저탄장 옥내화에 따른 분진폭발 위험관리 법령 검토

 

국가화재평가원

전성호 소장 소방기술사 / 소방시설관리사

최진우 과장 위험물기능장

 

 

최근 국내 발전소들은 환경적 요구에 의하여 옥외 저탄장의 대규모 옥내화가 진행 중이다. 저탄시설의 옥내화 및 구역화는 환경적으로는 바람직하나 미세 분진이 일정 구역내에 가둬지기 때문에 분진 폭발의 위험은 증대되는 위험이 있다. 그러므로 분진폭발의 위험이 고려되지 않은 분진 발생 시설의 구획화는 또 하나의 새로운 위험 요소가 될 수 있다. 아래의 그림은 분진 폭발의 5요소로 연소 3요소에 Dispersion 부유 과 Confinement 구역화 요소가 추가되는 특징이 있다. 이에 옥내 저탄장 관련 국내 분진 폭발 관련 기준을 살펴보고 적용에 대한 의견을  제시하고자 한다.

 

< 분진폭발의 5요소>

 

1. 분진폭발 위험장소 설정

산업안전보건기준에 관한 규칙 제230조 폭발위험이 있는 장소의 설정 및 관리

① 사업주는 다음 각 호의 장소에 대하여 폭발위험장소의 구분도 區分圖 를 작성하는 경우에는 「산업표준화법」에 따른 한국산업표준으로 정하는 기준에 따라 가스폭발 위험장소 또는 분진폭발 위험장소로 설정하여 관리하여야 한다.

2. 인화성 고체를 제조ㆍ사용하는 장소

② 사업주는 제1항에 따른 폭발위험장소의 구분도를 작성ㆍ관리하여야 한다.

 

사업장은 가연성 분진을 취급하는 장소는 KSC IEC 60079-10-2에 의거하여 분진 폭발 위험 장소를 20종, 21종, 22종으로 구분하여 작성,보관하고 위험장소는 각 위험 구역 종별로 적합하게 관리되어야 한다.

 

  [20종]                                                [21종]                                            [22종] 

 

폭발 위험장소 구분 방법 KSC IEC 60079-10-2, KOSHA GUIDE E-99

위험장소의 분류 방법은 아래와 같으며, 인화성 가스 폭발 범위 설정과의 큰 차이점은 분진은 고체 입자로 가스보다 상대적으로 많이 무거워 환기 조건의 영향을 거의 받지 않으며, 퇴적 분진도 폭발성 분진 분위기를 형성할 수 있는 “또 다른 원인” 으로 간주하여 2차 누출원으로 간주 하는 것이다.

 

20종 연속 누출등급 – 분진운이 지속적 또는 오랜 기간 존재할 것으로 예측되거나, 짧은 기간 존재하나 빈번히 발생하는 장소

21종 1차 누출등급 – 정상 작동 조건에서 주기적 또는 자주 발생할 것으로 예측될 수 있는 누출.

22종 2차 누출등급 – 정상 작동 조건에서는 누출이 발생하지 않을 것으로 예측되며, 발생하더라도 아주 드물게, 짧은 시간 동안만 지속되는 누출.

퇴적 분진 – 가연성 분진의 층, 퇴적물, 더미 등은 폭발성 분위기를 형성할 수 있는 ‘기타 발생원’으로 간주하며 보통, 이상 상황에서 분진운이 형성되는 2차 누출등급으로 간주한다.

 

아래 표는 분진 폭발 위험장소를 구분하기 위한 지표 및 기준 값이다.

