화학공장에서 밀폐공간의 작업의 환기와 폭발에 관한 고찰

화학공장에는 다양한 화학물질과 수 많은 용기들이 있습니다.

오늘은 일반적인 환기의 관점이 아닌 환기로 인한 폭발, 질식사고 CASE에 대해서 고찰해 보겠습니다.

 

화학설비 밀폐공간작업의 패턴

 

일반적으로 밀폐공간인 화학설비(VESSEL, TOWER, REACTOR) 내부에서 이루어지는 정비보수 작업은 어떤것들이 있을까요?

1. TOWER TRAY, DEMISTER, FILLER 교체

화학설비 내부에서 일반적으로 수행되는 작업은 Tower Tray 교체, Packing 교체, Demister pad교체, 각종 Filler 교체 작업이 있습니다.

Tower Tray

Demister pad

Packing

2. 고압세척작업

용기의 내부표면에 코팅된 이물질 (폴리머 류)을 제거하기 위해 500~1000bar의 고압수를 이용한 세척작업을 수행합니다. 이때 코팅부분을 Cleaning 하다보면 미량의 유해화학물질, 가연성 물질이 배출될 수 있으니 유의 하셔야 합니다. 가스농도를 측정해 보고 미량이라도 검출이되면 추가 Purge작업을 실시하거나, Tank 외부에서 고압세척작업을 실시한 후 가연성, 독성가스가 제거된 이후 안정화되면 Tank 내부로 진입을 하셔야 합니다

 

 

 

 

3. 용기 내부에서의 용접작업

Tank내부에서 용접작을이 수행되기도 합니다. 보통은 Tank 연결배관의 Nozzle을 취출할때 용접기를 사용하는데요. 드물게 비파괴검사 결과 용접선 결함을 제거할때도 용접작업을 수행하기도 합니다. 용접작업을 하면 용접흄이 발생하는 데요. 흄을 제거하기 위해 송풍기를 이용한 환기작업은 필수입니다.

 

 

4. BUFFING 작업

일반적으로 반응기 내부에 코팅에 의한 흡착을 방지하기 위해 내부금속표면에 Buffing을 시공하고 추가로 전해연마(Electro Polishing)작업을 시행합니다. Buffing 작업은 다음 단계로 진행이 됩니다.

<아교와 고온의 물 → 금강사 연마제 (사포에 붙어있는 모래와 같은 입자) → Clothed Buffing Wheel>

아래의 사진과 같이 사포형태의 연마제로 반응기 내부를 연마하기 때문에 마찰에 의한 불티가 발생하고 강력한 높은 점화에너지의 점화원이 발생합니다. 당연히 폭발사고에 주의해야 되겠습니다.

 

Buffing 작업할 때 사용 장비, 자재

 

 

밀폐공간 질식의 위험성

잘~ 아시겠지만

밀폐공간작업은 화재폭발의 위험성보다 질식의 위험성이 더 큰 작업입니다. 산소농도 별 신체반응 단계는 안전을 배울때 가장 먼저 배우는 내용인데요. 반복해서 숙지해도 해로울 것이 없는 중요한 내용이니 한번더 읽어보고 가겠습니다

 

 

 

환기 

 

질식사고를 예방하기 위해 밀폐공간 작업을 할 때는 공기호흡기를 착용하고 출입하는 경우를 제외하고 반드시 가스농도를 측정하고 환기를 실시해야 합니다. 그러나, TANK 내부를 공기와 완벽히 치환 하였다면, 공기호흡기를 착용할 이유는 없습니다. 예를 들면 TANK 내부에서 용접작업을 수행해야 하는데 공기호흡기를 착용해서 용접작업을 하는 것 역시 불가능 할테며, 공기호흡기를 착용해야 할 만큼의 가연성가스 분위기가 형성되어 있다면 이 또한 문제가 있을것입니다. 공기호흡기는 TANK 내부를 공기와 완벽히 치환이 어려운 상태에서 수행하셔야 합니다.

