○ 관련 규격 및 자료
- 미국 FM Loss Prevention Data Sheets 7-92, “Ethylene Oxide”, 2007
- 미국 FM Loss Prevention Data Sheets 1-44, “Damage-limiting Construction”, 2008
- KS B 6750, “압력용기 설계 및 제조일반”
- KOSHA GUIDE-D-18-2013, “안전밸브 등의 배출용량 산정 및 설치 등에 관한 기술지침”
- KOSHA GUIDE-D-52-2013, “배관계통의 공정설계에 관한 기술지침”
- KOSHA GUIDE-E-47-2012, “가스 폭발위험장소의 설정 및 관리에 관한 기술지침”
- KOSHA GUIDE-E-48-2012 “가스 폭발위험장소에서의 전기설비 설계, 선정 및 설치에 관한 기술지침”
산화에틸렌 취급설비의 안전에 관한 기술지침(P-141-2014)
[목 차]
1. 목적
2. 적용범위
3. 용어의 정의
4. 일반사항
5. 일반적인 안전조치
6. 저장설비 등의 안전조치
7. 살균설비 등 사용설비의 안전조치
1. 목적
이 지침은 인화성가스인 산화에틸렌 저장 및 취급설비와 그 부속설비에서 화재·폭발의 예방 및 피해를 최소화하기 위한 안전조치에 필요한 사항을 제시하는데 그 목적이 있다.
2. 적용범위
이 지침은 일반적으로 예상되는 사고의 예방과 피해를 최소화 하는 목적에 적용되며, 소화설비 고장, 안전장치 고장 또는 작업절차 오류 등에 의한 사고예방에는 적용되지 않는다.
3. 용어의 정의
(1) 이 지침에서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.
(가) “블랭킷 (Blanket)”이라 함은 액체상태의 물질을 저장 또는 취급하는 용기내의 액체 상부 기상공간에 질소 등의 불활성 기체를 투입하여 압력을 조절해 기상공간에서 폭발 분위기 조성을 방지하는 것을 말한다.
(나) “피해제한구조 (Damage-limiting construction)”라 함은 밀폐된 작업장에 서 인화성 가스/공기 혼합물의 폭연 발생에 대비하여 벤트면적과 건축물의 내압설계를 조합하여 피해를 제한할 수 있도록 한 건축물 구조를 말하며, 산화에틸렌 취급 작업장의 피해제한구조는 <부록 1>에 따른다.
(다) “혼합물 (Mixture)”이라 함은 폭발범위를 좁히고 분해 위험성을 줄이기 위해 산화에틸렌을 질소, 이산화탄소, 스팀, 메탄 등의 희석기체와 혼합한 상태를 말한다.
(라) “고장모드 (Failure mode)”라 함은 자동조절밸브의 구동용 압축공기 공급이 중단되었을 경우 밸브의 상태를 말한다.
(마) “입출하 설비 (Loading and unloading station)”라 함은 탱크로리에서 저장탱크로 이송하거나, 반대의 작업을 하는 탱크로리의 정차 장소를 포함한 이송 배관 및 밸브 등 부속설비를 말한다.
(바) “살균공정 (Sterilization process)”이라 함은 박테리아, 곰팡이, 바이러스를 포함한 모든 생명체를 제거하는 공정으로 이 지침에서는 산화에틸렌을 이용하여 의료장비 등을 처리하는 공정을 말한다.
(사) “내력벽 (Loadbearing wall)”이라 함은 벽에 부과되는 하중을 건축물의 기초에 전달하여 견딜 수 있는 구조의 벽을 말한다.
(2) 기타 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 특별한 규정이 있는 경우를 제외하고는 「산업안전보건법」 , 같은 법 시행령, 같은 법 시행규칙 및 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 에서 정하는 바에 따른다.
4. 일반사항
4.1 물리화학적 특성
(1) 액화가스의 상태로 주로 취급되며, 물리화학적 성질은 <표 1>과 같다.
(2) 에폭시에탄(Epoxyethane) 또는 옥시레인(Oxirane)으로도 명명되는 산화에틸렌은 -C-O-C의 결합력이 약하기 때문에 반응성이 높아 폴리산화에틸렌(Poyet-(hylene oxide), 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 글리콜 이써(Glycol ethers), 폴리에스테르(Polyesters) 등의 물질을 제조하는 중간체로 사용되며, 또한 살균제 및 소독제로 사용된다.
