크릴산 제조공정 사고사례를 통한 소각 시스템의 안전성 향상 방안 A Study on the Safety Improvement in Incineration System from the Case Study of Acrylic acid manufacturing process Accident원문보기
최근 대기환경규제의 강화로 화학공장에서 발생하는 폐가스를 소각 처리하는 경우가 증대되고 있다. 이러한 소각설비는 저장탱크 상부와 배관을 통해 연결되어 화염을 통하여 폐가스를 연소 소각시키기 때문에, 배관을 따라 화염이 역화될 경우에는 치명적인 사고로 연결될 수 있다. 본 연구는 아크릴산 제조공정의 소각시스템에서 발생한 중대산업사고에 대해 폭발의 3요소와 화염의 전파 원인을 분석하여 사고 예방대책 및 안전성 향상 방안을 다음과 같이 제시하였다. 첫째, 소각시스템의 송풍기를 재 가동하기 전에는 공기 또는 불활성 가스로 충분히 희석하여 폭발을 예방하여야 한다. 둘째, 폭굉으로 전이된 화염이 저장탱크로 전파되지 않도록 소각설비의 전단 및 저장탱크 상부에 폭굉용 화염방지기를 설치하는 것이 필요하다. 섯째, 폭연용 화염방지기를 그대로 사용할 경우에는 그 전단에 파열판을 설치하거나 저장탱크 상부와 소각설비의 배관을 후드식으로 연결하여 폭굉으로 전이된 화염을 저장탱크 밖으로 분출시켜야 한다. 마지막으로, 소각설비에 연결된 송풍기의 제어반(MCC)에 순간정전 보상장치인 시간지연계전기(TDR: time delay relay)등을 설치하여 순간정전 후에도 자동으로 재가동될 수 있도록 조치해야 한다.
최근 대기환경규제의 강화로 화학공장에서 발생하는 폐가스를 소각 처리하는 경우가 증대되고 있다. 이러한 소각설비는 저장탱크 상부와 배관을 통해 연결되어 화염을 통하여 폐가스를 연소 소각시키기 때문에, 배관을 따라 화염이 역화될 경우에는 치명적인 사고로 연결될 수 있다. 본 연구는 아크릴산 제조공정의 소각시스템에서 발생한 중대산업사고에 대해 폭발의 3요소와 화염의 전파 원인을 분석하여 사고 예방대책 및 안전성 향상 방안을 다음과 같이 제시하였다. 첫째, 소각시스템의 송풍기를 재 가동하기 전에는 공기 또는 불활성 가스로 충분히 희석하여 폭발을 예방하여야 한다. 둘째, 폭굉으로 전이된 화염이 저장탱크로 전파되지 않도록 소각설비의 전단 및 저장탱크 상부에 폭굉용 화염방지기를 설치하는 것이 필요하다. 섯째, 폭연용 화염방지기를 그대로 사용할 경우에는 그 전단에 파열판을 설치하거나 저장탱크 상부와 소각설비의 배관을 후드식으로 연결하여 폭굉으로 전이된 화염을 저장탱크 밖으로 분출시켜야 한다. 마지막으로, 소각설비에 연결된 송풍기의 제어반(MCC)에 순간정전 보상장치인 시간지연계전기(TDR: time delay relay)등을 설치하여 순간정전 후에도 자동으로 재가동될 수 있도록 조치해야 한다.
Recently, waste gas incineration is increasing due to strong environmental regulatory system in Korea. These incinerating facilities are usually connected with the top of the storage tank through pipeline and incinerate off gas with the flame. Therefore, the flame originated from these facilities is...
