화학설비 및 부속설비에서 정전기의 계측제어에 관한 기술지침(KOSHA GUIDE) - 2020.12

1. 목적

이 지침은 사업장에서 화학설비 및 부속설비에서 인화성 액체 및 가연성 분진을 사용하거나 취급할 때 정전기로 인해 발생할 수 있는 화재·폭발 등의 사고를 예방하기 위하여 정전기를 계측하고 자동 제어하는 데 필요한 사항을 제시 하는 데 그 목적이 있다.

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2. 적용범위

이 지침은 인화성 액체나 가연성 분진을 사용하거나 취급하는 반응기를 포함한 공정 설비와 인화성 액체나 가연성 분진을 이송, 저장, 포장 및 출하하는 화학설비 및 부속설비에 적용한다.

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3. 용어의 정의​​

3.1 “인화성 액체”라 함은 산업안전보건기준에 관한 규칙 <별표 1>에서 규정하는 인화성 액체를 말한다.

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3.2 “대전”이라 함은 어떤 물질이 +, - 전기를 띠는 현상을 말한다.

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3.3 “정전기”라 함은 대전에 의해 얻어진 전하가 절연체위에서 더 이상 이동하지 않고 정지하고 있는 것을 말한다.

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3.4 “방전”이라 함은 대전체가 가지고 있던 전하를 잃어버리는 것을 말한다.

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3.5 “정전용량”이라 함은 전극이 전하를 축적하는 능력의 정도를 나타내는 상수로서 전극의 형상 및 전극사이를 채운 유전체의 종류에 따라 결정되는 값으로 F 로 표시된다.

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3.6 “유전체”라 함은 도체에 전기가 통하려는 것을 막는데 사용하는 물체를 말한다.

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3.7 “고유저항”이라 함은 전류의 흐름을 방해하는 물질의 고유한 성질로 전도도의 역수로 표시된다.

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3.8 “전도도”라 함은 도체의 물질에 전류가 흐르기 쉬운 정도를 나타내는 성질을 말한다.

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3.9 “정전기에너지”라 함은 콘덴서를 충전할 때 발생하는 에너지를 말한다.

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3.10 “최소점화에너지”라 함은 보통 가연성물질을 점화시키는데 필요한 최소에너지 (MIE : Minimum Ignition Energy)를 말한다.

 

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4. 화학설비에서 정전기 발생 메커니즘(Mechanism)

4.1 인화성 액체나 가연성 분진이 공정 내 설비와 접촉 또는 분리, 마찰, 충격, 유동 및 분사 등으로 인하여 정전기가 발생되며 인위적이든 자연적이든 정전기 완화현상이 일어난다.

 

4.2 보통 공정 내에 인화성(가연성) 물질의 고유저항이 10^9 Ω·m 보다 큰 부도체나 전도도가 10^4 pS/m 보다 작은 액체에서는 발생되는 정전기의 량이 완화되는 정전기의 량보다 크기 때문에 정전기가 축적되어 공정에 문제를 일으킨다.

 

4.3 정전기는 물질의 물리적, 화학적, 전기적 특성에 의해 결정 되는데 대전되는 크기는 다음의 인자에 의하여 결정된다.

1) 물질의 종류(조성) 및 불순물 혼입

2) 접촉면적 및 접촉압력

3) 분리속도

4) 입자크기 및 표면의 거칠기

5) 상대습도

6) 기타

 

4.4 정전기로 인한 영향

1) 화재 및 폭발

2) 생산성 및 품질 저하

3) 전기적 충격(Electric shock)

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5. 정전기로 인한 위험성 평가

(1) 정전기는 물체에 축척이 되어 있는 상태에서는 위험성이 없으나 대전체가 방전하여 불꽃이 발생하였을 때 가연성물질에 점화하여 화재, 폭발이 발생한다.

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(2) 인화성 액체에서 정전기 발생을 최소화하기 위해 유체의 속도를 가능한 한 낮게 한다.

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(3) 보통 전도도가 50 pS/m를 초과하는 액체는 정전기가 축적이 되지 않지만 전도도가 작은 액체는 설계 시 유속의 조정 등 정전기의 발생을 억제하거나 정전기를 제거하는 정전기 방지 대책이 필요하다.

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(4) 주요 액상 화학물질의 전도도 및 최소점화에너지는 <표 1>과 같다.

<표 1> 주요 액상 화학물질의 전도도 및 최소점화에너지

(5) 가연성 분진은 대부분 높은 고유저항을 갖는 부도체로서 정전기가 축적되며 축적된 정전기에너지가 가연성 물질의 최소점화에너지보다 클 때 화재·폭발사고로 이어질 수 있다.

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(6) 보통, 고유저항이 10^9 Ω·m 보다 작은 물질은 정전기 축적으로 인한 화재·폭발의 위험성이 적으나 고유저항이 10^9 Ω·m보다 큰 아래와 같은 물질에 대해서는 정전기 대책이 필요하다.