<표 1> 산화에틸렌의 물리화학적 성질
| 화학구조 | H2C CH2 O | 용해도 | 수용성 (100 g/ 100 ㎖) |
| 분자량 | 44.05 | 증발잠열(101 ㎪) | 569 kJ/㎏ |
| 녹는점(101 ㎪) | -112.2 ℃ | 인화점 | -29 ℃ 미만 |
| 끓는점(101 ㎪) | 10.4 ℃ | 폭발한계(27∼38 ℃ , 100∼200 ㎪) |
3.0∼100 % |
| 액체 비중(20 ℃ ) | 0.871 | 자연발화온도(101 ㎪) | 429 ℃ |
| 액체 밀도(20 ℃ ) | 871 ㎏/㎥ | 연소열 | 29,400 kJ/㎏ |
| 증기압(20 ℃) | 146 ㎪ | 자연 분해온도(101 ㎪) | 571 ℃ |
| 기체 비중(40 ℃ ) | 1.49 | 분해열(기체) | 161 kJ/㎏ |
| 기체 밀도(40 ℃ ) | 1.68 ㎏/㎥ | 임계온도 | 198.8 ℃ |
| 비체적(40 ℃ , 101 ㎪) | 0.595 ㎥/㎏ | 임계압력 | 7,190 ㎪ |
(3) 증기는 불안정하여 폭발적으로 분해될 위험성이 높아 저장 및 취급 시 다음 각 호와 같은 화재·폭발의 위험이 있으며, 또한 개방계 증기운 폭발 위험이 높은 대표적이 물질이므로 증기운 폭발 발생 가능성이 있을 경우 예방 조치를 하여야 한다.
(가) 액체 또는 증기에 의한 화재
(나) 밀폐 공간에서의 폭연
(다) 폭주반응에 따른 발열로 저장용기의 과압
(라) 증기의 분해(고온·고압에서는 액상 분해도 가능)
(마) 대량 누출 시 증기운 폭발
(4) 폭발범위는 약 3∼100 %이며, 공기 중 농도가 80 %를 초과하면 발열과 함께 분해된다.
(5) 폭발범위를 좁히고 분해 위험성을 줄이기 위해 질소, 이산화탄소, 스팀, 메탄 등으로 희석하여 사용하는 것이 일반적이며, 수용성이므로 액상 화재 시에는 산화에틸렌 양의 22배의 물을 뿌려 진화 할 수 있다.
(6) 다양한 농도의 혼합물이 상업적으로 사용되고 있으며, 희석된 혼합물은 조성에 따라 인화성, 비인화성으로 구분된다.
(7) 중량 65 %이상인 일부 혼합물은 밀폐용기 내에서 인화성 증기와 평형을 이루는 경우도 있으며, 이런 혼합물은 순수한 산화에틸렌과 동일한 위험성이 있으므로 동일한 안전조치를 하여야 한다.
(8) 산화에틸렌은 분해반응식은 다음과 같으며, 분해 시 발열한다.
C2H4O → aCH4 + CO + 2(1-a)H2 + (1-a)C
500 ℃이상에서는 촉매가 존재하지 않아도 분해반응이 진행되며, 녹 또는 소량의 오염물질 등 불순물이 존재할 경우 분해반응 개시온도는 현저하게 낮아진다.
(9) 80 ℃를 초과할 경우 15∼104 atm범위에서는 액상에서도 분해반응이 일어날 수 있으며, 104∼208 atm범위에서는 22 ℃를 초과하면 분해반응이 일어날 수 있다.
(10) 불순물은 중합반응을 촉진할 수 있으며, 이 경우 심한 발열 및 압력상승으로 인하여 폭주반응으로 진행될 위험이 있다.
(11) 사고사례 분석결과 주요 사고원인은 공정제어 실패, 오염, 블랭킷 실패, 토출 측 밸브를 잠근 상태에서 펌프 가동 및 운전자 조작실수로 파악되었다.
4.2 제조공정
(1) 산화에틸렌은 주로 공기 또는 산소를 이용한 산화반응을 통해 제조한다. 두 가지 제조방법 모두 산소를 흡착하여 에틸렌과 반응시키기 위해 촉매를 이용하는데, 일반적으로 은을 이용한다.
(2) 두 가지 공정은 근본적으로 동일하며 반응식은 다음과 같다.
C2H4 + O-2(absorbed) ↔ C2H4O + O2-(absorbed)
부반응은 다음과 같으며,
C2H4 + 6 O2-(absorbed) ↔ 2 CO2 + 2 H2O
총괄 반응식은 다음과 같다.
7 C2H4 + 6 O2 ↔ 6 C2H4O + 2 CO2 + 2 H2O
(3) 제조 공정도 <그림 1>, <그림 2>와 같으며, 주요 공정은 반응, 회수 및 정제로 구성되며, 운전조건 등은 다음과 같다
(가) 에틸렌과 공기(또는 산소)가 반응기(Packed-bed, multi-tubular)에서 반응하여 산화에틸렌, 이산화탄소 및 물이 생성된다.
(나) 일반적으로 운전온도는 200 ∼ 300 ℃이고, 운전압력은 1∼3 ㎫이며, 유기 냉매를 사용하는 냉동시스템으로 반응기를 냉각한다.
(다) 이산화탄소와 물의 생성을 줄이기 위해 기체상의 산화억제제를 사용하는 경우도 있다. 생성된 산화에틸렌은 흡수하여 회수하고, 증류하여 정제한다.
<그림 1> 공기를 이용한 산화반응에 의한 제조공정(Kirk-Othmer)
(참조 : FM 7-92)
<그림 2> 산소를 이용한 산화반응에 의한 제조공정(Kirk-Othmer)
(참조 : FM 7-92)
4.3 산화에틸렌·공기·희석기체 혼합물
(1) 38 ℃ 및 1 atm미만에서 산화에틸렌/공기/희석기체 혼합물 내 산화에틸렌 증기의 폭발범위는 <그림 3>과 같다.