 

 

 

 

▶송풍기를 이용한 환기작업

 

참조로 하절기의 공기 습도는 80%전후 이며, 동절기는 20%전후 입니다. 일폐공간에서의 공기 습도에 관한 기준은 정해진 바는 없지만, 습도가 너무 낮으면 호흡기 점막이 건조해 지는 문제점이 있고, 습도가 너무 높으면 높은 습도로 인하여 땀이 잘 마르지 않거나, 고온에 의한 체온 조절이 어려운 점이 있으니 고려해 보아야 합니다.

습도가 높으면 인체 정전기에 의한 점화를 안전하게 컨트롤 할 수 있지만, 이것은 TANK내부에 가스가 있는 상태에서 고려해 볼만한 내용입니다. 

 

 

 

밀폐공간작업시 폭발사고

밀폐공간작업을 하기 전에는 반드시 모든 독성, 가연성, 인화성물질이 제거된 상태에서 작업을 수행해야 합니다. 아래의 사고사례 내용은 모두 인화성물질을 완벽히 제거하지 않은 상태에서 화기작업을 수행했기 때문입니다. 가연성가스가 완벽히 제거되지 않은 상태라면 환기는 의미가 없습니다. 일반적인 화학설비의 치환작업은 다르의 세단계로 진행이 됩니다.

1. 액체상의 위험물질의 제거 : 안전한 화학설비로의 DRAIN

2. N2를 이용한 안전한 PURGE : 플레어스텍으로 배출, 연소하는 방법이 가장 안전함

3. 공기 치환 : 가연성가스를 LEL 이하의 농도까지 PURGE한 다음 공기로 치환하여 가연성, 독성가스가 없는 상태로 만들어야 함

 

 

 

다른 CASE에 의한 폭발사고

사고라는 것은 일반적인 예측에서 벗어난 경우에서 일어나는 경우가 많습니다. 화학공장은 일반적으로 단위플랜트로 구성이 되어 있는데요. 대정비 작업과정에서 작업자 실수 또는 설비적 결함에 의해 화학물질이 누출될 수 있습니다. 수소 등의 공기보다 가벼운물질을 제외하고는 대부분의 화학물질은 바닥면으로 누출되어 증기운을 형성하거나 비산됩니다.

 

인근 단위 PLANT에서 화학물질이 누출되는 CASE STUDY를 해 보겠습니다.

 

1. 아래의 사진과 같이 화학설비 내부에서 밀폐공간작업을 수행하고 있다고 가정해 봅니다.

 

 

 

 2. 밀폐공간적업 수행 중 인근 단위 PLANT에서 화학물질(독성, 인화성)이 누출됩니다.

 

⇒ 바닥면에 설치된 AIR BLOWER가 가동되고 있는 상황에서 인근 당위공정에서 화학물질이 누출된다면?

⇒ 증기운이 AIR BLOWER로 흡입되고 TANK내부에는 빠른 속도로 독성, 인화성가스가 유입될 것입니다! 

⇒ TANK내부에서 용접작업, BUFFING 작업 등의 화기작업이 진행된다면! 폭발이 일어날 것이고,

⇒ 화기작업이 없다면, 질식사고로 이어질 것입니다!

 

3. 대책

두 가지 방법을 논해 볼 수 있습니다. 물론, 사고의 빈도는 극히 낮겠지만 사고후에 대응하는 것보다는 선제적으로 대응하는 것이 훨씬 비용적, 에너지적으로 효과적이라는 것 잘 아시죠?

 

첫번째는 AIR BLOWER 흡입구 위치가 높으면 안전한 공기가 유입되기 때문에 해결이 될수 있습니다. 

 

 

 

두번째는 GAS DETECTOR를 AIR BLOWER와 연동하여 가연성, 독성가스가 감지되면 즉시 BLOWER가 STOP되도록 연동하는 것입니다. 아래의 그림을 보시면 이해가 쉬울것입니다.

 

 

 

What are some of the maintenance tasks that are typically carried out inside the enclosed chemical system (VESSEL, TOWER, REACTOR)?

1. Replace TOWER TRAY, DEMISTER, and FILLER
Common tasks inside chemical facilities include replacing the Tower Tray, replacing the packing, replacing the Demister Pad, and replacing various filler.

