1. 머리말

빈산업용 건조설비는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되며, 일반적으로 가연성 원료나 건조 및 경화 중에 가연성 증기를 방출하는 제품을 다룬다. 특히 건조과정에서 가연성 가스를 사용하는 경우가 있으며, 침전물 또는 가스 축적으로 인한 화재나 폭발 위험을 내포하고 있다.

산업용 건조설비로 인한 화재 및 폭발 사고는 과거부터 현재까지 지속적으로 발생하고 있으며, 이러한 사고 중 다수는 대규모 피해를 발생시키고 있다.

빈2009년~2019년까지 10년간 건조설비에서 발생한 손실을 살펴보면, 대부분의 손실 사례는 화재 및 폭발로 인한 것이다. 손실에 영향을 미친 요인으로는 스프링클러 미설치가 다수를 차지하고 있으며, 기타 요인으로 안전장치 설치 부적절 또는 유지 보수 미흡, 설비 운영 절차 부적절 등이 있다.

빈이러한 산업용 건조설비로 인한 화재·폭발 위험을 저감하고, 사고 발생 시 그 피해를 최소화하기 위하여 최근 제정된 산업용 건조설비 방화기준(KFS 0811)의 주요 제정 사항을 중심으로 소개하고자 한다.

2. 위험요소

빈 건조설비의 화재는 주로 도장 설비, 섬유 및 종이 건조기, 전기 코일 함침용 설비, 저 인화점 용매 증발용 건조기 등에서 발생한다. 도장 설비에서는 주로 침적물이 화재의 주요 원인이 되며, 이는 온도조절장치 고장이나 기기 과열과 같은 원인도 관련된다. 섬유 건조기에서는 내부의 섬유 보풀로 인한 화재가 흔하며, 기타 건조설비에서는 분진, 침적물, 인화성 증기 발생, 열매체유 누출 등이 화재 발생의 주된 원인으로 나타난다.

빈건조설비 연료로 인한 폭발 사고는 주로 가스나 오일과 같은 연료가 점화되거나 재점화되는 과정에서 발생하며, 작업 종료 후에도 연료가 연소 챔버로 누출될 경우 폭발이 발생할 수 있다. 또한, 작업 공간 내부의 온도가 발화성 액체의 인화점을 초과하거나 연소 생성물에 노출될 경우, 증기 폭발의 위험이 있다.

3. 산업용 건조설비의 손실예방

가. 폭발 벤트

빈가연성 액체 증기 또는 가스가 발생할 수 있는 연료 연소형 건조로에는 내부 폭발압력을 방출할 수 있도록 폭발 벤트를 설치하고 건조로 내부 설계압력 미만의 서지 압력에서 작동되도록 한다. 폭발 벤트는 가능한 한 옥외로 방출해야 하며, 불가능할 경우에는 폭발 에너지를 효과적으로 분산하고 건조로 주변 실내 또는 건물의 과압을 방지할 수 있도록 충분한 용적을 가진 공간으로 방출한다.

나. 온도제어

빈건조설비는 안전 작동 온도를 절대 초과해서는 안 되며, 초과온도 제한 장치를 설치하는 경우 버너 관리 시스템과 연동시킨다. 제조자가 지정한 건조로의 최고 온도를 초과하기 전에 초과온도 제한 장치를 작동하여 열원을 차단해야 하며, 가스 또는 오일식 건조로의 경우, 초과온도 제한 장치는 안전 차단밸브와 인터록되어야 한다.

다. 안전장치

1) 퍼지 환기 및 재점화

빈가스 및 오일식 건조로는 운전 정지 기간 동안 축적된 연료 증기 및 가연성 가스를 퍼지하기 위해 가동 전 자동 환기를 실시하며, 가동 전 자동 환기는 연료의 공급 및 전기 점화기를 작동하기 전에 반드시 실시한다. 가연성 가스가 축적되지 않도록 충분한 기계적 환기를 실시하는 경우 퍼지된 상태를 유지할 수 있으므로 재 퍼지를 하지 않고도 재점화를 시도할 수 있으나 충분한 기계적 환기가 가능하지 않은 경우 재퍼지를 실시한다.

2) 연소 공기 송풍기와 연소 생성물 환기팬 인터록

빈각 송풍기와 환기팬은 연료 안전 차단밸브 및 전기 점화기가 작동되기 전에 가동될 수 있도록 인터록을 구성한다. 팬 고장 시에는 안전 차단밸브를 자동으로 닫고 점화 시스템을 비활성화시켜야 한다.

3) 안전 차단밸브

빈안전 차단밸브는 폭발 또는 화재를 방지하는 주요 안전 제어장치로 사용되며, 인터록 안전장치 또는 운전 제어 장치에 의해 유지 매체(전류 또는 유압)의 차단을 감지하면 안전 차단밸브는 버너로 공급되는 연료를 자동으로 차단한다. 2개의 안전 차단밸브를 설치하는 경우, 안전 차단밸브가 누출될 경우를 대비하여 개방된 벤트 밸브가 있는 벤트 라인을 설치한다.

4) 자동 화염방지장치 및 안전 방출장치

빈가스 혼합기로부터 가연성 공기-가스 혼합물을 배관 시스템을 통해 공급하는 경우, 폭발 발생 시 배관과 기계장치들을 보호하기 위해 자동 화염방지장치와 안전 방출장치를 설치한다. 자동 화염방지장치는 가능한 한 버너 입구와 가까운 배관 인입측에 설치하고, 역화가 발생한 후 공기-가스 혼합물의 흐름을 차단하기 위해 각각의 자동 화염방지장치에 수동으로 작동하는 가스 코크를 자동 화염방지장치의 입구 가까이에 설치한다.