(2) 온도 및 압력이 상승하면 폭발범위가 넓어지며, 반대로 온도 및 압력이 낮아지면 폭발범위는 좁아진다.
(3) <그림 3>의 해석방법은 다음과 같다.
(가) 20:80(산화에틸렌:희석기체)의 혼합물이 공기와 자유롭게 섞이면 조성은 20:80:0(산화에틸렌:희석기체:공기)인 “점 A”에서 100:0:0(공기:산화에틸렌:희석기체)인 “점 C”로 변할 것이다. 이때 “점 A”와 ”점 C”의 연결선상에 위치한 “점 B” 에서의 조성은 15:60:25(산화에틸렌:희석기체:공기)이며, 폭발범위에 포함되지 않는다.
<그림 3> 혼합물의 폭발범의(참조 FM 7-92)
(38 ℃ , 100 ㎪이하에서의 값으로, 온도 및 압력이 높아지면 폭발범위는 넓어짐)
(나) 위의 혼합물이 공기와 계속 혼합될 경우, 희석기체가 질소 또는 이산화탄소이면 폭발범위내로 들어가나, 희석기체가 디클로로디플로우르메탄(Dichloro fluoromethane) 또는 디클로로디플로우르메탄-트리클로로플루오르메탄 혼합물(Dichlorodifluoromethane-trichlorofluoromethane)일 경우는 그러하지 않는다.
(4) 가압하여 액화한 혼합물은 <표 2>와 같이 다양하게 이용 된다. 이러한 액상 혼합물 내에 중량이 12 %이하 이면, 자체로 비인화성이며 공기와 혼합하여도 인화성으로 변하지 않는다.
<표 2> 비인화성 액상 혼합물
(5) 중량 80 %이상의 고농도 혼합물 또는 가연성 희석기체와의 혼합물을 가압하여 액화한 혼합물은 자체로는 비인화성이나, 공기와 혼합되면 인화성으로 변할 수 있다.
(6) 산화에틸렌의 중량 20 %이하인 혼합물은 폭발위험이 낮은 것으로 분류되는데, 공기와 혼합 시 폭발범위가 좁고 연소속도 및 압력상승이 낮기 때문이다. 그러나, 산화에틸렌의 중량이 20 %를 넘는 혼합물은 폭발위험이 높은 것으로 분류된다.
5. 일반적인 안전조치
5.1 저장
5.1.1 일반사항
(1) 저장탱크는 화재·폭발 시 주요 건물, 구조물, 유틸리티 설비 및 다른 위험물질 저장소에 미치는 영향을 최소화하도록 위치를 선정하고 안전조치를 하여야 한다.
(2) 안전거리 확보가 최우선 안전조치이나, 온도 및 압력 모니터링, 자동 살수설비 설치, 배출설비 설치 및 저장용기 매립 등의 조치로 안전거리를 줄일 수 있다.
(3) 설비가 위험에 노출되는 것을 줄이기 위해 공정 지역 내에는 저장량을 최소화하여야 한다.
(4) 저장량이 많을 경우에는 저장탱크를 여러 그룹으로 나누고 자동 살수설비를 설치하여야 한다.
(5) 저장탱크와 주요 건물 등과의 안전거리는 탱크 또는 인접 배관에서 누출 시 동시에 화염의 영향을 받는 범위 내 에 있는 탱크의 저장량 합에 의해 결정되며, 탱크, 배관, 배수시스템 배치와 내화 격벽(Fire-resistive barriers)을 설치하여 동시에 화염의 영향을 받는 범위를 줄일 수 있다.
5.1.2 저장탱크 및 공정용기
(1) 저장탱크 및 공정용기는 운전압력과 블랭킷 압력에 따라 최소 설계압력을 선정하여야 하며, KS B 6750 “압력용기 설계 및 제조일반” 에 따라 설계 및 제조 하여야 한다.
(2) 일반적으로 운전온도가 상온일 경우에는 설계압력 515 ㎪, 블랭킷 압력 345 ㎪∼485 ㎪로 하고, 저온일 경우 설계압력 103 ㎪, 블랭킷 압력은 69 ㎪로 한다.
(3) 블랭킷 및 냉동시스템은 안전한 저장조건을 유지하는데 가장 중요한 요소이므로, 적절하게 유지·보수하여 높은 신뢰성을 가져야 한다
(4) 냉동능력의 상실에 의한 배출의 가능성을 낮추기 위해 상온에서 저장하는 것을 권장한다.
5.2 재질
(1) 저장탱크, 공정용기, 반응기, 살균설비, 배관, 온도 및 압력 감지 장치와 관련 설비는 탄소강, 합금강 또는 스테인레스 강으로 제작하여야 한다.
(2) 동, 은, 수은 및 이들의 합금은 혼합물 내 아세틸렌이 존재할 경우 촉매 역할을 하여 폭발을 유발할 수 있으므로 아세틸렌이 존재하지 않는 것이 확실한 경우 이외에는 사용하여서는 안 된다.
