한국화재보험협회 웹진 62호

글 | 유호정 한국화재보험협회 부산경남지부 과장 (PE, CPCU)

그림 1 | 도장공정 위험관리가이드

1. 도장공정의 현황과 리스크

도장공정은 기계, 전기제품 등의 마감작업으로 빈번하게 채택되는 과정으로, 2015년 기준으로 국내의 3000제곱미터 이상의 제조시설 중 3559곳에서 이 공정을 포함하고 있다(도장전용공장 포함). 도장공정은 그 방식이 다양하지만 인화성 액체류를 다량으로 사용하는 경우가 많아 그 리스크가 그렇지 않은 경우보다 상대적으로 높다고 할 수 있는데, 금속기계기구 또는 전기전자 제조업 등에서 도장공정이 있는 경우에는 그렇지 않은 경우보다 약 2배 가까운 요율을 적용하게 되며, 이는 그에 상응하는 경험적 손해율이 반영되기 때문이다.

이 도장공정의 위험관리에 대해 현재 국내에 정립된 안전기준이 없어, 화재보험협회는 이에 관련된 리스크를 경감하기 위한 방안을 제시하고자 조사 및 연구를 진행하여 해외 방재기관, 손해보험사 및 재보험사들이 권장하는 기준들을 참고하여 2015년도에 '도장공장 위험관리 가이드'를발간, 화재안전점검 시 관련 제조시설에 배포하고 있다. 이하 이 가이드에서 제시한 주요 내용을 중심으로 하여 도장공정의 위험관리 대책을 소개하고자 한다.

2. 도장공정의 사고원인

여러 가지 도장공정 중 특히 리스크가 높은 것은 인화성 솔벤트를 사용하는 공정으로 완성차 최종 분무도장 등 광택과 고급감이 중요한 제품에 많이 사용되며, 분체도장 등에 비해 인화성액체의 사용이 많다. 미국 제조업체 상호공제조합(이하 FM global)에서는 도장공정에 대해 누적된 사고데이터를 이용하여 그 원인을 아래와 같이 분석하였으며, 협회의 DB자료를 이용하여 국내완성차 공장에서의 도장공정 화재분포를 알아보았다.

가. 인화성 솔벤트 사용 정전 도장

정전도장설비 화재의 주요 원인은 (1) 도장지역내 물체 비접지 (2) 스프레이 건으로 통하는 호스의 핀홀 누출이다. 기타 원인은 흡연, 절단 용접 등 비정전 도장설비의 원인과 유사하다(<표 1> 참조). 인화성 액체의 유증기로 인해 가연물이 상존하는 조건에서 정전도장설비 접지불량시에는 정전기 발생 등 발화원이 발생하면 쉽게 연소가 시작될수 있다.

< 표 1 > 정전 방식 electrostatic의 분무도장에서 발생한 재해발생 원인

| 관련 사고 | 비접지된 신너캔 접촉으로 정전기 스파크 발생하여 발화

화재는 조작자가 분무 부스 내에서 비접지된 신너캔을 사용했을 때 일어났다. 그가 부스를 빠져나올 때 문 손잡이를 만지자 신너를 점화시키는 정전 스파크가 일어나자 부스입구에 캔을 떨어뜨렸다. 분말소화기를 사용한 직원들의 시도도 소용없었고 불은 1.5 m의 폴리프로필렌 튜브를 녹였다. 신너 탱크와 도료배관에 자동차단장치가 없었기 때 문에 대량의 도료와 신너가 불길을 더하고 말았다. 불길에서 나온 열로 인해 4개의 강철 들보와 강철 바닥이 뒤틀렸 다. 전기 패널과 로봇 같은 고가의 장비도 손상을 입었다.

나. 인화성 솔벤트 사용 비정전도장

비정전도장 설비 화재의 주요원인은 아래와 같다.(<표 2> 참조)

도장지역 부근의 절단, 용접, 연마 등 스파크 발생장치의 사용
배기팬 축의 베어링 과열이나 배기덕트 벽에 쌓인 과분무 침전물에 배기팬 날개가 닿으면서 생긴 마찰
아크 발생 전기기기
자연발화
정전 스파크

다. 대형사고 손실에 기여한 원인 분석

FM global에서 $200,000이 넘는 대형피해 사고 13건을 분석해본 결과, 사고에 영향을 미치는 요인은 최소한 2가지이며 어떤 경우에는 4가지가 복합적으로 기여하기도 했다. 가장 빈번한 요인은 다음과 같다.
(<표 3> 참조).

