화학설비의 불활성가스 치환

1. 용어의 정의

가.불활성화(Inerting)

산소농도를 안전한 농도로 낮추기 위하여 불활성가스를 용기에 주입하는 것

나. 치환(Purging)

인화성가스 또는 증기에 불활성가스를 주입하여 산소의 농도를 최소산소농도(MOC)이하로 낮게 하는 작업을 통하여 제한된 공간에서 화염이 전파되지 않도록 유지된 상태

다. 최소산소농도 (Minimum oxygen concentration, MOC)

인화성 혼합가스 내에 화염이 전파될 수 있는 최소한의 산소농도

 

2. 치환(Purging)종류

가. 스위프 퍼지

-스위프치환(Sweep-through purging)은 보통 용기나 장치를 압력이나 진공으로 할 수 없는 경우에 주로 사용

-불활성가스 공급/배벤트를 동시에 퍼지하는 시스템으로 불활성가스 소모량이 많은 편임.

-따라서 대형 저장용기를 치환할 경우 많은 양의 불활성가스를 필요로 하여 경비가 많이 소요되므로 액체를 용기 내에 채운 다음 용기 상부의 잔류산소를 제거하는 스위프치환 방법의 사용이 바람직함

 

나. 압력퍼지

-불활성가스를 일정 압력으로 주입 후, 벤트시키는 시스템으로 스위프 퍼지에 비해 소모량이 가장 적음

-화재/폭발 방지에 필요한 산소농도 및 폭발하한까지 불활성화 실시

-압력치환은 진공치환에 비해 치환시간이 크게 단축되는 장점이 있으나 불활성가스를 많이 소모하게 되는 단점

-압력퍼지 절차

(1)용기에 원하는 압력까지 불활성 가스를 주입

(2)주입가스가 용기내에서 충분히 확산되면 대기로 방출

(3)단계 (1)와 (2)를 원하는 산소농도가 될 때까지 반복

 

다. 진공퍼지

-진공펌프를 이용하여 탱크 내부를 진공화 후 불활성가스를 주입, 반복하여 탱크 내부 불활성화

-저압에만 견딜 수 있도록 설계된 큰 저장용기에서는 사용될 수 없음

-진공퍼지 절차

(1)원하는 진공도에 이를 때까지 용기를 진공으로 형성

(2)질소나 이산화탄소와 같은 불활성가스를 주입하며 대기압과 같게 유지

(3)원하는 산소농도가 될 때까지 단계 (1)와 (2)를 반복

 

라. 사이폰퍼지

-사이폰치환은 치환시 불활성가스 주입량을 최소로 하기 위하여 주로 사용하고 매우 낮은 수준으로 산소농도를 줄일 수 있음

-사이폰퍼지 절차

(1)용기에 액체(물 또는 적합한 액체)를 채움

(2)용기로부터 액체를 뽑아내면서 증기층에 불활성가스를 주입

 

3. 불활성화의 중요성

-반응기, 탱크류 등의 화재,폭발 예방을 위한 불활성화는 매우 중요하다.

 기본적으로 탄화수소류의 최소산소농도(MOC)는 10%이하이며, 화재/폭발 관련 예방은 산소농도제어가 가장 중요하다.

-화재/폭발 예방은 산소의 제어, 점화원, 가연물 중 제어 가능한 요소를 제거하여야 하며 많은 화학공장은 3요소 중 산소의 제어를 채택하고 있다.

 

4.산소농도 제어 시 안전율은 최소산소농도(MOC)가 10%인 경우 제어점은 4%낮은 6%이하로 설정하는 것을 권고하고 있다.