(3) 예외적으로 동 및 동합금은 혼합물의 농도 20 %이하이고, 운전경험 또는 시험결과 주어진 운전조건에서 안전성이 입증된 경우에는 사용하여도 되나, 이상 상태 시 농도가 20 %를 초과할 가능성이 있으면 사용하여서는 안 된다.
5.3 건물
(1) 산화에틸렌을 취급하는 건물이나 밀폐된 작업장은 피해제한구조(Damagelimiting construction)로 하여야 한다.
(2) 예외적으로 중량 20 %이하인 혼합물의 경우에는 피해제한구조로 하지 않아도 된다.
5.4 방호조치
(1) 반응기, 저장탱크 및 공정용기에는 KOSHA GUIDE “안전밸브 등의 배출 용량 산정 및 설치 등에 관한 기술지침” 및 “배관계통의 공정설계에 관한 기술지침” 에 따라 압력방출장치를 설치하여야 한다.
(가) 배출용량이 클 경우에는 안전밸브 대신 파열판을 설치하여도 된다.
(나) 안전밸브가 막힐 위험이 있는 반응기에 파열판을 안전밸브 전단에 설치하여 안전밸브를 보호하여야 한다.
(다) 모든 저장시스템의 압력방출설비에서의 배출용량을 평가하여 필요시 추가적인 안전조치를 하여야 한다.
(2) 배출물은 안전한 장소로 유도하여 처리하여야 한다.
(3) 저장탱크 주위에는 자동 살수설비를 설치하여야 한다.
(4) 모든 용기는 접지하고, 배관은 접속하여 정전기에 의한 화재·폭발을 예방하여야 한다.
(5) 취급 장소는 KOSHA GUIDE “가스 폭발위험장소의 설정 및 관리에 관한 기술지침” 에 따라 폭발위험장소 구분도를 작성하고, 폭발위험장소에는 KOSHA GUIDE “가스 폭발위험장소에서의 전기설비 설계, 선정 및 설치에 관한 기술지침” 에 따라 적정한 방폭 등급의 전기설비를 설치하여야 한다.
5.5 운전 및 유지보수
(1) 실험실 및 파이롯 단계의 연구결과 안전함이 입증된 경우 이외에는 표준 운전절차를 변경하여서는 안 된다.
(2) 취급하는 건물이나 밀폐된 작업장은 충분히 환기하여야 하며, 잠재적인 누출원에는 고정된 기계식 환기장치로 바닥면적 1 ㎡당 0.3 ㎥/min의 풍량으로 환기하여야 한다. 잠재적인 누출원은 펌프, 밸브, 플랜지, 기화기 및 정상운전 중 주기적으로 여닫는 설비를 말한다.
(3) 희석기체는 항상 건조하고 깨끗한 상태로 유지되어야 하며, 특히 산소, 암모니아, 아세틸렌, 황화수소, 먼지 및 기름 등 불순물이 없어야 한다. 그리고, 필요시에는 불순물의 존재여부를 상시 모니터링 하여야 한다.
(4) 제어설비, 소화설비 및 안전장치는 최소 월 1회 이상 정기 점검하여 정상적으로 작동되도록 하여야 한다.
(5) 중요한 공정조건은 대장에 정확하게 기록하여야 하며, 기록 대장은 관리자가 정기적으로 점검하여 운전조건 이상 및 운전절차 오류 등을 확인하여야 한다.
(6) 정비 작업 전과 산화에틸렌을 공정에 투입하기 전에 설비와 배관내부를 철저히 청소하고 불활성 기체로 퍼지한 후 불활성 정도(산소 존재여부)를 확인하여야 한다.
5.6 인화성 혼합물 생성 방지방법
(1) 고농도 혼합물을 취급하는 설비에서는 내용물을 완전하게 배출 및 퍼지하여 혼합물이 폭발범위내로 들어가지 않도록 하여야 한다. 예를 들어 살균설비 내용물을 강제 배출하여 공기농도를 낮추고, 불활성기체를 투입한 후 산화에틸렌을 투입량을 조절하여 설비 내 산화에틸렌 농도를 조절하여야 한다.
(2) 반대로 설비 내에서 산화에틸렌 증기 배출 시에는 불활성기체로 희석하며 대기 중으로 안전하게 방출하여야 한다. 필요시 배출 및 퍼지는 여러번 반복하여야 한다.
(3) 용기 내 액체 상부의 기상공간은 불활성 기체로 블랭킷 하여 폭발위험을 제거하여야 한다. <그림 4>는 불활성 기체로 블랭킷 하는 용기 내 기상공간의 압력에 따른 온도와 농도의 관계를 보여준다.
예를 들어 기상공간의 압력 및 온도가 414 ㎪, 30 ℃일 경우 기상공간의 산화에틸렌 농도는 40%이다.
(4) 비인화성 혼합물을 형성하기 위한 기상공간의 온도에 따른 압력은 <그림 5>에 나타난다.
예를 들어 산화에틸렌․ 질소 혼합물의 기상공간 압력 및 온도가 276 ㎪, 35℃일 경우 인화성 혼합물이지만, 345 ㎪, 35 ℃일 경우에는 비인화성 혼합물이다.