(1) 부적절한 스프링클러설비

9건의 화재손실은 스프링클러설비가 없거나 도장지역에 미치지 못한 경우 또는 스프링클러헤드에 쌓인 과분무 찌꺼기 때문에 작동에 이상이 생긴 경우이다. 1건은 화재당시 스프링클러설비가 고장이었다. 스프링클러설비가 미설치된 1건의 화재에서는 도료분무지역의 건물지붕이 붕괴되었다.

(2) 부실한 작업장 관리

6건의 화재손실은 부스 내 과분무된 물질 축적이었으며, 5건은 과분무 축적물이 부스 외부로까지 나가 천장에 있었다. 부스 외부의 과분무 침전물은 보통 예상보다 화재를 훨씬 더 크게 확산시킨다.

(3) 도장지역으로의 도료공급 자동차단 부재.

이 경우 도장지역에 도료가 계속 공급되면서 손실규모가 커졌다.

< 표3 > 대형피해 사고 요소

요소	손실 건수
스프링클러설비 미설치, 설비 고장/설비의 불완전	9
부적절환 수언공급	3
유지관리 불량	6
도료공급 자동 차단 부족	3
가연성 구조	2
기타(부적절한 인화성 액체 저장,니트로셀룰로스 래커 사용, 부적절한 분무구역, 부적절한 방화벽)	각 1건

라. 가구공장 마감작업장 화재 원인

목재가구공장은 대부분 도장공정을 포함하며, 이러한 작업장의 주요 화재원인은 분무작업과 연관된 전기설비(배기팬 모터의 아크 또는 과열)와 분무부스 밖에 인접해 있는 전기설비(조명설비 안정장치 고장)와 관련된다.
(<표 4> 참조).

< 표4 > 가구 마감도장 작업실의 손실원인

원인	비율
전기기기	37%
분무기기 작동 관련	(23%)
분무기기 작동 관련 없음	(14%)
절단, 용접, 그라인딩	23%
자연 발화	14%
마찰	9%
기타	17%

마. 완성차 제조시설의 도장 사고 분포
(KFPA 화재 DB분석)

사고건수가 많지는 않지만 최근의 완성차 제조시설 관련 국내외 주요사고를 화재발생 장소별로 구분해 보면, 도장라인 11건, 창고 4건, 기타(작업장 등) 15건으로 도장부스의 사고가 37% 차지하고 있는 것으로 나타났다.1)

완성차 제조라인은 조립과정이 대부분으로, 인화성물질이 다량 쓰이는 곳인 도장라인에서 상대적으로 큰 리스크를 가지며, 최근에는 다양한 색상의 차량을 소비자 주문에 맞추어 실시간으로 생산하기 위해 동일 도장라인에서 계속적으로 도료를 바꾸며 작업하면서 세정액을 계속적으로 사용하고 도료 이송 및 로봇설비도 복잡하고 고가이므로, 이 라인에서 사고발생시에는 매출감소로 인한 직접손해는 물론, 조업중단, 물품인도 지연으로 인한 간접적 손실도 클 수 있다.

< 표 5 > 완성차 제조시설 화재원인 분포

1) 자동차공업의 위험관리, 한국화재보험협회

3. 손실예방 대책(구조, 설비적 측면)

도장부스는 별도의 구획실 또는 개방된 연속공정라인 등에 포함되어 있는 경우 등 다양한 배치가 있다. 이러한 경우 건축적, 설비적 측면에서 어떻게 설계하는 것이 좋은지에 대해 NFPA 33, Standard for Spray Application Using Flammable and Combustible Materials 에서는 아래와 같은 기준을 제시하고 있다.

가. 이격

분무 부스는 다른 작업장, 창고, 가연성 구조물로부터 적어도 0.9 m 떨어진 곳에 설치한다.

