석유화학 플랜트는 수많은 설비들이 배관을 통해 연결되어 있다. 이중 하나의 설비에서 화재가 발생한 경우 배관을 타고 인접 시설이나 설비에 영향을 주게 된다. 그래서 배관 내부에서 화염이 전파되는 것을 막기 위해 화염방지기라는 것을 설치한다. 한국산업안전보건공단에서 제공하는 화염방지기 설치 등에 관한 기술지침(2019.12.24.)을 중심으로 화염방지기에 대해 살펴보도록 하자.
화염방지기라는 것이 무엇인가?
가. 화염방지기(Flame Arrester)란
화염방지기는 가연성 가스 또는 인화성 액체를 저장하거나 수송하는 설비 내·외부에서 화재가 발생시 폭연 및 폭굉 화염이 인접설비로 전파되지 않도록 차단하는 장치를 말한다.
- 폭연 : 연소에 의한 폭발 충격파가 미반응 매질 속에서 음속 이하의 속도로 이동하는 폭발현상
- 폭굉 : 연소에 의한 폭발 충격파가 미반응 매질 속에서 음속보다 빠른 속도로 이동하는 폭발현상
나. 화염방지기 설치 등에 관한 기술지침의 적용 범위
인화점 60℃ 이하인 인화성 액체 또는 인화점이 100℃ 이하이고 저장온도가 인화점을 초과하는 물질의 증기 또는 가스를 대기로 방출하는 설비와 화염의 전파 우려가 있는 배관 및 설비에 적용한다.
인화방지망과 다른가요?
가. 인화방지망(Flame Screen)이란
인화방지망은 외부에서 발생한 화염의 전파를 억제하기 위하여 통기관 끝에 설치하는 40메쉬(Mesh) 이상의 구리망 등으로 만들어진 인화방지장치를 말한다. 위험물 저장탱크의 통기관 선단에 인화방지망을 설치하고 있다. 인화방지망에 사용되는 구리는 다른 금속에 비해 열전도율이 높아 외부에서 발생되는 화염의 열기를 빨리 흡수하여 배관 내부로 화염이 전파되지 않도록 하는 역할을 한다.
나. 인화방지망과 화염방지기의 차이
인화방지망(Flame Screen)은 구리망 등으로 된 얇은 금속망을 말하며 화염방지 기능이 있다. 불길이 유입되면 열전도율이 높은 구리가 열기를 흡수해 배관 내부로의 인화를 막아준다. 그러나 불길이 지속적으로 유입되면 구리망이 계속 가열됨으로 인해 불꽃이 배관 내부로 유입된다.
화염방지기(Flame Arrester)는 금망, 소결금속, 다공관, 주름리본, 기타 금속이나 무기재료를 이용한 것으로서 화염을 차단시키는 기능과 폭발 압력에 견딜 수 있는 금속망이다. 불길이 유입되면 여러 겹의 금속망이 화염의 열기를 흡수해 배관 내부로 화염이 전파되는 것을 차단시킨다. 불길이 지속적으로 유입되어도 여러 겹의 금속망이 화염 제거 역할을 수행한다.
화염방지기의 형식 및 구조에 따른 분류
가. 소염소자식 화염방지기
화염방지기 내부에 설치되는 금망, 소결금속, 다공관, 주름리본, 기타 금속이나 무기재료를 이용한 것으로서 화염을 차단시키는 것을 말한다. 본체가 금속제로서 내식성이 있으며, 폭발 및 화재로 인한 압력과 온도에 견딜 수 있다. 소염소자는 1,000℃ 이상에서도 변형 등이 없는 내열성 재질로 이루어져 있다.
나. 액봉식 화염방지기
소염소자를 사용하지 않고 통기관 끝부분을 액체에 담금으로서 외부의 화염이 설비 내부로 전달되지 않도록 한 것을 말한다.
화염방지기의 설치 위치 및 방어 대상에 따른 분류
가. 관말단 화염방지기
대상물질을 저장·취급하는 설비로부터 증기 또는 가스를 대기로 방출하는 통기관의 말단부분에 설치하여 설비 외부에서 발생한 화염이 설비 내부로 전파되지 않게 하는 보호기능을 가지고 있는 것을 말한다.
나. 관내 폭연방지기
대상물질을 저장·취급하는 설비 사이에 연결된 배관 중에 설치하여 일방의 설비에서 화재 및 폭발이 발생할 경우, 반대편으로의 화염전파를 차단하는 보호기능을 가지고 있는 것을 말한다.
다. 관내 폭굉방지기
대상물질을 저장·취급하는 설비 사이에 일방의 설비에서 화재 및 폭발이 발생하여 긴 배관 내에서 가속화된 폭굉파가 발생할 경우, 폭굉의 전파를 차단하는 보호기능을 가지고 있는 것을 말한다.
화염방지기의 설치위치 및 설치방법
가. 설치 위치
① Flame Arrester라고 부르는 화염방지기는 가능한 한 보호대상 화학설비의 통기관 끝단에 설치하는 것을 권장한다. 화염방지기의 유지보수 등을 위하여 배관 중간에 설치할 경우에는 인화성 가스나 증기의 특성을 고려하여 관내 폭연방지기 또는 관내 폭굉방지기를 설치하여야 한다.
② 통기관에 통기밸브(Breather Valve)가 있는 경우에는 당해 화학설비와 통기밸브 사이에 화염방지기를 설치하여야 한다. 다만, 화염방지기의 성능을 갖는 통기밸브인 경우에는 화염방지기의 설치를 생략할 수 있다.