(5) <그림 4>와 <그림 5>은 혼합물이 이상기체임을 가정하고 구한 값에 약간의 안전율을 더한 값이다. 메탄, 부탄 및 프로판 등 인화성 가스도 산화에틸렌과 비폭발성 혼합물을 형성할 수 있으나, 이러한 혼합물은 공기와 자유롭게 혼합되면 폭발범위내로 들어갈 수 있다.
<그림 4> 온도와 압력에 따른 혼합물내의 산화에틸렌 증기 농도
(참조 FM 7-92)
(액상과 평형을 이루는 기상 공간에서의 농도임)
<그림 5> 온도와 압력에 따른 혼합물의 안전운전 압력(참조 FM 7-92)
6. 저장설비 등의 안전조치
6.1 탱크저장
6.1.1 안전거리
(1) 저장탱크는 주요 건물, 구조물, 유틸리티 설비 및 다른 위험물 저장시설로 부터 <그림 6>에 따라 안전거리를 두어야 한다.
(2) <그림 6>에서 산화에틸렌의 양은 화재 시 동시에 화염의 영향을 받는 범위내 에 있는 모든 탱크의 최대 저장량을 합한 양으로 한다.
(3) 화재 시 동시에 화염의 영향을 받지 않도록 하기 위해서는 다음 각호의 조치를 하여야 한다.
(가) 탱크 간 수평거리 6 m이상 이격 또는 2시간 동안 화재에 견딜 수 있는 내화격벽 설치
(나) 누출 시 다른 탱크로 확산을 방지하는 방유제 및 배수 설비 설치
(다) 탱크와 헤더사이 수평거리 10 m이상 이격
(4) <그림 6>에서 규정한 안전거리가 두는 것이 불가능할 경우 자동살수설비 설치, 지하설치 또는 매립 등의 조치와 병행하여 탱크 내 액상의 온도를 상시 모니터링 하며 설정온도에서 경보를 울리고 자동으로 내용물을 안전한 장소로 배출할 수 있는 배출시스템을 갖추어야 한다.
비상조치 절차에 숙련된 운전원이 항상 참여하는 체계를 갖출 경우에는 수동으로 조작되는 배출시스템을 갖추어도 된다.
(가) 저장탱크에 자동살수설비를 설치하거나, 지하에 설치 또는 매립시 안전거리는 <그림 6>의 50 %를 적용한다.
(나) 개방된 구조물이며, 자동살수설비가 설치되고, 지하에 설치된 산화에틸렌 취급공정과 저장탱크 간에는 7.6 m이상 안전거리를 두어야 한다.
(5) 다른 인화성물질 저장탱크 및 시설과 격리하여 설치하여야 한다.
<그림 6> 산화에틸렌 저장설비의 안전거리(참조 : FM7-92)
(Curve A : 피해제한 구조의 주요 건물, 구조물 및 유틸리티 설비, 인화성 액체 및
가스 저장탱크와 안전거리, Curve B : 내력벽 구조의 주요 건물과의 안전거리)
6.1.2 자동배출시스템
(1) 자동배출시스템의 경보 및 배출온도 설정값 등은 <표 3>에 따른다.
<표 3> 질소로 블랭킷한 저장탱크의 경보온도, 배출온도 설정값 및 안전밸브 설정압력
(2) 용량은 한 시간 내에 탱크용량 전부를 배출할 수 있어야 하며, 배출배관의 끝단에 액체포집설비를 설치하여야 한다.
(3) 배출장소는 화재 및 환경오염에 대해 안전한 장소이어야 하며, 배출시스템에는 폭발범위 미만으로 희석할 수 있는 물공급설비를 설치하여야 한다.
(4) 배출장소에는 연소피트를 설치하고 연소상태를 제어할 수 있는 자동제어설비와 연동된 자동살수설비를 설치하여야 한다.
6.1.3 방호조치
(1) 동일 탱크 그룹 내 저장량이 225 ㎥이상인 경우 자동살수설비를 설치하여야 하며, 탱크간의 거리가 <그림 6>의 뺵Curve A뺶의 25 %이하일 경우에는 동일그룹으로 판단한다.
(2) 탱크 그룹은 타 탱크 그룹 및 주요 시설과 방유제, 배수로 등으로 격리하여 누출 시 확산을 방지하여야 한다.
(3) 배수설비는 다른 물질이 유입·오염되는 것을 방지하기 위하여 타 공정과 연결 하지 않는다.
(4) 정상 운전온도에서 폭발분위기가 형성되지 않도록 탱크 내 기상공간에는 안정한 기체를 공급하고, 압력을 자동으로 조절하여 345 ㎪ 이하로 유지되도록 하여야 한다. 이 용도로 메탄 등을 사용할 수도 있으나 질소 등 불활성 기체를 사용하는 것을 권장한다.
(5) 대기온도에 의해 탱크 내 액상의 온도 30 ℃ 를 초과할 우려가 있는 지상탱크의 경우에는 열교환기 또는 자동살수설비를 설치하여야 한다.
(가) 열교환기는 탱크와 별도의 외부식으로 설치하고 비인화성 냉매를 사용하여야 한다.
(나) 자동살수설비는 소화설비와는 별도로 설치하여야 한다.
