KOSHA GUIDE-공정안전지침-폐용제 회수작업에 관한 기술지침

 

 

 

 

 

 

 

 

 

폐용제 회수작업에 관한 기술지침

 

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1. 목 적

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이 지침은 패키지 타입(Package-type) 증류시스템과 탄소흡착층을 이용하여 폐 인 화성용제 사내 회수 시 화재 및 폭발 예방에 관한 필요한 사항을 제시하는데 그 목적이 있다.

 

 

2. 적용범위

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이 지침은 패키지 타입(Package-type) 증류시스템과 탄소흡착층을 이용하여 폐 인 화성용제 사내 회수작업에 적용한다. 다만, 석유화학 산업의 대단위 증류공정에는 적용하지 않는다.

 

 

3. 용어의 정의

 

(1) 이 지침에서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.

 

(가) “소형 패키지 증류기”라 함은 <그림 1>의 예와 같은 폐용제 등을 가열하여 용 제를 회수하거나 정제에 사용되는 소규모의 증류장치를 말한다.

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(나) “탄소층 흡수기”라 함은 <그림 2>의 예와 같이 활성탄소흡착층을 이용하여 용 제를 정제하는 소규모 용제회수장치를 말한다.

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(다) "폭발억제시스템(Explosion suppression)"이라 함은 폭발이 발생할 우려가 있는 용기나 설비 등에 압력 감지기, 동력장치(Power unit), 고속방출용 소화기 등을 설치하여 폭발이 시작될 때 폭발압력을 감지하여 고속방출 소화기를 터트리어 폭발의 확산을 미리 진압하는 폭발방호시스템을 말한다.

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(2) 그 밖에 이 지침에서 사용되는 용어의 정의는 특별한 규정이 있는 경우를 제외하 고는 「산업안전보건법」, 같은 법 시행령, 같은 법 시행규칙 및 「산업안전보건기 준에관한규칙」에서 정하는 바에 의한다.

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4. 공정개요

 

4.1 소형 패키지 증류기

 

(1) 소형 패키지 증류기에 의한 폐액 용제회수는 증류기 내에서 정제에 의하여 이루어 진다.

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(가) 정제는 <그림 1>과 같이 먼저 폐용제가 들어있는 물질을 용제의 비점이상으로 가열하는 증류기로 일괄 또는 연속적인 주입함으로부터 시작된다.

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(나) 증류기에서 증발된 비교적 순수한 용제는 냉각수에 의하여 응축되어 재사용을 위한 저장용기로 보내어 저장한다.

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(다) 잔류 증류찌꺼기(액과 슬러리 혼합물)는 두 번째 단계의 회수조작을 수행하거 나 배출한다.

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<그림 1> 소형 증류기의 예

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(2) 보다 작은 규모의 증류기는 드럼이나 소규모의 비 압력용기 중 폐용제를 직접 받 아서 처리하도록 설계된 경우도 있다.

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(가) 증류기는 밀폐공간에 설치되어 있고, 폐용제는 작업자에 의하여 증류기로 이송 된다.

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(나) 회수된 용제는 다른 드럼이나 캔(Can)에 담는다.

 

(다) 전 시스템이 차지하는 면적은 수 ㎡ 이하이고 이동도 가능하다. 보다 큰 규모의 작업은 일반적으로 고정된 공정장치가 이용된다.

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(라) 폐기물질은 지하저장탱크의 고정 배관이나 증류실에 위치한 운반용 빈(Bin) 또 는 인근의 인화성 액체 저장실

에 저장된다.

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(3) 패키지 증류기의 용제 저장용량은 부피로 3.8 L에서 수백 L까지 다양하다.

 

(4) 증류기는 스팀, 전기 또는 열전달유에 의하여 가열되며 보통 증류기에서 발생한 증류물은 냉각수에 의하여 냉각된다.

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(5) <그림 1>은 첫째 단계의 가열은 스팀을, 두 번째 단계의 찌꺼기 정제는 전기적 가 열을 이용하는 전형적인 이동식 증류기의 예이다.

 

4.2 탄소층 흡수기

 

(1) 폐증기 흐름으로부터 용제의 포집은 보통 활성탄소 흡수층을 이용하여 행해진다.

 

(가) 폐용제가 포함된 폐증기 흐름은 활성탄소층을 포함하는 두 개 이상의 용기 속 으로 팬 시스템에 의하여 덕트를 통하여 용제공정으로부터 흡입되어 들어온다.

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(나) 용제가 포함된 공기흐름이 활성탄소층을 통과하는 동안 용제는 탄소에 흡수된 다.