③ 화염방지기를 배관에 설치할 경우에는 관내 폭연방지기를 설치하되 배관의 길이가 길어 폭굉으로 인한 손상 등 화염방지기의 기능이 상실될 우려가 있는 경우에는 폭굉방지기를 설치하여야 한다. 다만, 사전에 폭발압력을 배출할 수 있도록 파열판을 설치하는 등 화염방지기의 손상을 방지하기 위하여 적합한 폭발압력 방산구조로 한 경우에는 그러하지 아니하다.
나. 인화점에 따른 설치 대상
상온에서 저장·취급하는 액체의 인화점이 38℃ 이상이고, 60℃ 이하인 경우에는 화염방지기의 설치를 생략하고 인화방지망을 설치할 수 있다. 인화점이 100℃ 이하이고, 저장온도가 인화점을 초과하는 경우에는 화염방지기를 설치하여야 한다.
다. 설치 방법
화염방지기는 설치하는 설비의 설계압력을 초과하지 않도록 충분한 용량의 성능으로 설치하여야 한다. 또한, 화염방지기가 결빙, 승화, 응축 등으로 막힐 우려가 있는 경우에는 화염방지기에 보온 등 적절한 결빙 방지조치를 하여야 한다.
라. 청소 및 점검
소염소자는 매년 1회 이상 막힘, 부식, 변형, 파손 등의 상태를 확인하고, 통기가 잘 되도록 청소를 하여야 한다. 다만 분진, 중합 등으로 막힘이 자주 일어날 우려가 있는 경우에는 점검주기를 단축하여야 한다.
화염방지기 내부 구조를 살펴보자.
배관 등 가연성 가스가 유통되는 부분에 연소차단용 금속망을 설치한다. 고온 화염이 금속망에 접촉하면 열전도에 의해 급속하게 열을 빼앗긴다. 연소반응에 필요한 열기가 금속망에서 불성화되면서 화염전파가 차단된다. 화염방지기는 화염을 제거하는 소염능력이 있어야 하고, 폭발 압력에 견디는 기계적 특성이 있어야 한다.
위험물 안전관리법에서의 화염방지장치에 대한 규정
가. 위험물 안전관리법 시행규칙 별표 6
위험물 안전관리법 시행규칙 별표6. 옥외탱크저장소의 위치·구조 및 설비의 기준에서 Ⅵ. 옥외저장탱크의 외부구조 및 설비의 제7호를 살펴보면 다음과 같다.
7. 옥외저장탱크중 압력탱크(최대상용압력이 부압 또는 정압 5㎪을 초과하는 탱크를 말한다)외의 탱크(제4류 위험물의 옥외저장탱크에 한한다)에 있어서는 밸브없는 통기관 또는 대기밸브부착 통기관을 다음 각목에 정하는 바에 의하여 설치하여야 하고, 압력탱크에 있어서는 안전장치를 설치하여야 한다.
가. 밸브없는 통기관
1) 직경은 30㎜ 이상일 것
2) 선단은 수평면보다 45도 이상 구부려 빗물 등의 침투를 막는 구조로 할 것
3) 인화점이 38℃ 미만인 위험물만을 저장 또는 취급하는 탱크에 설치하는 통기관에는 화염방지장치를 설치하고, 그 외의 탱크에 설치하는 통기관에는 40메쉬(mesh) 이상의 구리망 또는 동등 이상의 성능을 가진 인화방지장치를 설치할 것. 다만, 인화점이 70℃ 이상인 위험물만을 해당 위험물의 인화점 미만의 온도로 저장 또는 취급하는 탱크에 설치하는 통기관에는 인화방지장치를 설치하지 않을 수 있다.
4) 가연성의 증기를 회수하기 위한 밸브를 통기관에 설치하는 경우에 있어서는 당해 통기관의 밸브는 저장탱크에 위험물을 주입하는 경우를 제외하고는 항상 개방되어 있는 구조로 하는 한편, 폐쇄하였을 경우에 있어서는 10㎪ 이하의 압력에서 개방되는 구조로 할 것. 이 경우 개방된 부분의 유효단면적은 777.15㎟ 이상이어야 한다.
나. 대기밸브부착 통기관
1) 5㎪ 이하의 압력차이로 작동할 수 있을 것
2) 가목3)의 기준에 적합할 것
나. 산업안전보건기준에 관한 규칙 제269조(화염방지기의 설치 등)
① 사업주는 인화성 액체 및 인화성 가스를 저장 취급하는 화학설비에서 증기나 가스를 대기로 방출하는 경우에는 외부로부터의 화염을 방지하기 위하여 화염방지기를 그 설비 상단에 설치하여야 한다. 다만, 대기로 연결된 통기관에 통기밸브가 설치되어 있거나, 인화점이 섭씨 38도 이상 60도 이하인 인화성 액체를 저장·취급할 때에 화염방지 기능을 가지는 인화방지망을 설치한 경우에는 그러하지 아니하다.
② 사업주는 제1항의 화염방지기를 설치하는 경우에는 산업표준화법에 따른 환국산업표준에서 정하는 화염방지장치 기준에 적합한 것을 설치하여야 하며, 항상 철저하게 보수·유지하여야 한다.
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끝까지 읽어 주셔서 감사 드립니다.
글 내용 중에 제가 잘못 생각하고 있는 부분이 있거나,
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