6.2 드럼 및 실린더 저장
6.2.1 인화성 혼합물
(1) 드럼 또는 실린더는 주요 건물 및 구조물로부터 <그림 6>의 “Curve A”에 따라 안전거리를 두어야 한다. 그러나, 안전거리가 30 m를 초과할 경우 최대 30m로 한다. <그림 6>에서 산화에틸렌 양은 실제 저장하는 양으로 한다.
(2) 드럼 또는 실린더의 용량의 합이 225 ㎏이하일 경우에는 내화재질의 벽으로 둘러싸인 옥외저장소에 저장하여도 된다. 다만, 저장소의 벽은 건물 개구부와 3 m이상의 안전거리를 두어야 한다.
(3) 저장소의 상부에는 내화재질의 덮개 또는 지붕을 설치하여야 한다. 실린더 용량의 합이 9,070 ㎏을 초과하거나 드럼 용량의 합이 19 ㎥를 초과할 경우에는 자동스프링클러를 설치하여야 한다. 스프링클러 용량은 바닥면적 280 ㎡에 대해 10 lpm/㎡이상이어야 한다.
6.2.2 비인화성 혼합물
(1) 옥외 저장소는 가연성 물질과 6 m이상의 안전거리를 두어야 한다.
(2) 실린더를 실내에 저장할 경우에는 환기가 충분하여야 하며, 가연성 물질과 3m이상의 안전거리를 두어야 하며, 실내 구조물이 가연성일 경우에는 스프링클러를 설치하여야 한다.
(3) 다른 설비와 연결된 살균설비에는 예비용을 포함한 두 개의 실린더를 연결하여도 된다.
6.3 기화기
(1) 기화기는 저장탱크, 건물 및 유틸리티 설비에서 15 m이상의 안전거리를 두어야 한다. 다만, 기화기와 공정설비 사이에 폭발 방호벽(Explosion-resistant barriers)을 설치할 경우에는 15 m이상의 안전거기를 두지 않아도 된다.
(2) 피해제한구조의 건축물 내에 설치된 공정은 기화기를 저장탱크에 인접하여 설치하여도 된다.
(3) 인화성 혼합물을 취급하는 기화기는 일반적으로 온수 또는 압력 105 ㎪이하의 저압스팀을 열원으로 사용 하여야 한다.
(가) 연소열 또는 전기는 점화원이 될 수 있으며, 고압스팀은 국부 과열이 발생될 수 있으므로 열원으로 사용하지 않는 것이 바람직하다.
(나) 전기를 열원으로 사용하는 것은 비인화성 혼합물을 취급하는 경우에는 허용된다.
(4) 내부 온도가 11 ℃를 초과하거나 압력이 정상운전압력의 110 %를 초과할 경우에는 열원과 산화에틸렌 액체의 공급을 자동 차단하는 시스템을 갖추어야 한다.
(5) 기화기를 설치한 장소에는 자동 스프링클러를 설치하여야 한다. 스프링클러의 용량은 바닥면적 280 ㎡에 대해 10 lpm/㎡이상이어야 한다.
(6) 기화기 후단의 배관 및 설비 내에서 인화성 혼합물의 생성을 방지하기 위하여 충분한 양의 불활성 기체를 직접 투입하는 설비를 갖추는 것이 바람직하다.
6.4 입·출하 설비
(1) 탱크로리에서 저장탱크로 이송 시에는 불활성 기체로 압송하거나, 펌프를 이용하여 액상으로 이송한다.
(2) 저장탱크, 주요 건물, 구조물 및 다른 위험물 저장소로부터 15 m이상의 안전거리를 두어야 하며, 자동 스프링클러 또는 살수설비를 설치하여야 한다.
(3) 탱크로리 정차 장소에는 산화에틸렌 전용임을 알 수 있도록 명확하게 표기하여 공정에 다른 물질을 투입하는 것을 방지하여야 한다.
(4) 작업 전 탱크로리는 다른 위험물 저장소 및 건물 등으로부터 가능한 한 멀리 떨어져 대기 하여야 한다.
(5) 탱크로리와 저장탱크 사이의 배관은 가능한 한 짧게 설치하여야 한다.
6.5 배관
(1) KOSHA GUIDE “배관계통의 공정설계에 관한 기술지침” 또는 동등이상의 국제규격에 따라 설치하여야 한다.
(2) 플랜지 접합면에는 스파이럴운드 가스켓을 사용하거나, 스테인레스 강 또는 폴리플로우로에틸렌(Polyfluoroethylene) 재질의 가스켓을 사용하여야 한다.
(3) 이송 배관에는 체크밸브를 설치하여 역류를 방지하여야 한다. 저장탱크 또는 실린더에서 공정으로 이송하는 배관에는 과유량제한밸브(Excess flow valve)와 원격 조작할 수 있는 자동 조절밸브를 설치하여야 한다. 자동 조절밸브의 고장모드는 닫히는 구조(Fail-closed)이어야 한다.
(4) 실내에 설치된 공정에서 운전 중 이상이 발생하거나, 누출되었을 경우에는 공급을 긴급 차단하는 시스템을 갖추어야 한다.