나. 층수

주변의 공간을 화재, 물 또는 연기에 심하게 노출시키게 되는 분무작업은 독립된 1층 분무건물 이나 1층 벽 바깥쪽의 구획된 분무실에 위치해야 한다. 지하층은 환기, 배수 및 수동진화에 어려움이 있다. 2층 이상은 작업중인 아래층의 설비와 물품에 수손을 입힐 수 있다.

다. 구획

[그림 2]의 분무도장실은 최소 1시간 내화벽을 갖추어야 하며, 모든 개구부는 자기폐쇄식 문이어야 한다. 그리고 내벽에 창문을 두는 것은 바람직하지 않다. 하지만 필요한 경우 강철 틀에 망입유리여야만 한다.

| 그림2 | 도장실 구획과 방호(권장 예)

마. 배기덕트

배기덕트는 강철 또는 기타 불연성 재료로 만들어야 하며, 추운 날씨에 열손실을 줄이기 위해 덕트의 차단이 필요한 경우에는 댐퍼를 설치한다. 이 때 댐퍼는 리밋스위치로 팬과 연동시켜 팬이 작동하기 전에 댐퍼가 활짝 열려야 한다.

바. 청소구(점검구)

과분무 찌꺼기에 노출되는 모든 지역(플리넘 채임버, 배기덕트 등)에는 청소하기 쉽도록 청소구를 만든다. 꺾인 곳이나 구부러진 곳은 침전물이 모이기 쉬움을 유념해야 한다.

사. 방폭설비

인화성 액체를 사용하는 모든 산업시설에서 중요한 설비요구사항이 방폭구역(등급)의 설정 및 방폭설비의 사용으로, 도장공정에서도 유증기 발생으로 적절한 방폭구역설정이 필요하며 적절한 설비의 사용이 반드시 필요하다. 각 방폭구역의 분류는 KOSHA guide E-028-2012, 도장 공정에서의 화재·폭발위험방지에 관한 기술지침 및 NFPA 33 등에서 제시하고 있으나, 현실적으로는 관련 전문가의 기술적 분석 및 평가가 수반되어야 한다.

| 관련 사고 | 방폭지역에 대한 안전조치 미비 및 유증기 확산 방지 미비로 톨루엔 주입 후 유증기에 인화

도료제조공장 2층에 있는 도료 제조용 혼합탱크에 투명락카 제조를 위해 원료인 톨루엔 주입 완료한 직후에 화재가 발생하여 도료, 수지 제조공장 건물 1동이 전소되고, 작업자 3명이 부상(화상)당하고 외주업체의 직원 1명이 사망한 재해. 이 작업장은 가연성 또는 인화성 물질이 상시 또는 이상상태시 체류할 수 있는 구역으로, 방폭지역구분도에 따 라 적정한 방폭전기/계장기계기구를 사용하여야 하나 방폭지역 구분조차 되어있지 않고 방폭전기/계장기계기구를 사용하지 않았으며, 혼합탱크의 상부맨홀 7개 중 3개를 열어 놓은 상태로 톨루엔 등을 주입하면 톨루엔 증기 등은 상 시 배출이 되어 건물 내에 확산되어 톨루엔의 증기농도가 폭발범위 내로 유지되게 한 상태에서 사고가 발생하였음.

4. 손실감소 대책(화재 감지/진압 설비)

분무도장부스와 배기덕트 내부를 포함하여 분무도장지역의 스프링클러헤드는 화재시 가장 짧은 시간에 물이 살수될 수 있도록 습식인 것이 권장된다. 통상적인 건식 스프링클러설비는 살수의 지연으로 인하여 화재를 급속히 확산시킴으로서 대량의 피해가 나기 전에 소화하기가 어렵다. 분무도장부스와 배기덕트의 헤드는 가장 낮은 온도등급이어야 하고, 부스 외부 천장면의 스프링클러설비는 높은 온도 등급에서 작동하는 것이어야 한다.