Recently, waste gas incineration is increasing due to strong environmental regulatory system in Korea. These incinerating facilities are usually connected with the top of the storage tank through pipeline and incinerate off gas with the flame. Therefore, the flame originated from these facilities is likely to move back into pipeline and might cause an explosion of the storage tank. Accordingly, the purpose of this study is to suggest the preventive measures and the way to improve the safety of these incineration systems through the cause analysis of a major industrial accident occurred in a acrylic acid manufacturing process in Korea. As a result of the study, the preventive measures are suggested as follows. (1) Air or inert gas inflow facilities should be well designed to dilute flammable gases into air or inert gas sufficiently before the blower is restarted in order to prevent the explosion (2) It is needed for the detonation-type flame arresters to be installed on the top of the storage tanks. (3) In case of using the deflagration-type flame arresters, it is necessary to install a rupture disk before the arresters, or blow off the flame outside tanks by connecting the tank top and the incinerator with hood-type pipe. (4) TDR should be installed to be restarted automatically after the momentary power failure.
Recently, waste gas incineration is increasing due to strong environmental regulatory system in Korea. These incinerating facilities are usually connected with the top of the storage tank through pipeline and incinerate off gas with the flame. Therefore, the flame originated from these facilities is likely to move back into pipeline and might cause an explosion of the storage tank. Accordingly, the purpose of this study is to suggest the preventive measures and the way to improve the safety of these incineration systems through the cause analysis of a major industrial accident occurred in a acrylic acid manufacturing process in Korea. As a result of the study, the preventive measures are suggested as follows. (1) Air or inert gas inflow facilities should be well designed to dilute flammable gases into air or inert gas sufficiently before the blower is restarted in order to prevent the explosion (2) It is needed for the detonation-type flame arresters to be installed on the top of the storage tanks. (3) In case of using the deflagration-type flame arresters, it is necessary to install a rupture disk before the arresters, or blow off the flame outside tanks by connecting the tank top and the incinerator with hood-type pipe. (4) TDR should be installed to be restarted automatically after the momentary power failure.
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문제 정의
본 연구는 아크릴산 생산공정의 소각시스템에서 발생한 중대산업사고의 사고원인을 분석하여 동종재해 예방대책 및 소각시스템의 안전성 향상 방안을 제시하였다.
본 연구는 위 공정의 소각 시스템에서 발생한 중 대산업사고에 대하여 폭발의 3요소에 의한 폭발 원인 규명 및 화염 역화의 원인을 분석하여 소각 시스템의 사고예방 대책과 안전성 향상 방안을 제시하고자 한다.
충진물은 Pall ring(1 1/2”,STS 304) 이 사용되었으며, 충진물 사이에는 공극이 존재하는 구조이다. 이 공극사이로 가연성 증기(톨루엔 증기) 와 공기가 혼합되어 폭발분위기를 형성한 상태에서 화염이 전파될 수 있는지를 확인하기 위해, 톨루엔 증기의 최대안전틈새를 문헌에서 찾아보았다. 그 결과, IEC 60079-1에서는 톨루엔의 최대안전틈새(maximum experimental safe gap)를 1.
제안 방법
또한, Dow chemical사에서는 직경 2 in(0.508 m), 길이 15 ft(4.6 m)인 직선배관(Case 1)과 직경이 2 in(0.508 m), 길이 16.4 ft(5.0 m)인 직선배관에 5.25 ft(1.6 m)의 엘보우를 연결한 배관(Case 2)에 4.3% 프로판/공기를 각각 채운 후, 화염을 직선관의 끝지 점에 점화시키고 연결배관 끝지점에 전파되는 화염의 속도 및 압력을 측정하였다. 그 결과, 화염속도는 Case 1(150 m/s)에 비해 Case 2(2,012 m/s)가 무려 13.
폭발원인을 화재․폭발의 3요소(가연물, 산화제 및 점화원)로 분석하여 그 원인을 다음과 같이 제시하였다.
대상 데이터
※ 탱크의 내용물은 공정 중 발생되는 톨루엔, 아크릴산 증기성분이 포함된 스팀 응축수임.
성능/효과
(2) 탈취탑의 살수가 거의 없는 상태에서 충진제 간격이 톨루엔 증기의 화염이 통과할 수 있는 틈새가 존재하며, 이 공간에서도 가연성 증기(톨루엔 증기 등)와 공기가 혼합되어 폭발분위기를 형성한 상태에서는 폭굉으로 전이된 화염이 충진층을 충분히 통과할 수 있다.
