5. 화학설비 위험방지기술(VER.2203)

chapter1. 위험물 및 유해화학물질 안전

인화점 : 가연성 증기를 발생시키는 액체 또는 고체가 공기중에서 점화원에 의해 표면에 붙는데 충분한 농도의 증기를 발생시키는 최저온도

자연발화 성질을 갖는 물질
ex) 질화면, 목탄분말, 아마인유

제1류 위험물(산화성고체) : 가연성 물질의 연소 또는 폭발을 가속화
ex) 과염소산나트륨

제5류 위험물
ex) 과산화벤조일

제6류 위험물
ex) 과염소산, 과산화수소

폭발한계^[각주:1]의 범위
메탄 : 5~15%
부탄 :1.8~8.4%
톨루엔 : 1.1~7.9%
아세틸렌 : 2.5 ~81%

가스명칭	시험지	반응색
포스겐(맹독성)	하리슨시험지	유자색
시안화수소	초산벤젠지	청색
일산화탄소	염화팔라듐지	흑색
아세틸렌	염화제1구리착염지	적갈색

위험성이 커지는 경우
과산화나트룸 + 염산
염소산칼륨 + 적린

노출기준
염소 : 0.5ppm
암모니아 : 25ppm
메탄올 : 200ppm
에탄올 : 1000ppm

하이드라진 : 폭발성물질
벤젠 : 인화성액체
암모니아 : 인화성 가스
디이조화합물 : 폭발성 물질 및 유기과산화물
황린, 마그네슘분말, 알킬알루미늄 : 물반응성 물질 및 인화성고체
염소산나트륨 : 물에 녹음

아세톤 : 인화점이 -20도

에어로졸 단위\([mg/m^3]\)

단열압축
$$ {T_2\over T_1} = ({V_1\over V_2})^{r-1} = ({P_2\over P_1})^{ r-1\over r} $$
(r : 비열비, \(T_1\) : 초기온도, \(T_2\)[K] : 나중온도, \(P_1\)[K] : 초기압력,  \(P_2\) : 나중압력)

유기화합물 \(C_nH_xO_y\)의 양론농도\((C_{st})\) 
$$ C_{st} = {100 \over 4.77n +1.19x-2.38y+1} $$
연소하한계(LFL) = 0.55×C_{st}
ex) 에틸렌(C2H4)의 LFL = 3.6[vol%]

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chapter2. 공정안전

공정안전자료
1. 각종 건물, 설비의 배치도
2. 유해하거나 위험한 설비의 목록 및 사양
3. 위험설비의 안전설계, 제작 및 설치관련 지침서

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chapter3. 폭발방지 및 안전대책

분진폭발의 특징
1. 입자의 크기, 부유성 등이 분진 폭발에 영향을 준다.

	발생에너지	폭발압력	연소속도	가스중독	불완전연소
분진폭발	크다			크다	많다.
가스폭발		크다	크다

분진폭발시 압력의 파급속도가 화염의 파급속도보다 크다.

불연성질 : 연소가 일어나지 않는 성질

분진의 발화폭발의 조건
미분상태, 점화원의 존재, 산소공급

구분	수소(H_2)	프로판(C_3H_8)	메탄(CH_4)	일산화탄소(CO)
UEL	75	9.5	15	74
LEL	4	2.4	5	10.5
폭발범위	71	7.1	10	63.5
위험도	17.75	2.96	2	6.05

폭발범위 = UEL - LEL
위험도 계산식 = (UEL - LEL)/ LEL

누설발화형 폭발재해 예방대책
1. 발화원 관리
2. 밸브의 오동작 방지
3. 누설물질의 검지 경보

응상폭발의 원인 : 가연성 고체의 미분 or 가연성 액체의 액적
ex) 수증기폭발
기상폭발의 원인 : 분류상 가스 등 기체에 의한 폭발
ex) 분진폭발, 혼합가스폭발, 분무폭발

기체 1몰의 부피 : 22.4[L]

 

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chapter4. 화학설비 안전

단위공정시설 및 설비로부터 다른 단위공정시설 및 설비의 사이는 외면으로부터 10[m] 이상의 안전거리를 두어야 한다.