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(다) 탄소층으로부터 용제회수는 스팀을 이용하고 포집된 용제는 냉각기로 이동된 다.

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(2) 흡수기(Absorbers)는 100 내지 200 kPa의 운전압력으로 설계된 탄소강압력용기인 데, 내식용 금속이 사용될 수도 있다.

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(가) 탱크는 <그림 2>와 같이 수평 또는 수직형을 사용할 수 있다.

 

(나) 종종 2개 이상의 흡수기가 병렬로 설치된다. 하나의 장치가 공기흐름으로부터 1∼2%의 용제 또는 오염물질이 흡수 또는 제거 되는 동안 다른 유니트는 탈착 상을 형성한다.

 

(다) 탈착은 층 밖의 스팀, 다음 흡수 사이클을 준비하기 위한 공기의 건조 및 냉각 으로 구성된다.

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(라) 스팀과 용제는 하류설비(Downstream equipment)안에서 응축되고 분리된다.

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(마) 소량의 흡수물질은 탄소에 남아있다.

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(바) 종종 탈착에 요구되는 시간이 흡수에 요구되는 시간보다 월등이 짧다. 그러므 로 어느 유니트는 일정기간 동안 공기를 통과시키지 않고 대기상태로 있을 것 이다.

 

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<그림 2> 탄소층 흡수기의 예

 

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5. 위험요인(Hazard)

 

(1) 인화성 용매를 사용하므로 화재 및 폭발위험은 항상 존재한다.

 

(가) 용제는 비등할 수 있기 때문에 장치 폭발 위험을 상정할 수 있다. 만일, 장치가 실내에 있다면 작업실폭발도 있을 수 있다.

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(나) 만일 건물이나 작업장에 소방설비 등 위험에 대한 특별한 방호설비가 설치되지 않았다면, 이로 인하여 발생한 화재나 폭발은 중요한 공정장치를 심각하게 손 상하게 하고 제품의 생산을 중단시킬 수 있다.

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(다) 실내 폭발은 용기로부터 비등하는 용제액체나 증기가 누출되어 점화될 때 일어 날 수 있는데, 이러한 누출의 원인으로는 가스킷 손상, 기계적 손상 또는 용기 의 과압 등이 있다.

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(2) 탄소층 흡수기의 기본적 위험은 스팀을 주입하기 전 후 대기 기간 동안 또는 흡수 상 직후에 일어날 수 있는 화재 가능성이다.

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(가) 화재는 작업자가 탈착을 위한 스팀이 공급되었음을 인지하지 못할 때 일어난 다.

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(나) 또한 아세톤, 메틸에틸케톤, 및 아세트알데히드와 같은 용제가 사용되는 새로운 탄소 층이 있는 장치 안에서 일어난다.

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(다) 염료에 사용되는 것과 같은 소량의 고분자 불포화화합물을 포함하는 안전한 용 제를 취급하는 층은 장기간 동안 이들 물질이 축적된 후 연소된다.

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(3) 화재는 분해성 물질이 탄소의 활성표면 위에서 분해되면서 발산하는 에너지에 의 하여 가열되고 이 열로 인하여 자기분해가 가속되어 자연 발화를 일으킬 수 있다.

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(가) 정체상태에서는 국부적으로 뜨거운 부분(Hot spot)이 생길 수 있는데, 공기흐름 이 다시 시작될 때 이 부분이 화염의 연소를 일으킬 수 있다.

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(나) 물질이 정체되어 있는 동안 공기흐름을 유지하면 생성되는 반응열을 제거하여 열점의 생성을 방지할 수 있다.

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(4) 자연 발열성 물질은 케톤, 알데히드, 유기산, 유기과산화물 그리고 비닐 및 아세틸 렌 형 불포화탄화수소를 포함한다.

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(5) 탄소층 흡수탱크 내부에는 일반적으로 폭발위험이 존재하지 않는다. 그러나 탄소 층 탱크 건물 안에서는 인화성 증기의 폭발위험이 존재한다. 왜냐하면 증기는 용 제가 포함된 증기흐름이나 팬 보호물로부터 누출될 수 있기 때문이다.

 

 

6. 회수설비 설치 및 회수작업 시 안전조치 사항

 

6.1 일반 사항

 

(1) 용제가 포함된 공기를 회수시스템으로 운반하는 덕트는 산업 환기시스템 설치기 준에 따라 방호장치를 설치하여야 한다.