분무도장 부스 내부의 스프링클러헤드는 분무 방향으로 설치되는 것을 피하고 전체 부스 내부를 방호할 수 있도록 위치를 설정해야 한다. 스프링클러헤드는 과잉도장 잔류물이 상당량 누적되는 지역이 방호될 수 있도록 배치되어야 한다. 일반적으로 스프링클러헤드는 도장부스와 도장실 측벽 그리고 건식 과잉도장용 집진기로부터 1.2 m 이내에 두어야 한다. 이하 FMDS 7-27, SPRAY APPLICATION OF FLAMMABLE AND COMBUSTIBLE MATERIALS 및 해외방재 기준에서 제시하는 기준에 대해 설명한다.

가. 소화설비 설치

(1) 살수밀도

FMDS 7-27에서는 분무도장지역 및 혼합실의 스프링클러설비는 NFPA 13의 Extra Hazard(Group2) Occupancy 의 살수밀도인 12mm/min를 적용하기를 권고하고 있다. 이 수치를 계산해보면 국내기준에서 무대부, 특수가연물 헤드배치간격인 수평거리 1.7미터와 가까운 값이다.

( 참고 ) FMDS에서 권장하는 인화성 액체 분무시설의 스프링클러방호 기준

스프링클러 설비	헤드온도등급	밀도 (mm/min)	설계면적(㎡)
습식	고온	12	분무면적 또는 공기건조설비 면적 280
	중온	12	분무면적 또는 공기건조설비 면적 325
	일반	12	분무면적 또는 공기건조설비 면적 370

(2) 소화설비 설치 제외가 가능한 경우

다음의 조건에 맞고 간헐적 또는 소량의 분무만이 필요한 곳, 즉 불연성 내용물을 수용하고 있는 불연성 건물에서는 자동식 스프링클러설비를 생략할 수 있다.

a. 니트로셀룰로스계 마감재를 사용하지 않는다.
b. 분무 작업의 마감재 및 신너 총량이 40 리터를 넘지 않는다.
c. 과분무 찌꺼기가 건조막 형태가 아니며 막의 두께가 0.8 mm 넘을 때마다 제거된다.

나. 자동 정전분무도장 작업 화재감지 및 연동

(1) 불꽃감지기

발화시에 0.5초 내에 불꽃을 감지하고 다음 사항이 모두 이루어지는 불꽃감지장치를 설치하여야 한다.

(가) 분무도장작업 부근에 있는 지구경보장치의 작동과 도장설비에 설치된 경보설비의 작동
(나) 도료 운송설비의 정지
(다) 모든 분무도장작업의 중단
(라) 분무도장지역 내외부로 이동하는 컨베이어의 정지
(마) 분무도장지역에 있는 고압장치로 공급되는 전력을 차단한 후 분무도장설비의 전원 차단

(2) 비상 정지

연속식 분무도장작업을 하는 경우, 각 분무도장지역에 수동식 비상 설비정지장치를 설치해야 하며, 이 장치가 작동되면, 아래의 (a)~(e)의 기능이 모두 이루어져야 한다.

(가) 분무도장작업 부근에 있는 지구경보장치의 작동과 도장설비에 설치된 경보설비의 작동
(나) 도료 운송설비의 정지
(다) 모든 분무도장작업의 중단
(라) 분무도장지역 내외부로 이동하는 컨베이어의 정지
(마) 분무도장지역에 있는 고압장치로 공급되는 전력을 차단한 후 분무도장설비의 전원 차단

5. 유지관리

스프레이건 또는 필터의 효율과 관계없이 분무작업은 부스의 벽과 배기덕트에 과분무 침전물이 생긴다. 침전물이 쌓이게 되면 자연발열 및 마찰 가능성이 높아지기 때문에 화재가 발생할 확률이 높아진다. 온도가 올라가고 도막두께가 커짐에 따라 물질의 자연발화 가능성도 높아진다. 또한 배기팬의 날개는 덕트 벽의 침전물과 접촉하기 쉬우므로 마찰로 인한 발화 가능성도 높아진다. 그리고 만일 침전물이 자동식 스프링클러헤드에 쌓이게 되면 스프링클러헤드의 작동이 느려지거나 방해를 받을 수 있다. 이러한 여러 가지 위험요소를 저감하기 위해 적절한 유지관리는 필수적이며, 아래와 같은 주요 유지관리 포인트를 유념하여 유지관리실행계획을 수립하고 관리하는 것이 중요하다.