2. High pressure cleaning
To remove any foreign matter coated on the inner surface of the container (polymer fluid), perform cleaning with high-pressure water of 500 to 1000 bar. When cleaning the coating area, small amounts of hazardous chemicals and combustible materials may be emitted, so be careful. If trace amount is detected after measuring the gas concentration, additional Purge operation is carried out, or if flammable and toxic gases are removed from the tank, or if they stabilize after performing high pressure cleaning outside the tank, enter the tank.

3. Welding in containers
Welding is sometimes carried out inside the tank. Normally, a welding machine is used to extract nozzles from the tank connection pipe. In rare cases, non-destructive testing may result in welding activities even when the weld line defects are removed. Welding produces a weld pool. Ventilation using a blower is essential to remove the fume.

4. BUFFING OPERATION
To prevent absorption by coating inside the reactor, construct buffing on the inner metal surface and conduct additional electro polishing. Buffing continues to the next step.
→Prothed water and high temperature water → Closed Buffing Wheel
Abrasive abrasives are polishing inside the reactor with sandpaper-like abrasives and a powerful source of ignition. Of course, you should be careful about the explosion.
Risks of Sealing in a Closed Space
Good~ As you know,
Closed-space work is more dangerous to suffocate than the risk of fire explosion. The first thing you learn when you learn about safety is the body response stage by oxygen concentration. It's important to know it over and over, so I'll read it one more time.

Ventilation
In order to prevent asphyxiation, the gas concentration must be measured and ventilated, except when entering or leaving the area with an air respirator. However, if the inside of the TANK is completely replaced with air, there is no reason to wear an air respirator. For example, if you need to carry out welding inside the TANK, it would be impossible to do the welding with an air ventilator, and if you had enough flammable gas atmosphere to wear the air ventilator, you would also have a problem. The air respirator must be carried out with the inside of the tank completely difficult to replace with air.
As a reference, the air humidity in the summer season is around 80% and the winter season is around 20%. The standard for air humidity in the waste area is not set, but if the humidity is too low, the respiratory mucous membrane becomes dry, and if the humidity is too high, it is difficult to control the temperature due to high humidity.
High humidity can safely control the ignition caused by static electricity, but this is something to consider with gas inside the TANK. 
Explosion accident when working on a sealed space
Ensure that all toxic, flammable, and flammable substances are removed before performing a sealed space operation. The accident details below have been carried out without removing the flammable materials completely. Ventilation is meaningless if the combustible gas is not completely removed. The replacement of a typical chemical installation is carried out in three different stages.

1. Removal of Hazardous Substances in Liquid: DRAIN into Safe Chemical System
2. Safe PURGE using N2: The safest method of draining and burning is to discharge and burn with a flare tech.
3. Air substitution: PURGE of combustible gases to concentrations below LEL and then replace them with air to make them flammable and toxic gas free.

Explosion by another CASE
Accidents are often caused by things that are out of the ordinary Chemistry factories are usually made up of unit plants. Chemicals may be leaked due to operator error or facility defect during maintenance work. Except for substances lighter than air such as hydrogen, most chemicals leak to the floor, forming or scattering steam clouds.

Let's try CASE STUDY where chemicals leak from the nearby PLANT.

1. Suppose you are performing an enclosed space operation inside the chemical facility as shown below.

2. Chemicals (toxic, flammable) are leaked from nearby PLANTs during closed space operation.
⇒ What if chemicals leak from the nearby party process when the AIR BLOWER installed on the floor is operating?
⇒ Steam clouds will be drawn into the AIR BLOWER and toxic and flammable gases will be introduced into the TANK at a rapid rate!
⇒ If the firework is carried out inside the TANK, such as welding and BUFFING, then! There's going to be an explosion.
Without firework, it would lead to suffocation accidents!

3. Countermeasures
We can discuss two ways. Of course, the frequency of accidents is very low, but you know that preemptive response is more cost-effective and energy-efficient than post-accident response.

The first one can be solved because high AIR BLOWER inlet position allows safe air to enter.