(5) 다른 물질을 포함하는 배관 또는 설비와 직접 연결될 경우에는 압력스위치에 의해 작동되는 자동밸브와 유량계 등 적절한 장치를 설치하여 역류를 방지하여야 한다. 이 경우에는 체크밸브만 단독으로 설치하는 것은 충분하지 않다.
(6) 저장탱크에서 공정으로 이송할 경우, 배관에 특수하게 설계된 화염방지기를 설치한 경우 이외에는 액상으로 이송하여야 한다. 일반적인 메시 형식의 화염방지기는 이용도에 적합하지 않다. 압송하기 위해 가열하여 압력을 올려서는 않
된다.
(7) 저장탱크 및 공정설비의 액체 유입배관은 정전기 발생을 최소화하기 위하여 바닥까지 연장하여 설치하여야 한다.
6.6 펌프
(1) 펌프에서의 화재는 인접한 배관 및 설비에 영향을 미쳐 액상에서 분해반응을 일으킬 수 있으므로 다음 각 호의 조치를 하여야 한다.
(가) 저장탱크 및 다른 용기로부터 15 m이상의 안전거리를 두어야 한다.
(나) 원격으로 조작되는 차단밸브를 설치하여야 한다.
(다) 설치장소에는 살수설비를 설치하여야 한다.
(2) 토출 측의 밸브를 닫고 운전할 경우 온도가 상승하여 내부의 산화에틸렌이 액상에서 분해될 수 있으므로, 고온경보 및 저유량 경보장치를 설치하여야 한다.
6.7 보온
(1) 보온재는 산화에틸렌 누출 시 연소반응의 촉매 역할을 할 가능성과 자체 점화될 가능성을 최소화할 수 있는 재질을 선정하여야 한다.
(2) 보온재 시공 전에 녹 방지용 페인트를 도색하여야 한다.
(3) 산화에틸렌 공급자는 용도에 적합한 보온재 재질과 두께에 대한 정보를 제공하여야 한다.
7. 살균설비 등 사용설비의 안전조치
산화에틸렌은 반응성이 높아 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 글리콜 이써(Glycol ethers), 폴리에스테르(Polyesters) 등의 물질을 제조하는 중간체, 살균제 및 소독제 등으로 주로 사용되는 데, 사용설비 중 설균설비에 대한 안전조치 사항은 다음과 같다.
7.1 일반사항
(1) 100 %산화에틸렌을 취급하는 살균설비(Sterilizer)에는 투입 전 반복적인 배출과 퍼지를 실시하여 내부 조성을 조절하여야 한다. 부적절한 설계 또는 제어 실패 시에는 설비내부의 혼합물이 폭발범위내로 들어갈 수 있다.
(2) 100 %산화에틸렌을 취급하는 경우 살균설비 및 살균설비가 설치된 건물은 폭발위험을(Explosion hazard)을 고려하여 설계 하여야 한다.
(3) 저인화성(중량 20 %미만) 또는 비인화성(중량 12 %미만) 혼합물을 취급하는 살균설비는 폭발위험을 고려하지 않아도 된다.
(4) 일부 살균설비는 산화에틸렌을 재순환하여 사용하며, 100 %산화에틸렌으로 소모량을 보충 하는 경우가 있어 비인화성의 혼합물을 취급하고 있는 설비 내에 100 %의 산화에틸렌을 공급하는 결과가 될 수 있다. 따라서, 이러한 경우
에는 발생 가능한 최악의 결과 설비내부의 산화에틸렌 농도가 20 %를 초과할 가능성이 있는지를 판단하여야 한다.
(가) 소 용량의 설비에 농도 100 %실린더로 소모량을 보충하는 경우, 유량 조절에 실패하면 실린더 내 전량이 설비에 투입될 수 있으므로 설비 용량에 따라서는 농도 20 %를 초과할 수 있다.
(나) 반대로 대용량의 설비에는 실린더내의 전량이 설비에 투입되어도 농도 20%를 초과할 가능성이 없을 수 있다.
(5) 살균 설비내부의 농도가 20 %를 초과 할 가능성이 있을 경우에는 살균설비는 폭발위험을 고려하여 설계하여야 한다.
(6) 폭발위험을 고려하여 설계된 살균설비를 설치할 경우 설비의 부피가 설치된 건물 내 공간의 10 %이상이면, 건물은 피해제한구조로 하여야 하며, 폭발의 위험을 고려하여 설계하여야 한다.
(7) 환경규제로 인하여 산화에틸렌과 클로로플루오르카본(Chlorofluorocarbon,CFC)의 사용량을 줄여야 하므로, 100 %산화에틸렌의 사용이 증가하고 CFC의 사용량은 감소할 것이다. 따라서, 살균설비의 위험성은 높아질 것이므로, 안전 운전방법 및 안전조치를 강화하여야 한다.
7.2 고정식 살균설비
7.2.1 설치 등
(1) 폭발위험이 있는 살균설비를 실내에 설치할 경우에는 피해제한구조의 건물 내에 설치하여야 한다.(폭발위험 여부 판단 및 설비에 대한 상세한 내용은 “7.1. 일반사항” 을 참조하라.)