| 관련 사고 | 부스 천장부분 표면에 찌꺼기 등이 축적된 상태에서 스파크로 발화

금속 드럼 도장을 위해 4개의 고정식 분무 노즐을 설치한 공장에서 발생한 화재로, 부스의 환기설비는 원활히 가동 되고 있었고 도료분무 노즐은 환기팬과 연동되어 있었다. 분무 부스에서 일어난 화재는 부스 벽을 타고 천장으로 퍼 졌다. 화재는 부스로부터 사방으로 번져 2층의 아랫부분으로 확산되었다. 소방대원이 도착했을 때는 2층 아래의 천 장 들보에 불이 활활 붙은 것이 목격되었다. 층층의 개구부 때문에 불은 여러 군데서 2층으로 번졌다. 사고원인 조사 결과, 도료 분무 부스의 천장부분 표면에 찌꺼기가 있음이 주목되었다. 부스를 수리하고 재사용한 후 부스지역 전체 에 도료 과분무가 부유되고 있음을 알게 되었다. 과분무 찌꺼기가 부스 뒤편을 떠돌아다니다가 부스를 통해 드럼의 움직임에 영향을 받았음이 틀림없었다.

가. 헤드 보호

자동식 스프링클러헤드에 솔벤트 및 수성도료 작업에서 나온 과분무 찌꺼기가 축적되기 쉬우므로 최대 0.08 mm 두께의 폴리에틸렌 또는 셀로판 백이나 얇은 종이봉지로 덮개를 씌워야 하며, 침전물이 많이 쌓이지 않도록 자주 덮개를 교체하고 헤드를 청소해야 한다.

나. 과분무 찌꺼기 제거

분무잔류물이 분무도장부스나 덕트, 덕트의 배출지점 또는 기타 도장지역에 과다하게 누적되는 경우, 이러한 조건이 개선될 때까지 도장작업을 중단하여야 하며, 아래와 같이 지속적인 작업이 필요하다.

□부스 벽, 배기덕트, 필터 플레넘, 배기덕트 지역의 지붕 등 모든 표면의 과분무 찌꺼기는 가급적 매일 청소해서 최소한의 것만 남도록 해야 한다.

□부스 벽에는 벗겨낼 수 있는 도료나 플라스틱 막을 사용하는 것도 도움이 될 수 있다. 과분무 찌꺼기를 제거할 때는 비철로 된 스크래핑 도구를 이용한다.

□제거 시에는 찌꺼기를 물에 적셔둔다. 인화성 솔벤트를 사용하는 경우 인화점이 40℃를 초과하는 것이어야 한다.

□인화성 솔벤트로 청소할 때는 항상 부스 환기설비를 가동해야 한다.

다. 배관 교체

정기적인 점검과 함께 가능하면 플라스틱 튜브나 호스를 교체한다. 특히 정전도장의 경우 튜브 교체 시 설비 제조자가 권장한 유형으로 해야 한다.

라. 쓰레기통

많은 화재가 도료에 의해 오염된 섬유와 폐기물의 자연발화로 야기되었다. 피도장물을 걸레로 닦을 경우 모든 오염된 걸레와 폐기물은 승인된 쓰레기통에 즉시 담아 매 교대근무 종료 후 최소한 매일 1회 이상 현장에서 제거되어야 한다. 종업원들이 현장에서 옷을 갈아입을 때, 더럽혀진 옷은 별도의 탈의실에 마련된 금속 옷장에 보관되어야 한다. 그리고 천조각이나 쓰레기가 도료에 젖어 있고 이러한 천조각이나 쓰레기가 사용 후 그 자리에 쌓여있는 경우에는 뚜껑이 있는 금속 쓰레기통을 설치하여야 한다.

마. 폐기

폐기된 모든 집진 필터, 수거된 잔류물 및 잔류물에 오염된 부스러기는 모두 즉시 안전한 별도의 장소로 옮기거나 물이 채워진 금속 컨테이너에 담아 두었다가 계속 물속에 보관하지 않고 그날 작업이 끝났을 때 폐기하여야 한다.