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(2) 인화성 액체나 증기가 유입될 수 있는 실내나 건물은 화재 폭발방호를 위한 자동 스프링클러 설비를 설치하고, 환기 및 배수 설비를 완비하며 철저한 점화원 관리 를 실시해야 한다. 필요한 경우에는 화재 폭발 억제시스템(Suppression) 도입을 권 장한다.

 

6.2 용제 증류시스템

 

6.2.1 일반 요구사항

 

이 기준은 단일 용기에 19 L 이상의 인화성 용제를 취급하는 증발기에 적용된다. 이 기준 범위의 용제는 인화점이 149 ℃ 이하이고, 그 비점 또는 그 이상으로 가 열되는 용제이다.

 

(1) 인화성 용제를 처리하는 증류기는 실외에 위치하거나 중요한 건물, 장치, 탱크 또 는 실외 저장소로부터 적어도 22.9 m 떨어진 건물 안에 설치되어야 한다. 이격된 건물은 경량으로서 손실이 최소화되는 구조여야 한다.

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(2) 그렇지 않으면 회수 증발기는 공장의 중심부가 아닌 주변 벽 가까이에 위치한 격 리된 방이나 부속 건물에 위치해야 한다.

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(3) 폭발 방산구는 실내 공간 75 ㎥당 1 ㎡ 비의 벤트면적으로 설치되어야 한다.

 

(가) 외부 벽이나 판넬은 0.9 kPa(0.01 bar)에 열릴 수 있도록 설계 되어야 하고, 내 부 벽은 4.8 kPa의 폭발력을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다.

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(나) 만약 벤트판넬이 바람 등의 문제로 더 높은 압력에 견딜 필요가 있다면 벤팅 벽 에 대한 내력벽의 비는 5 : 1의 비율이 되어야 한다.

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(4) 증발실은 중요한 생산 기계, 부대설비라인, 인화성 액체 또는 가스의 파이프라인, 주요 소방 설비 또는 소방펌프에 노출되지 않아야 한다.

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(5) 운전자는 공정위험에 관한 훈련을 받아야 하고, 안전표준운전절차를 개발하여 이 를 준수하여야 한다.

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(6) 증류실(Still room)은 설비의 정비, 누출 및 누설에 대한 주의 및 일반적인 정리정 돈이 이루어지도록 하여야 한다.

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6.2.2 안전장치 및 계측장치

 

적절한 부지 선정 및 물리적 화재 및 폭발 방호에 더하여 용제 증발기 및 그 설비 에는 다음과 같은 안전장치가 설치되어야 한다.

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(1) 압력 용기는 적용규칙, 기술기준 및 국가 법규에 따라 설계 및 시공하여야 한다.

 

(2) 증류기는 진공 및 압력방출장치를 그 출구가 실외로 향하도록 설치하여야 한다. 응축기의 벤트도 실외로 향하도록 설치하여야 한다.

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(3) 환기장치의 방출구는 최소 지상 6.1 m 높이, 지붕 위로 1.8 m이상의 높이에 위치 하도록 하고, 증기는 건물 내로 다시 진입하지 않도록 하여야 한다.

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(4) 환기의 끝 지점에는 화염방지기를 설치하여야 한다.

 

(5) 불결 또는 청정한 용제 탱크 및 증발용기는 역방향의 흐름이 일어날 때 용제 펌프 를 멈추게 하고, 경보를 발령할 수 있도록 연동된 고 저의 액위 스위치를 설치하여 야 한다.

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(6) 증류기에는 내부온도가 미리 설정된 안전한계를 초과할 때는 경보를 울리고, 열공 급을 차단할 수 있는 고온 센서를 부착해야 한다.

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(7) 응축기에 냉각수의 연속공급을 보장하기 위해 다음과 같은 계측장치를 설치하여 야 한다.

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(가) 응축기 냉각수 하류 측 흐름의 냉각수 압력 센서

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(나) 냉각 펌프 작동을 알리는 지시기, 또는 응축기 용제 배출라인의 고온센서.

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(다) 만약 냉각수가 손실되거나 역방향 흐름이 존재한다면 증발기에 공급되는 열은 자동적으로 중지되어야 하고 이를 경고하기 위한 경보기가 설치되어야 한다.

 

(8) 스팀에 의하여 가열되는 증류기에는 정상운전압력 위인 34.4 내지 68.5 kPa로 설 정한 감압밸브의 스팀공급하류에 압력방출밸브를 설치하여야 한다. 만약 스팀 가 열시스템을 운전압력이 감압밸브의 최대 메인라인의 상류 스팀 압력과 최소한 같 다고 한다면 압력방출밸브는 생략될 수 있다.

