화염방지기 사고사례

화염방지기란 화학공장에서 흔히 볼수 있는 장치로서 그 크기나 비용은 전체 공장 규모에 비하면 미미하지만 그 중요성은 간과할 수 없다.​

venting without flame arrestor

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가연성 가스나 인화성 액체를 저장하거나 이송하는 설비의 내외부에서 화재나 폭발이 일어날 경우, 폭연 또는 폭굉 화염이 대기 open된 nozzle이나 배관을 통해 인접 설비로 전파되지 않도록 차단하는 기능을 한다.

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즉, 고온의 화염이 nozzle이나 배관을 통해 전파될 경우 화염방지기 내부 mesh로 이루어진 소염소자를 통과해 가면서 flame front가 흩어지면서 온도가 저하되어 더 이상의 화염이 가연성 가스 쪽으로 전달되지 않도록 만들어진 설비이다.​

 

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화염방지기 설치 위치 및 방법은 아래와 같다.

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ㆍ가능한 보호대상 화학설비의 통기관 끝단에 설치

ㆍ유지보수 등을 위하여 배관 중간에 설치할 경우에는 인화성 가스나 증기의 특성을 고려하여 관내 폭연 또는 폭굉 방지기를 설치해야 함

ㆍ상온에서 저장ㆍ취급하는 액체의 인화점이 38℃ 이상이고, 60℃ 이하인 경우에는 인화방지망을 설치할 수 있음

ㆍ인화점이 100℃ 이하이고, 저장온도가 인화점을 초과할 경우에는 화염방지기를 설치

ㆍ설비의 설계압력을 초과하지 않도록 충분한 용량의 성능으로 설치

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탱크 상부 벤트 배관에 설치된 화염방지기가 막혀 탱크로 유입되는 액체로 인해 발생한 압력이 해소되지 않아 탱크가 파열되어 저장 물질이 누출된 사고 사례가 있다.​

막혀있는 화염 방지기

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​이를 예방하기 위해, 설비들의 유지관리 프로그램을 수행하여 매년 1회 이상 막힘, 부식, 변형, 파손 등 상태를 확인하고 청소를 하여야 한다. (중합 등으로 막힘 위험이 큰 경우 점검 주기 단축) 아울러 결빙 방지를 위해 결빙, 승화, 응축 등으로 막힐 우려가 있는 경우에는 화염 방지기에 보온 등 적절한 결빙 방지책을 적용해야 한다. 즉, tracing을 적용하고, 주기적으로 hot N2를 이용하여 heavy 성분 저장으로 clogging된 flame arrestor를 melting할 수 있다.

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사고 사례중 해양플랜트 플랫폼에 설치된 오일 탱크의 화염방지기가 부식되고 막혀 샘플해치로 공기 및 오일이 이동후, 오일 탱크 인근에서 진행된 화기작업에 의한 점화원이 샘플 해치를 통해 유입되어 폭발이 일어났고, 손상된 저장탱크 위에서 금속제 지붕 보수 작업 중 불꽃이 손상된 화염방지기를 통해 탱크 내부로 전파되어 탱크 내에서 화재․폭발이 발생하였다.​

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Roof shape	Usage criteria	Main storage material	Remark
Cone roof tank (CRT)	Heavy oil and low volatility oil	kerosene, diesel, bunkerA/B/C etc	Fixed roof shape
Floating roof tank (FRT)	Light oil and volatile oil	Naphtha, gasoline, raffinate etc	Plate floating in the circumferential direction
Internal floating roof tank (IFRT)	Area with heavy snowfall and heavy rain or store light oil in areas where product contamination prevention is required	Benzene, toluene, xylene, hexane, gasoline etc	Mixed form of fixed roof plus floating roof

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저장탱크의 안전장치로는 다음과 같다.

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저장탱크의 과압과 부압을 방지하기 위한 통기밸브(Breather valve)

관말단의 폭연과 관내의 폭연 및 폭굉의 전파를 방지하기 위한 화염방지기(Flame arrester)

저장탱크의 이상상황 발생 시 긴급통기를 위한 긴급 방출용 벤트(Emergency vent cover)

저장탱크의 낙뢰 및 전기적인 점화원 예방을 위한 접지(Earthing)

화재 시 초기 소화를 위한 폼소화 공급라인(Foam chamber)

인근 저장탱크로의 화재확산 방지를 위한 물분무소화설비(Water spray)

가연성 가스를 폭발한계 이내로 유지하기 위한 설비인 질소 퍼지(Gas blanketing)

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해외 사고통계 자료에 의하면, 산업시설중 석유 정제소, 석유 터미널, 저장탱크에서 주로 발생하였고 그중 화재 폭발이 대부분을 차지했다. 원인으로는 낙뢰, 조작미숙, 유지관리 미흡이었으며 탱크 사고중 FRT, CRT, DRT, IFRT순이었다.​

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​API 2000에 의하면 저장 유체의 인화점이 60 ℃ 이하인 경우, 저장 유체의 운전온도가 인화점 보다 높은 경우 및 가연성의 Vapor space를 가지는 탱크의 경우 화염방지기를 설치토록 하고 있다. API 2000에서는 Pressure/Vacuum valve는 외부 화염으로부터 탱크를 보호하지 못한다고 간주하여 화염방지기를 의무적으로 설치하도록 하고 있다.

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산업안전보건 기준에 관한 규칙 제 268조에서는 인화성 액체를 저장·취급하는 대기압 탱크에는 통기관 또는 통기밸브(Breather valve) 등을 설치하여야 하고, 통기설비는 정상운전 시에 대기압 탱크 내부가 진공 또는 가압되지 않도록 충분한 용량의 것을 사용하여야 하며, 철저하게 유지·보수를 하도록 하고 있다.

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화염방지기를 배관에 설치할 경우에는 관내 폭연방지기를 설치하되 배관의 길이가 길어 폭굉으로 인한 손상 등 화염방지기의 기능이 상실될 우려가 있는 경우에는 폭굉방지기를 설치하여야 한다. 다만, 사전에 폭발압력을 배출할 수 있도록 파열판(Rupture disk)을 설치하는 등 화염방지기의 손상을 방지하기 위하여 적합한 폭발압력 방산구조로 한 경우에는 예외로 하고 있다.

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10년 기준의 탱크 정기 보수기간을 맞추어 개선작업을 해야 하는 문제도 있겠지만 화염방지 성능을 검증하고 보증할 수 있는 성능시험 기관이 많지 않으며 특히 폭굉시험을 할 수 있는 곳은 매우 부족한 현실이라고 한다.

 

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