 

 

분진의 존재	임계 기준	분진운의 위험장소 구분	분진운 형성 시 운전 상태	누출 빈도 Year	누출 빈도 Day ※ 240일/년 기준
연속 누출등급	MEC	20종 장소	정상 운전	1000 시간 이상	4시간 10분
1차 누출등급	MEC	21종 장소	정상 운전	10~1000 시간 미만	약 2분 30초 ~ 4시간 10분
2차 누출등급	MEC	22종 장소	이상 상태/상황	10 시간 미만	~ 2분 30초
퇴적 분진 기타 발생원으로 취급	임계 두께	22종 장소	이상 상태/상황	1교대 이상	공정 1주기 또는 8시간

 

2. 위험장소에 적합한 분진 방폭 기기 적용

산업안전보건기준에 관한 규칙 제311조 폭발위험장소에서 사용하는 전기 기계ㆍ기구의 선정 등 ‡

① 사업주는 제230조제1항에 따른 가스폭발 위험장소 또는 분진폭발 위험장소에서 전기 기계ㆍ기구를 사용하는 경우에는 「산업표준화법」에 따른 한국산업표준에서 정하는 기준으로 그 증기, 가스 또는 분진에 대하여 적합한 방폭성능을 가진 방폭구조 전기 기계ㆍ기구를 선정하여 사용하여야 한다.

② 사업주는 제1항의 방폭구조 전기 기계ㆍ기구에 대하여 그 성능이 항상 정상적으로 작동될 수 있는 상태로 유지ㆍ관리되도록 하여야 한다.

 

위험 장소 내 전기기기가 부유 분진의 점화원이 되지 않기 위해서 폭발위험장소의  ZONE 20종, 21종, 22종 및 분진의 종류 도전성 에 적합한 방폭 전기기기를 적용하여야 한다.

 

위험장소별 분진 방폭 기기 적용 방법 KSC IEC 60079-14, KOSHA GUIDE E-172 예를 들어 ZONE 21 장소에 많이 적용되는 분진 방폭기기의 마킹 표기는 아래와 같으며, 21종 장소에 설치되는 최고온도 135℃의 IP6X 등급의 분진 방폭기기라는 의미이다.

아래 표는 화력발전소의 분진폭발 위험장소에 설치되는 주요 전기기구의 권장되는 방폭 구조 마킹이다.

 

분진	20종 장소	21종 장소	22종 장소
비도전성 Wood pellet 분진 등	KCs	KCs	KCs
	tD A20 IP6X ta Ⅲb Da IP6X ta Ⅲc Da IP6X	tD A20 IP6X tD A21 IP6X ta Ⅲb or Ⅲc Da IP6X tb Ⅲb or Ⅲc Db IP6X	tD A20 IP5X or IP6X tD A21 IP5X or IP6X tD A22 IP5X or IP6X tb Ⅲb or Ⅲc Db IP6X tc Ⅲb or Ⅲc Dc IP5X or
	T 260℃ 이하	T 260℃ 이하	T 260℃ 이하
도전성 Coal 분진	KCs	KCs	KCs
	tD A20 IP6X ta Ⅲc Da IP6X	tD A20 IP6X tD A21 IP6X ta Ⅲc Da IP6X tb Ⅲc Db IP6X	tD A20 IP6X tD A21 IP6X tD A22 IP6X tb Ⅲc Db IP6X tc Ⅲc Dc IP6X
	T 150℃ 이하	T 150℃ 이하	T 150℃ 이하

 

방폭 기기는 국내 인증품 KCs 으로 위험장소의 ZONE과 분진의 종류에 따라 적합하게 설치되어야 한다. 하지만 기존 시설의 경우 다음과 같은 ISSUE가 다수 확인되고 있는 실정이다 

 

- 국내 인증 KCS 이 아닌 해외 인증 ATEX 등 적용

- 가스 그룹 방폭 인증 기기를 분진 위험장소에 설치

- 방폭기기의 방폭 등급이 위험장소 위험 등급에 적합하지 않음.

