1. 머리말

공기압축기는 공기를 일정 압력 이상으로 압축하여 고압 탱크에 저장시켜 압축공기를 생산하는 장치이다. 압축기는 유체를 압축하여 유체에 기계적 에너지를 가한다는 점에서는 펌프와 원리는 기본적으로 같지만, 펌프는 액체를 압축하는 것이고 이에 반해 압축기는 기체를 가압하여 압력과 속도를 변환시킨다는 점에서 펌프와 구별된다.

압축기 중 공기를 압축하는 것이 공기압축기이고 산업안전보건법상의 정의는 공기의 사용을 위해 피스톤, 임펠러, 스크루 등에 의하여 공기를 필요한 압력으로 압축시켜 탱크에 저장하는 공기기계를 말하며 산업안전보건법의 적용을 받는 공기압축기는 중기관리법의 적용을 받는 것을 제외하고 게이지압력 2kgf/cm² 이상인 것으로 공기(압력)탱크의 내경이 200mm 이상 또는 길이가 1,000mm 이상으로서 동력에 의하여 구동되는 공기압축기에 한 한다.

건설용 공기압축기는 착암기, Vibrator 등의 동력이 되는 압축공기를 생산하는 장비이고, 압축공기는 공기 Motor, 항타기, 환기용, 청소용의 동력원으로 되기도 하며 Hose나 Pipe를 통하여 작업 장비에 전달된다.

건설용 공기압축기는 고온, 고압의 유체를 사용하기 때문에 화재 발생뿐만 아니라 다양한 사고의 위험성이 있다. 그러나, 산업현장에서 이러한 위험성을 인지하지 못한 채 정상적인 관리의 범주 외에서 사용하여 공기압축기 화재가 빈번히 발생하고 있다.

2. 공기압축기 종류 및 특성

가. 압축기구에 의한 분류

(1) 왕복식 압축기

Crank 기구에 의한 Cylinder 내 Piston의 왕복운동으로 압력을 생성시키는 압축기이며 Cylinder 배열에 따라 입형과 횡형으로 나눠진다. 에어는 흡입 필터로 들어와 실린더 내 피스톤의 왕복운동에 의해 압축되고 공기(압력)탱크에 저장되어 필요한 라인으로 공급된다. 작동원리는 구동 모터에 의해 동력이 발생하여 동력전달장치(풀리, 벨트)에 의해 크랭크실의 크랭크축으로 전달되고 축과 커넥팅로드로 연결된 피스톤이 실린더를 왕복하면서 공기가 압축된다.

왕복식은 공기를 7kgf/cm² 까지 한 번에 단열 압축하므로, 대기온도가 30℃ 일 때는 압축 후의 공기 온도가 250~300℃로 된다. 이때 윤활유가 고온이 되기 때문에 증기 상태로 되고 일부는 탄화되어 카본이 생성된다.

(2) 회전식((Screw, Rotary) 압축기

회전운동으로 압력을 발생시키는 용적형 압축기로, 가변 날개형과 나사형의 2종류가 있다. 이들은 모두 압축과정에 있어 압축기 내부에 Oil을 주입하고, Oil은 압축열의 냉각, 내부윤활 및 Seal 역할을 한다. 압축기에서 압축된 공기는 Oil 분리기(오일세퍼레이터)로 이송되어 공기와 Oil을 분리하고, 깨끗한 공기는 Service Valve로 공급된다.

[그림 3]의 공기압축기는 1단, 공랭식 스크루 공기압축기로 오일세퍼레이터가 있는 급유식이다. 에어는 흡입 필터를 통해 들어와 압축기(스크루)에 의해 압축되고 오일세퍼레이터에서 오일과 분리되어 냉각 팬에 의해 냉각된 다음 토출 라인을 거쳐 별도로 설치된 공기(압력)탱크에 저장되어 있다가 필요한 라인으로 공급된다. 작동원리는 구동 모터에 의해 동력이 발생하여 이와 커플링 등으로 직결된 압축기가 공기를 압축한다.

나. 용도별 분류

실제로 압축기를 사용할 경우, 그 구조상의 차이와 특징 외에 설치조건에 따라 고정식과 이동식으로 분류된다.

(1) 고정식 압축기

- 장기적으로 사용하여도 사용 목적에 맞고 경제적으로 유리할 경우 선택하고, 설치 위치는 사용장소와 가까이 정하며 사용장소가 산재할 때는 부하의 중심에 집중하도록 설치한다.

(2) 이동식 압축기

- 특정 기초를 만들지 않고, 간단히 이동 사용할 수 있도록 제작한 압축기를 이동식 압축기라 한다. 이동운행이 쉽도록 가능한 소형 경량으로 하고, 2륜 또는 4륜 Tire를 부착하며 견인차로 주행할 수 있는 구조로 되어 있다.