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(9) 인화성 증기나 액체의 누출을 조기에 경고 할 수 있도록 증류실에 인증된 연속 시 료 채취 가연성가스 감지기를 설치한다.

 

(가) 감지기는 증발용기의 바닥에서 0.1 m의 높이에 위치하도록 설치한다.

 

(나) 감지기는 폭발하한의 10% 농도에서 경보하고 폭발하한의 25%에서 공정을 차 단할 수 있도록 한다.

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(다) 연속감지가 이루어지지 않는 작업실은 운전자 또는 보안 요원이 적어도 1시간 에 1회 정도 방문점검을 실시하여야 한다.

 

6.3 탄소층 흡수기

 

(1) 탄소층 흡수기는 실외에 위치하여야 하고 중요 공장 시설로부터 최소 7.6 m 이상 이격하거나 또는 손상방지 구조로 된 공간이나 그 부속시설에 위치하도록 하여야 한다.

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(가) 실내 설비(응축기, 회수기, 침전분리기, 원심분리기, 증발기 및 탱크)를 위한 화 재 및 폭발 방호장치는 6.2항의 현장 사항에 따라야 한다.

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(나) 실외 시설에 대한 방호는 관련 규격 및 문헌에 따른다.

 

(2) 실외 상층액 분리기, 응축기, 증류탑 또는 서지탱크는 적정한 양의 용제를 유지하 도록 방호장치를 설치한다.

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(3) 흡수기에는 다음의 조건을 충족하도록 한다.

 

(가) 과온이나 화재 시 층을 적시기 위한 흡수기 내부에 고정 물 분무노즐을 설치하 되, 발사층 면적(Projected bed area)의 최소 밀도는 12 ㎜/min가 되도록 하여야 한다.

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(나) 흡수용기와 그 지주 및 기초는 물로 채워진 용기의 전체 무게에 견딜 수 있도록 설계한다.

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(다) 만약 용기가 화재 서비스 시스템에 의한 최대 유효 압력에 견딜 수 없다면 자동 으로 열리는 장치 또는 액체 방출 밸브가 설치된 배수라인을 설치한다. 이 때 배수라인은 최소 직경이 5 m가 되도록 하고 세척으로 씻기어 나온 탄소에 의한 막힘을 최소화하기 위하여 가능한 한 직관으로 설치한다.

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(4) 자발적인 가열(자기가열)물질을 취급하는 시스템에서 물 분무시스템은 일산화탄 소(CO) 농도의 제어와 유사한 것과 같은 자동제어가 되어야 한다.

 

(가) 대부분의 흡수기는 2000∼3000 ppm의 일산화탄소농도를 유지해야 한다.

 

(나) 감지기의 경보 점은 특정 설치에 의한 결정 값 보다 50% 높게 설정되어야 한 다.

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(다) 흡수장치의 작동 중지 점은 기저 CO 농도이상 10%가 유지되어야 한다.

 

(라) 열감지기는 CO 감지기를 지원하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나 이는 화재의 존재를 알려 줄 수는 없다.

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(5) 계산상 최소 공기 흐름율을 기반으로 하여 흡수기로 들어가는 인화성 증기의 농도 가 폭발하한의 25% 이하로 유지하도록 한다. 이때, 인증된 연속가연가스 감지기가 경보할 수 있도록 설치되어있고 폭발하한의 60% 미만에서 설비를 안전하게 가동 정지할 수 있다면 정상 유입속도는 폭발하한의 50% 정도면 될 것이다.

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(6) 모든 흡수용기의 입 출구에는 공정흐름이 설계한계 이하로 유지하고 이를 감시하 기 위하여 경보 기능을 지닌 온도측정 및 기록 장치를 설치한다. 만일 운전교범에 는 흡수기 출구에 있는 고온 경보기가 운전자 조치에 의하여 즉시 교정될 수 없다 면 물 분무시스템을 수동 조작할 수 있도록 하여야 한다.

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(7) 온도차트는 운전절차와 운전상태를 점검하는 것과 같이 적어도 매일 운전자에 의 하여 검토되고 매주 감독자에 의하여 검토되어야 한다. 단일 또는 그 중 근무조에 의하여 운전하는 흡수의 경우 온도는 각 조의 근무시작 및 종료 시에 점검되어야 한다.

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(8) 흡착이 이루어지는 동안 자기가열의 가능성을 극소화하기 위하여 다음 중의 하나 가 실시되어야 한다.

(가) 스팀을 공급하지 않을 때 탄소 층을 통한 공기흐름은 최소한 정상흐름의 75% 를 유지한다.