(용적형 - 왕복식) 피스톤, 플린저, 다이어프램(격막) 펌프
(용적형 - 회전식) 기어, 베인, 나사, 스크류 펌프

축소관(reducer), 부싱(bushing) : 관 지름의 변경
개스킷 : 배관 등의 접합면 사이를 상호 밀착시켜 물질의 누출방지를 위해 사용하는 설비 부속품

압력방출장치(차단밸브) 설치
1. 자동압력조절밸브와 안전밸브 등이 병렬로 연결된 경우
2. 화학설비 및 그 부속설비에 안전밸브 등이 복수방식으로 설치되어 있는 경우
3. 열팽창에 의하여 상승된 압력을 낮추기 위한 목적으로 안전밸브가 설치된 경우
4. 인접한 화학설비 및 그 부속설비에 안전밸브등이 각각 설치되어있고, 해당 화학,부설설비의 연결배관에 차단밸브가 없는 경우

압력방출장치(차단밸브)의 검사주기
직접접촉 : 1회 / year 이상
파열판설치 : 1회 / 2year 이상
우수한 사업장 : 1회 / 4year 이상

누출감지경보기 가스별 특징
가연성가스(암모니아 제외) : 방폭성능을 가짐
독성가스 : 허용농도 이하에서 경보
가연성가스 : 25%이하에서 경보
가연성 + 독성 : 독성가스를 기준으로 경보기 선정

특수화학설비의 종류
1. 발열반응이 일어나는 반응장치
2. 증류, 정류, 증발, 추출등 분리를 하는 장치
3. 가열시켜 주는 물질의 온도가 가열되는 위험물질의 분해온도 또는 발화점보다 높은 상태에서 운전되는 장치 
4. 반응폭주 등 이상 화학반응에 의하여 위험물질이 발생할 우려가 있는 설비
5. 온도가 섭씨 350도 이상이거나 게이지 압력이 980kpa이상인 상태에서 운영하는 장비
6. 가열로 또는 가열기

특수화학설비 내부에는 온도계, 유량계, 압력계 등의 계측장치를 설치

증류법
공비증류 : 공비혼합물 또는 끓는점이 비슷하여 분리하기 어려운 액체혼합물의 성분을 완전히 분리하기 위해 쓰는 증류법
ex) 수분을 함유하는 에탄올에서 순수한 에탄올을 얻음

건조실을 설치하는 건축물
1. 위험물을 가열하는 경우, 내용면적이 1m^3이상인 건조설비
2. 위험물이 아닌 경우, 고체 또는 액체연료의 최대사용량이 10kg/hour 이상
3. 위험물이 아닌 경우, 기체연료의 최대사용량이 1m^3/hour 이상
4. 위험물이 아닌 경우, 전기사용 정격용량이 10kW이상

구조부분 
ex) 철골부, 보온판
가열장치
ex) 열원장치
부속설비
ex) 소화장치

화염방지기 설치 위치 : 설비의 상단

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chapter5. 화재예방 및 소화

질식소화 : 산소를 차단하여 산소농도가 15%이하가 되면 연소가 지속될 수 없음을 이용

제 1종 소화약재 : 탄산수소나트륨

steam trap : 기기, 배관 등에서 증기가 배출되지 않도록 하면서 응축수를 자동적으로 배출하는 장치
vent stack : 운전시 방출된 가스 또는 증기를 소각하지 않고 대기중으로 안전하게 방출시키기 위한 장치
blow down : 수면의 스팀, 수저의 찌꺼기를 방출해서 보일러 내부에 이물질이 누적되는 것을 방지

소화약제의 하론 번호
C(탄소) + 17족원소(F, Cl, Br, I)의 개수
ex) \(CF_3Br\) = 하론 1301

고체연소의 종류
표면연소
분해연소
증발연소
자기연소

디에틸에테르
인화점 -45도
착화점 180도
증기비중 : 2.25
연소범위 : 1.9~48%

1. 가연성 기체와 산소 등의 산화성 기체와의 혼합물의 폭발은 어떤 일정한 조성, 압력, 온도의 범위 내에서 생기는데, 이 한계를 폭발 한계라고 한다. [본문으로]