 

閉鎖型化学システム(VEATVER,TOWER,原子炉)内で実行されるメンテナンス作業には,どのようなものがありますか。

(一) タワートレイ,デスティスタ及びフィラーを交換してください。
化学施設内では,タワー トレイの交換,梱包材の交換,デミスター パッドの交換,さまざまなフィラーの交換などの一般的な作業があります。

(二) 高圧洗浄
容器内面に塗布された異物(高分子流体)を除去するために,500~1000バーの高圧水による洗浄を行う。 コーティングエリアを掃除する際は,少量の有害化学物質や可燃性物質が発生する可能性があるので注意してください。 ガス濃度測定後に微量が検出された場合,追加パージ運転を行うか,可燃性で有毒なガスをタンクから取り除いた場合,またはタンク外で高圧洗浄した後に安定している場合は,タンク内に進入する。

(三) 容器溶接
溶接はタンク内で行われる場合がある。 通常,溶接機はタンク接続管からノズルを抜き取るのに用いられる。 まれに,溶接線欠陥を除去しても,非破壊試験の結果として溶接活性が生じる場合がある。 溶接は溶接プールを生成する。 風邪を取り外すには,送風機による換気が不可欠です。

4.バフ操作
反応器内部の被覆による吸収を防止し,内部金属表面にバフ研磨を構築し,追加的な電気研磨を行う。 バッファリングは次のステップに進みます。
→水道水·高温水→閉鎖緩衝車
砥粒はサンドペーパー状の砥粒と強力な点火源で原子炉内を研磨している。 もちろん爆発には気を付けるべきです。
閉ざされた空間における封印リスク
よかった~ ご存知の通り
閉空間作業は,火災の危険性よりも窒息の危険性が高い。 安全について学ぶときにまず学ぶことは,酸素濃度による身体反応の段階です。 何度も知ることが大切なので,もう一度読みます。

通気
窒息を防止するには,空気呼吸器でガス濃度を測定して換気する必要がある。 しかし,タンク内を空気と完全に交換すれば,空気呼吸器を装着する理由はない。 例えば,タンク内の溶接が必要な場合,空気換気装置での溶接は不可能であり,空気換気装置を取り付けるのに十分な可燃性ガス雰囲気があれば,問題が生じます。 空気呼吸器は,タンク内を空気と交換することが全く困難な状態で行う必要があります。
なお,夏季の空気湿度は80%前後,冬季は20%前後である。 廃棄物領域の空気湿度基準は設定されていないが,湿度が低すぎると呼吸粘膜が乾燥し,高すぎると高湿度による温度制御が困難になる。
湿度が高いと静電気による発火が安全に抑えられますが,これはタンク内のガスで考慮すべきことです。 
密閉空間作業時の爆発事故
密閉空間作業を実施する前に,有毒物質,可燃性物質,可燃性物質をすべて除去してください。 下記の事故の詳細は,可燃性物質を完全に除去せずに実施されています。 可燃性ガスを完全に取り除かないと換気の意味がない。 典型的な化学設備の交換は3段階で行われている。

1.液体中の有害物質の除去:安全な化学系への排水
2. N2を使用した安全なパージ:放電と燃焼の最も安全な方法は,フレア技術で放電と燃焼です。
(三) 空気置換 可燃性ガスをLEL以下の濃度にパージし,その後,可燃性で有毒なガスを排出しないように空気と置換すること。

別のケースによる爆発
事故は,普通の化学工場で作られたものが原因で起こることが多い。 メンテナンス作業中に,誤操作や設備不良が原因で化学物質が漏れる場合があります。 水素などの空気より軽い物質を除けば,ほとんどの化学物質が床に漏れ,蒸気雲の形成や飛散などを行います。

近くの工場から化学物質が漏れるケーススタディを試してみましょう。

1.下記のように,化学施設内で密閉された空間操作を行っているとします。

2.密閉空間運転中,近くのプラントから化学物質(有毒,可燃性)が漏出する。
⇒床に設置した送風機の運転中に,最寄りのパーティーのプロセスから化学物質が漏れたら?
⇒蒸気の雲が送風機に吸い込まれ,有毒で可燃性のガスが急速にタンクに導入されます!
⇒溶接やバフ研磨などタンク内で花火を行う場合は! 爆発が起こるだろう。
花火がなければ,窒息事故につながる。