바. 작업복

도료에 오염된 작업복은 금속라커에 보관하지 않는 한 작업 건물 내에 밤새 놓아두어서는 안된다.

사. 세척작업

세척제의 인화점은 37.8℃를 초과하여야 한다. 단, 분무노즐과 보조장비 세척을 하는 경우, 분무작업에서 일반적으로 사용되는 것보다 인화점이 높은 세척제를 사용할 수 있다. 인화성 또는 가연성 솔벤트를 사용하는 세척작업은 환기장치가 작동중인 분무도장부스 내부 또는 적절히 환기되는 기타의 장소에서 실시하여야 한다.

아. 자연발화 위험

다른 유형의 도료가 혼합됨으로써 자연발화될 수 있는 경우, 두 번째 도료를 분무하기 전에 분무도장부스와 배기덕트에 있는 처음 사용한 도료 침전물을 제거하지 않는 한, 동일한 분무도장 부스에서 다른 유형의 도료를 번갈아 사용해서는 안 된다.

자. 스프레이 로봇 도장

로봇을 이용하여 인화성 도료를 다량 사용하는 도장구역은 색조 변환 시 세척제를 다량 사용으로 하부 그레이팅(바닥)에 세척제 잔류물 축적가능성이 있으므로, 이러한 부분에 대한 정기적인 청소 및 유지관리 계획이 필요하다.

6. 화재시뮬레이션의 활용

인화성 액체를 다량으로 연속공정에 사용하는 제조라인에서의 사고는 공정 전체의 중단으로 이어져 그 피해가 무척 클 수 있다. 하지만 이에 대한 대책으로서의 스프링클러나 다른 소화약제를 사용하는 경우에 그 신뢰성에 대한 검증도 쉽지 않은 문제이다. 따라서 이러한 위험상황을 컴퓨터로 재현하여 현재의 방호대책이 적절한지, 그리고 어떠한 추가적 대책이 필요한지 알아볼수 있다. 사업장은 이러한 컴퓨터 모의시험자료를 통해 가동중단 등의 치명적 위험에 대해 구체적인 대비책을 세울 수 있다.

화재보험협회는 대형 도장공정라인을 가진 사업장의 리스크 관리를 위하여 도장부스 화재시뮬레이션을 계속적으로 수행하고 있으며, 이를 바탕으로 해당 시설에 적합한 손실예방 및 저감대책을 제시하고 있다.

화재초기

화재 중반 열분포 분석

| 그림 3 | 자동차 자동 분무도장라인에서의 화재발생 시뮬레이션

| 그림 4 | 스프링클러 작동재현 시뮬레이션

7. 맺음말

도장공정은 컨베이어 방식의 대량생산 체제에서 가장 높은 위험성을 가진 부분으로, 다양한 색상의 여러 가지 제품을 시장 요구에 따라 실시간으로 반영해야 하는 제조시설의 경우 외주 처리를 하기 힘든 경우도 많아 그 리스크를 분리하기 힘들다. 따라서 전체 사업장의 사업연속성을 위하여 구체적인 비상계획(contingency plan) 및 금융적인 측면에서 기업휴지(business interruption) 리스크를 담보할 수 있는 대책이 필요하며, 현장 관리자는 원칙을 지키는 안전 및 유지관리 실무를 철저히 이행하는 것이 중요하다.

참고문헌 >>

• 도장공정 위험관리 가이드, 한국화재보험협회
• FMDS 7-27 SPRAY APPLICATION OF FLAMMABLE AND COMBUSTIBLE
• NFPA fire protection handbook 20th edition, NFPA
• NFPA 33 Standard for Spray Application Using Flammable and Combustible Materials
• 도장공정에서의 화재·폭발위험방지에 관한 기술지침(KOSHA GUIDE E - 28 – 2012), 안전보건공단
• 인화성 액체의 분무 공정에서 화재·폭발 예방에 관한 가이드(KOSHA GUIDE P - 6 – 2011), 안전보건공단
• GAP.9.2.3.2 TRAVELING SPRAY BOOTHS, GAP Guidelines

방재정보

방재 관련 기술정보를 전해드립니다.