- 용도에 따라서 Skid Base를 갖춘 반이동식, 또는 Truck에 탑재하는 상태로 사용하는 차량식 등 응용 기종도 제작되고 있다. 원동기에는 Diesel Engine을 사용하는 것이 많고, 다수의 공기압축기에서 건설 공해상 소음을 줄이기 위해 가연성의 방음 설비가 설치되어 사용되고 있다.

- 이동이 쉽고 디젤엔진 등의 독립된 동력원을 사용하여 건설용 공기압축기에 주로 사용된다.

3. 화재사례Ⅰ

가. 화재 개요

(1) 화재일시: 2016년 06월 01일

(2) 화재장소: 충남 천안시 서북구 ○○동 신축현장

(3) 화재기계는 ‘○○’사에서 제조한 모델명 ‘XAVS-○○’의 이동식 설비로서 디젤엔진을 동력으로 사용하는 급유식 스크루 공기압축기임

(4) 화재기계는 하우징 부분, 엔진 부분, 압축기 부분으로 구성되며, 화재로 인하여 하우징 부분의 가연성 흡음재와 엔진 부분의 배기관 주변((이하 ‘Ⓐ부분’이라 칭함))이 연소된 상태임

나. 화재사진

다. 발화지점 및 발화원인

4. 화재사례Ⅱ

가. 화재개요

(1) 화재일시 : 2020년 08월 27일

(2) 화재장소 : 충북 제천시 ○○로 ‘공사 현장’

(3) 화재기계는 항타작업에 사용되는 공기압축기이며 ‘○○’사에서 제조한 모델명 ‘CP-○○’의 이동식 설비로서 디젤엔진을 동력으로 사용하는 급유식 스크루 공기압축기임

(5) 공기압축기 내부의 컴프레서 및 압력탱크 상부의 가연성 흡음재에서 약한 수준의 연소피해가 발견됨

나. 화재사진

다. 발화지점 및 발화원인

(1) 다음의 사실과 검토에 근거하여, 본 화재에 대한 발화지점은 압력탱크 내부이며, 발화원인은 공기압축기 압력탱크 내부에서 발생한 미소 점화원에 의한 착화로 보임

가) 공기압축기 내부의 연소 형태는 압력탱크 내부에서 발화하여 컴프레서 내부 및 주변 배관 등의 가연재를 연소하고 천장에 설치된 가연성 흡음재에 연소 흔적이 남은 점

(나) 압력탱크 내부 압축오일의 MSDS에 기재된 인화점은 약 218℃이며, 수리업체 관계자의 설명에 따르면 평소 운전 온도는 약 100℃이고 최고 150℃까지 상승한다고 하는 점

다) 분무 상태에서는 더 낮은 온도에서도 착화가 가능해지므로1) 미소 점화원에 의해 쉽게 착화될 수 있는 점(이를 방지하기 위해 오일세퍼레이터 및 압력탱크 상부 덮개 등에 접지설비가 설치됨) (이상 [사진 5~8] 참조)

5. 맺음말

건설 등 각종 산업현장에서 사용하는 공기압축기는 고온, 고압에서 작동되므로 사고 예방을 위한 각별한 주의가 필요하지만, 실제 현장에서는 관리 미흡으로 인하여 화재 등 다수의 사고가 발생한다.

화재사례에서 살펴보았듯이 건설용 공기압축기의 압축오일 등의 누유 시 오일류는 즉각 제거하고, 단열 조치 한 부분은 주기적으로 파손되었는지를 확인한다. 또한, 급유식 공기압축기의 압축오일은 압축기 내부에서 고온, 고압으로 작동되어 폭발 분위기가 형성되므로 정기검사 시 공기압축기 내부의 접지설비는 적정한지 확인하여야 한다.

기타 원인에 따른 공기압축기 사고 예방을 위해 다음 사항에 유의하여 관리하여야 한다.

가. 적법한 공기압축기(건설기계관리법에 의거 등록 후 정기검사 실시)의 사용

나. 통풍이 양호하고 급유 및 점검이 쉬운 장소에 설치하며, 고온 및 저온인 장소는 지양

다. 운전 시 각 배관의 연결, 오일류의 보충 및 구동계의 회전방향 표시 상태 확인

끝으로, 화재조사를 하며 살펴본 대부분의 건설용 공기압축기 하우징 내부에는 가연성 흡음재가 설치되어 있으나 이는 발화 시 화재확산의 매개가 되므로 건설용 공기압축기의 화재 위험성을 줄이기 위해 흡음재의 불연화를 제안한다.

자료출처