- 도전성 분진은 IP6X 이상을 적용하여야 함

- 기기 최고 온도가 취급 분진 위험 온도 초과    

- 전기 배선 인입부의 부적합한 설치 및 마감으로 방폭기기의 방폭 성능 저하

 

3. 폭발 위험범위 내화 구조

산업안전보건기준에 관한 규칙 제270조 내화기준 ‡

① 사업주는 제230조제1항에 따른 가스폭발 위험장소 또는 분진폭발 위험장소에 설치되는 건축물 등에 대해서는 다음 각 호에 해당하는 부분을 내화구조로 하여야 하며, 그 성능이 항상 유지될 수 있도록 점검ㆍ보수 등 적절한 조치를 하여야 한다. 다만, 건축물 등의 주변에 화재에 대비하여 물 분무시설 또는 폼 헤드 foam head 설비 등의 자동소화설비를 설치하여 건축물 등이 화재시에 2시간 이상 그 안전성을 유지할 수 있도록 한 경우에는 내화구조로 하지 아니할 수 있다.

1. 건축물의 기둥 및 보: 지상 1층 지상 1층의 높이가 6미터를 초과하는 경우에는 6미터 까지

2. 위험물 저장ㆍ취급용기의 지지대 높이가 30센티미터 이하인 것은 제외한다 : 지상으로부터 지지대의 끝부분까지

3. 배관ㆍ전선관 등의 지지대: 지상으로부터 1단 1단의 높이가 6미터를 초과하는 경우에는 6미터 까지

 

폭발위험장소내 건축물, 시설물의 지지구조는 내화구조를 적용함으로써 화재나 폭발시 일정시간동안 2시간 구조성능을 유지하도록 하여 시설 등의 붕괴나 전도를 방지하여 재난의 확대를 방지하고자 한다. 

 

내화구조를 내화도료로 적용시 주의 사항

내화도료 적용 시 상도, 중도, 하도의 정확한 시공 및 각각의 도료당 건조시간 등을 적정하게 확보하여 내화도료의 시공 품질을 확보하는 것을 권장한다. 아래 그림은 건조시간을 준수하지 않거나 희석비가 적정하지 않을 경우 발생되는 결함 사례입니다.

 

                  < 건조시간을 미준수한 사례 >                                                        < 희석비가 적정하지 않는 사례 >          

         

분진폭발 위험장소내 내화구조를 미 적용한 사례가 일부 확인 되고 있는데 이는 내화도료의 시공 품질이 미흡하여 적정 내화성능 확보가 어렵게 되는 사례가 있다.

 

분진폭발위험장소 설정 및 방폭기기 선정 Tool

사업장에서 관계자가 분진 폭발위험 장소를 좀 더 쉽게 설정하기 위한 Tool을 제공하고 있으며, 간단하게 위험장소와 위험장소내에 적합한 방폭구조를 선정 할 수 있다. Tool은 국내외 기준을 단순화하고 합리적으로 재구성하여 일관성과 기술적인 근거를 확보할 수 있도록 하였다.  http://211.43.210.14/login 접속 → 회원 가입 → 화재 안전 계산 Tool → 분진 → 폭발위험장소 → 분진 폭발 위험 장소 설정-부유 분진/퇴적분진 Tool 사용이 가능하다. 아래그림은 폭발위험장소 설정 Tool의 위험장소 설정 예시다.

 

 

아래 그림은 분진폭발 위험장소에 적합한 방폭구조의 종류이며, 분진 폭발위험장소 설정 Tool을 사용할 경우 설정된 위험장소에 적합한 방폭구조가 적색 테두리선 으로 자동 표기된다.

 

              

맺음말

최초 설계 및 시공 시에 폭발 위험장소 설정 및 방폭기기 시공 등이 적합하게 적용되지 않는 경우 준공 후에 개선 및 수정은 매우 높은 비용과 기간이 소요되고 있다. 특히 폭발위험장소 범위 내의 운영 중 개선 작업은 상대적으로 위험 하고 까다로울 수 있다.

그러므로 초기 설계 및 시공 과정 중에 오류를 줄이는 활동을 지속적으로 수행하여, 준공 후 폭발 위험 장소내 수정 사안을 최소화 하여야 한다.

 

- 본 칼럼은 국가화재안전저널 제 5호에 기고된 글입니다.