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(7) 주요 분체에 대한 고유저항과 최소점화에너지는 <표 2>와 같으나, 평균입경에 따라 값이 달라질 수 있으므로 유의하여야 한다.

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<표 2> 주요 분체의 고유저항 및 최소점화에너지

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(8) 최소점화에너지는 다음의 인자에 따라 영향을 받으며 일반적으로 온도가 높을수록, 압력이 높을수록, 입자가 작을수록 그리고 수분이 적을수록 최소점화에너지는 작아진다.

(가) 입자 크기 및 형상

(나) 농도

(다) 온도

(라) 압력

(마) 수분 농도 및 주변 환경

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(9) 정전기에너지(Ue)는 (식 1)과 같으며, 이를 노모그램으로 나타내면 <붙임 1>과 같다.

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(10) <붙임 1>의 노모그램를 이용하여 시스템내의 인화성 액체, 인화성 가스(증기) 혼합물 및 분진의 정전기에너지(Ue) 와 최소점화에너지를 구할 수 있다.

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6. 정전기 관리방법

6.1 일반 사항

1) 정전기는 설비나 장치에 국한하여 발생하는 것이 아니라, 작업자 등의 행동에 의해서도 발생하기 때문에 정전기의 안전관리는 사업장 전체에 공통적인 문제로 취급하여야 한다.

2) 안전관리는 원칙적으로 사업장의 조직·체계에 맞게 실시한다.

3) 안전관리를 원활히 실시하기 위한 기준들을 제정·정비함과 동시에 이를 운용하는 조직체계를 확립하고, 정비한다.

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6.2 접지에 의한 방법

1) 접지와 본딩은 정전기 완화를 위한 기본적인 방법이며 공정 내 물질이 어느 정도의 전도성과 저항을 가지고 있으면 접지를 철저히 하는 경우 정전기로 인한 위험성은 없다.

2) 위험물질을 탱크로리로 주입하는 경우에는 반드시 접지를 하여야 하며 더욱 적극적인 방법으로 접지가 이루어지지 않으면 펌프가 기동되지 않도록 한다.

3) 가연성 분진 취급 시 금속 표면이나 휠타 백에 비전도성 물질로 코팅이 되었거나 합성수지 등으로 라이닝된 제품은 피한다.

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6.3 습도 조절 및 불활성가스 등에 의한 방법

1) 습도가 증가하면 부도체의 표면의 전기저항이 낮아진다.

2) 상대습도를 65 % 이상으로 유지하는 것이 이상적이다. 다만, 공정상 건조상태를 필요로 하는 곳에서는 50 % 이상을 유지한다.

3) 가습은 수증기를 피하고 가습기를 이용한다.

4) 산소와의 접촉을 차단하기 위해 불활성가스를 주입한다.

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6.4 유체의 속도를 제어하는 방법

1) 전도도가 50 pS/m 보다 작은 액체는 유속을 7 m/s 미만으로 설계한다.

2) 전도도가 50 pS/m 보다 작고 물과 비혼합성 액체인 경우에는 유속을 2 m/s 이하로 설계한다.

3) 인화성액체를 탱크 등에 초기에 주입하는 경우에는 유속을 1 m/s 이하로 한다.

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6.5 계측·제어에 의한 방법

1) 정전기로 인한 화재·폭발 등 사고를 예방하기 위하여 접지를 했음에도 불구하고 화재나 폭발이 발생하는 경우가 있다. 이러한 곳에서는 공정 내의 정전기를 가능한 한 연속적으로 계측·제어하거나 휴대용 측정기를 사용하여 지속적인 모니터링을 하는 것이 필요하다.

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2) 정전기를 계측하여 제어하는 방법에는 공정 내에 이온물질을 주입하여 전도성을 높이는 방법이 있으며 이는 <그림 1>과 같다.

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3) 전도성을 증가시키기 위하여 주입하는 이온물질이 제품의 품질에 영향을 주지 않아야 한다.

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4) 휴대용 측정기를 사용하여 모니터링을 하는 경우 측정자로부터 정전기 위험성을 억제하여야 한다. 예를 들면 대전방지용 의복을 착용하여야 한다.

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5) 대전물체에 측정기 외함을 근접시키면 정전기가 방전될 수 있으므로, 대전물체에 대한 측정은 측정기 응답을 주시하면서 서서히 근접시키도록 한다.

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6) 폭발위험장소에서 정전기 모니터링을 하는 경우에는 방폭형의 측정기를 사용하여야 한다.

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7) 설비나 작업자로부터 정전기 위험성을 지속적으로 모니터링하는 ‘스마트밴드’ 측정기를 사용할 수 있으며 <그림 2>와 같다.

 

 

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