그 결과, 화염속도는 Case 1(150 m/s)에 비해 Case 2(2,012 m/s)가 무려 13.4배 이상 빨랐고 압력 또한, Case 1(0.41 kg/cm2 ) 에 비해 Case 2(17.7 kg/cm2 )가 무려 43.2배 이상 크게 나타났다[6].
또한, 현장조사 결과 송풍기 후단 배관 (6”)과 34”배관 사이에 화염방지기 및 체크밸브가 설치되어 있고 연결 배관 및 설비에서 화염에 의한 손상 및 흔적이 없는 것으로 미루어 보아, 소각로에서의 역화에 의한 점화가능성은 낮다고 판단된다.
2배 이상 크게 나타났다[6]. 위 결과는 가연성가스가 공기와 함께 채워져 있고 엘보우 등으로 연결된 배관(직선길이 5 m 이상)으로 화염이 전파될 경우에는 배관 끝단에서의 화염속도 및 압력이 크게 증가한다는 사실을 말해준다.
위 내용으로 미루어 볼 때, 탈취탑의 살수가 거의 없는 상태에서 충진제 충진간격이 톨루엔 증기의 화염이 통과할 수 있는 틈새가 있고 화염이 폭굉으로 전이되어 빠른 속도로 탈취탑을 통과할 경우에는, 비록 Liquid wetted packing층이라도 화염이 Packing층을 통과할 수 있다는 사실을 알 수 있다.
후속연구
(4) 소각설비에 연결된 송풍기의 제어반(MCC)에 순간정전 보상장치인 시간지연계전기(TDR)를 설치하여 순간정전 후에도 자동으로 재가동되어 배관내 고농도의 가연성 증기가 체류하지 않도록 조치하는 것이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
폐가스는 어떻게 무해하도록 처리되어 배출되는가?
화학공정에서 발생되는 폐가스(off gas)는 연소/ 소각, 대기배출 및 흡수/흡착 방법을 통해 안전하고 무해한 가스로 처리되어 대기로 배출된다. 이중 저장탱크 등에서 발생한 폐가스는 주로 소각설비를 통해 소각 후 대기로 내보내고 있다.
소각 시스템이 가진 문제는?
그렇지만 이러한 소각 시스템은 연소 소각에 사용되는 고온의 화염이 배관을 통해 저장탱크 및 연결설비로 역화되어 저장탱크 등에서 폭발이 발생할 수 있으므로 설계 및 운전에 있어서는 그 안전성이 충분히 검토되어야 한다[1].
아크릴산 제조공정의 소각시스템의 사고 예방대책 및 안전성 향상 방안에는 어떤것이 제시될 수 있는가?
본 연구는 아크릴산 제조공정의 소각시스템에서 발생한 중대산업사고에 대해 폭발의 3요소와 화염의 전파 원인을 분석하여 사고 예방대책 및 안전성 향상 방안을 다음과 같이 제시하였다. 첫째, 소각시스템의 송풍기를 재 가동하기 전에는 공기 또는 불활성 가스로 충분히 희석하여 폭발을 예방하여야 한다. 둘째, 폭굉으로 전이된 화염이 저장탱크로 전파되지 않도록 소각설비의 전단 및 저장탱크 상부에 폭굉용 화염방지기를 설치하는 것이 필요하다. 섯째, 폭연용 화염방지기를 그대로 사용할 경우에는 그 전단에 파열판을 설치하거나 저장탱크 상부와 소각설비의 배관을 후드식으로 연결하여 폭굉으로 전이된 화염을 저장탱크 밖으로 분출시켜야 한다. 마지막으로, 소각설비에 연결된 송풍기의 제어반(MCC)에 순간정전 보상장치인 시간지연계전기(TDR: time delay relay)등을 설치하여 순간정전 후에도 자동으로 재가동될 수 있도록 조치해야 한다.
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