5) 연소 안전장치

빈버너 불꽃을 감시하기 위해 가스 및 오일식 버너에 연소 안전장치를 설치한다. 2개의 메인 버너가 인접하여 설치된 경우, 각 버너의 상호 점화가 가능하다면 하나의 연소 안전장치로 감시할 수 있다. 안전장치가 점화 실패를 감지하면 4초 이내에 조치(버너 정지 또는 재점화 시퀀스 실시 등)하여 안전사고를 방지한다.

빈파일럿 불꽃과 메인 버너 불꽃은 별도로 감시해야 하며, 메인 버너의 점화 시도 시간은 자동으로 제한될 수 있다. 연소 안전장치의 불꽃 감지 센서는 제조자 지침에 따라 설치하고, 파일럿 불꽃과 메인 버너 불꽃 감시 센서의 위치가 바뀌지 않도록 단단히 고정되어야 한다.

6) 작동 시퀀스

빈가스 및 오일식 파일럿과 메인 버너의 경우 점화 시도 시간 및 화염 형성에 소요되는 시간은 15초로 자동 제한된다. 또한 연소 중 화염이 꺼지는 경우 자동 점화 방식의 건조설비에 한하여 자동 재점화는 1회만 허용한다.

라. 안전환기

1) 일반사항

빈안전 환기를 사용하여 발생하는 증기를 폭발하한계(LEL)의 25 % 이하 농도로 희석하며, 가열 설비와 전기 점화 시스템 작동 및 컨베이어 가동 이전에 챔버 내부를 퍼지 하기 위해 자동 환기를 실시한다. 또한 댐퍼는 안전제어회로와 인터록을 구성하여 댐퍼의 폐쇄 또는 설치 위치 부적합으로 인해 챔버 내부 퍼지가 불가한 경우 퍼지가 시작되기 전이나 퍼지 중에 적당한 위치를 확보할 수 있도록 한다.

2) 댐퍼 설계

빈문이나 댐퍼는 안전제어회로와 인터록을 구성하여 문이나 댐퍼의 폐쇄 또는 설치 위치 부적합으로 인해 챔버 내부 퍼지가 불가한 경우 퍼지가 시작되기 전이나 퍼지 중에 적당한 위치를 확보할 수 있도록 한다. 또한 볼륨 조절 댐퍼가 최대로 설정되어 있을 경우에도 안전을 위해 필요한 최소환기율을 만족할 수 있도록 설계한다.

빈가동 중 발생하는 증기를 안전하게 희석하고, 산화물/용매 회수 시스템 또는 외부로 배출이 가능하도록 하나 이상의 모터 구동 원심팬을 이용하여 안전 환기설비를 설치하고 신선한 공기를 챔버의 모든 부분과 가열 중인 물질 주위로 순환시킨다.

마. 자동식 스프링클러설비

다음 조건의 건조설비에는 습식 스프링클러설비를 설치한다.

• (1) 가공되는 물질이 가연성인 경우
• (2) 내부 오븐 표면이나 랙, 트레이 등에 가연성 액체 방울이나 침적물이 존재하는 경우
• (3) 금속 침지 도장 또는 연속식 자동 도장 설비의 경우 액체 방울이 발생하는 부분
• (4) 가연성 물질이 축적되는 덕트, 플레넘 챔버, 중요한 대형 팬의 하우징, 임펠러 케이싱

그림 5와 그림 6은 건조설비 내 스프링클러설비를 설치한 대표적인 사례를 소개한 것으로, 스프링클러헤드 배치 시 다음 그림을 참조하도록 한다.

빈그림 5는 줄로 연결된 섬유 건조설비에 스프링클러헤드를 설치한 경우로 연결된 줄 내부의 방호를 위해서는 그림과 같이 펜던트 형태의 헤드 또는 측벽형스프링클러헤드를 교차 설치한다.

밀접한 간격으로 설치된 고온 공기 덕트들 사이에서 카펫 직물이 단일 경로로 이동하는 경우 그림 6과 같이 스프링클러헤드를 설치한다.

바. 유지관리

1) 일반사항

빈정기적으로 오븐과 덕트를 청소한다. 특히 인화성 퇴적물 또는 가연성 분진 등의 축적이 발생하는 경우 청소가 필요하며, 인화성 퇴적물 두께를 3 ㎜ 이하로 유지한다. 퇴적 속도는 건조설비 및 공정 내용에 따라 크게 다르므로, 청소 주기를 특정할 수는 없으므로, 새로운 설비는 청소 주기를 설정할 때까지 주 1회 청소한다.

2) 안전 제어장치 검사

정기적으로 안전 제어장치의 기능을 검사한다.(표 2에 제시된 주기 이상으로 실시)

사. 교육

빈건조설비를 작동, 유지관리 또는 감독하는 직원은 자격을 갖춘 사람의 지시에 따라 각자의 직무 기능에 대해 정기적으로 교육 받는다. 교육 프로그램은 장비 가동 시작, 종료 및 잠금 절차에 대해 자세히 다루고 있어야 하며, 교육 자료는 장비 및 운영 절차의 변경 사항에 따라 최신 상태로 유지한다.

4. 맺음말

빈산업용 건조설비의 화재와 폭발은 심각한 안전 문제를 초래할 수 있다. 이를 예방하고 대비하기 위해서는 화재 및 폭발 방지 시스템의 설치, 정기적인 점검과 유지보수, 그리고 작업자들의 교육 등의 노력이 필요하다. 이러한 화재 및 폭발사고 저감을 위해 산업용 건조설비 방화기준(KFS 0811)을 제정하였으며, 앞으로 본 기준이 각 산업 현장에서 널리 활용되어, 화재 및 폭발 사고의 발생을 최소화하는 데 적극적으로 활용되기를 기대한다.