(2) 주요 건물과 유틸리티 설비로부터 <그림 6>에 따라 7.5 m이상의 안전거리를 두어야 하며, 산화에틸렌양은 가장 큰 살균 설비용량 1 ㎥당 1.6 ㎏(1.6 ㎏/㎥)로 한다.
(3) 주공정이 설치된 건물과 밀폐된 통로로 연결할 수 있으며, 이때에는 통로 양 끝에 자폐식 문을 설치하여야 한다.
(4) 저인화성 혼합물을 취급하는 살균설비는 바닥면적 1㎡당 75 lpm이상의 환기량을 갖춘 장소에 설치하여야 한다.
(5) 예상되는 최고압력(양압 및 음압)을 기준으로 KS B 6750 뺵압력용기 설계 및 제조일반” 에 따라 설계 및 제조 하여야 한다.
(6) “5.6 인화성 혼합물 생성 방지방법”을 참조하여 혼합물이 폭발범위 내에 들어가지 않도록 설계하여야 한다.
(7) 열원으로는 별도의 장소로부터 공급되는 온수 또는 105 ㎪이하의 저압스팀을 사용하여야 한다. 다만, 비인화성 혼합물을 취급하는 살균설비는 전기를 열원으로 사용하여도 된다.
(8) 공정 사이클을 적절하게 유지하기 위해서 진공펌프를 철저하게 유지·보수하여야 한다.
7.2.2 방호조치
(1) 인화성 혼합물을 취급하거나 다른 가연성 물질이 존재하는 살균 공정에는 자동 스프링클러를 설치하여야 한다. 자동 스프링클러의 용량은 바닥면적 280 ㎡에 대해 10 lpm/㎡이상이어야 한다.
(2) 기화기, 살균설비 및 가스배관에는 적정한 용량의 안전밸브를 설치하여야 한다.
(3) 인화성 혼합물을 충전하는 살균설비에는 압력스위치를 설치하여, 충전 중 챔버도어가 열리면 충전을 정지하도록 연동하여야 한다.
(4) 내부의 온도 또는 압력이 허용범위를 벗어날 경우 자동으로 아래의 조치가 연속적으로 이루어지도록 시스템을 갖추어야 한다.
(가) 경보 울림
(나) 증기 배출
(다) 불활성 기체 투입
(라) 열원공급 차단
(마) 산화에틸렌 공급 차단
(5) 인화성 또는 고인화성 혼합물을 취급하는 살균설비에는 안전밸브 배출배관 및 벤트배관을 설치하여야 하며, 배출물을 스크러버 등의 공기정화장치 통해 처리하는 경우에도 배관은 옥외의 안전한 장소까지 연장 설치하여야 한다.
(6) 비인화성 혼합물을 취급하는 살균설비의 경우 최대 배출속도에서 스크러버 등의 공기정화장치로 배출물 내의 산화에틸렌을 모두 제거할 수 있으면 실내로 배출하여도 된다.
7.3 이동식 살균설비
다음의 내용은 인화성 혼합물(대부분의 경우 농도 100 %) 카트리지 용기를 탈·부착하여 사용하는 이동식 살균설비 중 내용적이 0.3 ㎥(산화에틸렌 중량 약 200 g) 이하이며, 카트리지 용기를 1개만 부착하여 사용 하는 설비에 적용한다.
(1) 노출된 화염 및 전기적 점화원에서 1.8 m이상 떨어진 충분한 환기가 이루어지는 장소에 설치하여야 한다.
(2) 벤트는 안전한 장소로 직접 배출하여야 하며, 벤트배관의 끝단은 건물 개구부로부터 1.5 m이상 안전거리를 두어야 한다.
(3) “5.6 인화성 혼합물 생성 방지방법”을 참조하여 혼합물이 폭발범위 내에 들어가지 않도록 설계하여야 한다.
(5) 설비별 카트리지 용기 저장량은 1일 사용량으로 제한하여야 한다.
(6) 카트리지 상부에 자동 스프링클러를 설치되어 있는 개방된 선반에 보관하거나, 인화성액체 저장 캐비넷 내에 보관하여야 한다.
부록 1. 피해 제한 구조(Damage-limiting construction)
1. 정의
밀폐된 작업장에서 인화성 가스와 공기 혼합물의 폭연 발생 시 벤트면적과 건물의 내압설계를 조합하여 피해를 제한할 수 있도록 한 건물 구조를 말한다.
2. 설계
(1) <그림 1>에 따라 설계한다.
<그림 1> 설계절차
(2) 밀폐된 작업장 체적 4.6 ㎥당 1 ㎡의 벤트면적이 필요하다. 그러나, 밀폐된 작업장의 체적/벤트면적의 비가 7.25를 초과하여서는 안된다.
(3) 건축물의 최소 설계압력은 4.8 ㎪이어야 하나, 이 값이 <표 1>에서 구한 값보다 작으면 <표 1>의 값에 따른다.
<표 1> 건축물 설계압력(Pr)
(4) 벤트 판넬의 단위 면적당 무게는 14.6 kg/㎡이하이어야 한다.
[첨부자료] 산화에틸렌 취급설비의 안전에 관한 기술지침(P-141-2014)
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