(나) 스팀공급이 확대되고 건조/냉각 상이 다음 흡수 상이 시작되기 전에 흡수 상이 이루어지도록 프로그램밍한다. 이때, 탄소 층은 대부분의 흡수 상 동안 축축하 게 젖어 있도록 한다.

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(9) 장치의 운전을 정지하기 위해서는 정지 전에 수 일 밤과 수 주 동안 냉각, 봉함 및 흡수가 이루어지도록 한다. 일산화탄소 분석기와 자동 물 분무는 운전정지기간 동 안 작동되어야 한다.

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(10) 운전정지 기간이 연장되는 동안 자기가열의 가능성을 극소화하기 위해 다음 중의 하나가 이행되어야한다.

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(가) 탄소를 제거한다.

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(나) 공기흐름은 정상흐름의 75%로 유지한다.

 

(다) 물이나 스팀을 주기적으로 분사하여 탄소층을 축축하게 한다.

 

(라) 질소나 이산화탄소로 불활성화한다. 층 외의 공간을 포함한 장치 내의 산소함 량은 부피로 1%를 초과해서는 안 된다.

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(11) 흡수 동안 흡수 층의 온도가 흡수되는 물질의 발화온도에 도달할 수 있으므로 흡 수를 위한 과열온도의 사용을 피한다.

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(12) 흡수기는 탄소 층을 통한 공기가 고루 분배되도록 설계 하여야 한다. 층 내의 사 역(Dead spots)은 자기 가열의 가능성을 증가시킨다.

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<부록>

 

사고사례

 

(1) 최근까지 화학 산업 외의 사내 용제 회수 시스템관련 사례는 많지 않다. 소규 모 증발기 조작 중에 일어난 화재 및 폭발 사고는 거의 보고되지 않고 있다. 그 러나 화재 및 폭발의 잠재 위험성은 광범위한 손실사례를 가져온 재래식 인화 성 액체와 동일하다.

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(가) 용제 회수와 관련된 심각한 사고가 0000년에 발생했다. 1000∼2000 ppm의 톨루 엔 증기가 들어 있는 용제가 함유된 공기가 프린트 공장의 세 개의 운전 그라비 어 잉크건조부에서 배출되고 있었다. 그 공기는 덕트를 통하여 건물 외곽에 있 는 탄소층 흡수기로 보내졌다. 여기에서 탄소는 톨루엔을 흡수하였다. 탄소층에 서 용제를 탈착하는 데는 스팀이 사용되었다. 용제와 스팀의 혼합물은 냉수로 냉각되는 응축기에서 응축되었고, 챔버 내의 가스를 제거하였다. 그리고 용제는 정치였다가 저장조로 보내었다. 응축기 및 관련 회수장치는 30 ㎡당 1 ㎡의 벤 트면적을 가진 폭발 벤트 패널이 설치된 콘크리트 블록 벽 내부에 설치되었다.

 

(나) 사고 동안 응축기의 냉각 기능이 손실되었고, 스팀 및 용제 증기는 응축기 및 탈기장치를 통과하도록 허용되었으며, 실내를 개방하여 탈기기에 공기가 들어 가도록 하였다. 폭발성 혼합물은 전기 콘트롤 패널 안에서 점화되었고, 격렬한 폭발의 발생으로 빌딩, 장치 및 인근 구조물이 심히 손상되었다. 그 건물은 손 상을 줄이는 구조로 재건축되었고, 장치의 배치와 연동장치의 개선이 이루어졌 다. 이 사고로 재산상의 손실은 $940,000이었고, 업무 중단 손실은 $1,100,000로 집계되었다.

 

(2) 탄소층 흡착기와 관련된 사고 사례는 여러 건 발생하였다. 직경 1.8 m, 길이

7.3 m의 탄소층 흡수기는 고무판 제작을 위한 라텍스(Latex)로부터 톨루엔과 나프타를 흡수하였다. 탱크는 실외에 설치되었다. 그들은 스팀 탈기동안 약 110 ℃에서 작업하였다. 실내 고무판지역에 화재가 발생하여 덕트를 통하여 탱크 A 로 인화되었다. 소방대원이 고무판지역에서 작은 호스를 사용하여 불을 끄려고 하였다. 흡수탱크의 내부는 스팀으로 불활성화하고 있었다. 시운전을 하고 몇 시간 지나서 탱크 B의 탄소 층에 또 다른 화재가 발생하였다. 이는 수동 호스 로 물을 분무하여 소화하였다. 구리 스크린, 활성탄, 탱크 절연물이 손상을 입었 다. 재산 손실은 $65,000이었다.

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