분진 폭발 위험이 있는 분체를 다룰 때 의무적인 안전 기능은 무엇입니까?
가연성 분진을 다룰 때는 모든 설비에 동일하게 적용되는 단일한 기능 목록이 의무 사항으로 정해져 있지 않습니다. 오히려 의무적인 것은 문서화된 위험 기반의 폭발 방지 콘셉트입니다. 이는 구체적인 레시피, 물질 데이터, 존 구분, 공정 운영, 점화원, 설치 장소, 그리고 전체 설비 연계를 고려해야 합니다. 보호 조치는 위험성 평가와 폭발 방지 문서로부터 도출됩니다.
독일에서는 TRGS 720부터 724까지가 절차를 구체화하고 있습니다: 위험한 폭발성 대기를 회피하거나 제한하고, 유효한 점화원을 회피하며, 필요한 경우 구조적 조치를 통해 폭발의 영향을 제한하는 것입니다.
위험 회피
밀폐되고 가능한 한 방진 처리된 공정 운영, 적절한 흡입, 여과, 그리고 위험 기반의 세정이 기본 조치입니다. 이는 위험한 분진 구름이나 넓은 면적의 분진 퇴적물이 형성되지 않도록 하는 것을 목표로 합니다. "1mm 분진층부터 위험하다"와 같은 일반적인 한계값은 전문적으로 근거가 없습니다. 얇은 퇴적물이라도 넓은 면적에 축적되면 비산 시 2차 폭발을 일으킬 수 있으므로, 허용 퇴적량과 세정 주기는 구체적인 위험성 평가에서 도출되어야 합니다.
불활성화는 보호 콘셉트에서 유효한 조치로 정해진 경우에 필요합니다. 불활성화는 적절한 불활성 가스를 통해 산소 함량을 제품 및 공정별 한계 산소 농도 이하로 낮춥니다. 이를 위해서는 기밀한 설비, 정의된 불활성화 시퀀스, 필요한 산소 측정, 경보 및 차단 값, 안전 인터록이 필요합니다. 분진 폭발 위험이 있는 모든 설비를 불활성화해야 하는 것은 아니며, 필요 여부는 물질 데이터, 공정, 대체 보호 조치에 따라 달라집니다.
가연성 분진 농도를 폭발 하한 이하로 지속적으로 유지하는 것은 분말 공정에서 실무적으로 신뢰할 수 있는 1차 보호 콘셉트가 되기 어려운 경우가 많습니다. 분진 농도는 연속적이고 대표성 있게 측정하기 어려우며, 국소적인 비산과 퇴적이 발생할 수 있습니다. 따라서 대개 밀폐된 공정 운영, 분진 최소화, 점화원 회피, 필요시 구조적 보호를 조합하는 방식이 선택됩니다.
점화원 회피
폭발성 대기를 안전하게 배제할 수 없는 경우에는 모든 잠재적 점화원을 평가하고 제어해야 합니다. 여기에는 전기 및 비전기 기기, 고온 표면, 마찰, 기계적 스파크, 막힌 구동부, 베어링 및 실링 과열, 이물질, 정전기 방전, 나화, 화기 작업이 포함됩니다.
필수적으로 요구되는 기능은 설계로부터 도출됩니다. 일반적인 조치로는 온도 감시되는 베어링과 실링, 회전 속도 또는 토크 감시, 표면 온도 제한, 적절한 재질 조합, 이물질 분리기, 통제된 유지 보수, 그리고 지정된 존에 맞는 ATEX 기기가 있습니다. 관련된 모든 전도성 부품의 접지와 등전위 접속은 보호 콘셉트의 핵심 요소입니다. 이 요건은 배관, 필터, 가요성 호스, 드럼, IBC, FIBC, 투입 스테이션, 그리고 필요한 경우 작업자에게도 적용됩니다.
최대 106 Ω의 획일적인 방전 저항값이 모든 구성 요소와 모든 응용 사례에 적합한 것은 아닙니다. 방전 가능한 재료에 대한 요구 사항은 부품, 재질, 응용 사례에 따라 정해집니다. 예를 들어 TRGS 727은 유형 C의 FIBC에 대해 접지점까지 107 Ω 미만의 방전 저항을 명시하고 있습니다. 유형 D의 FIBC는 접지가 필요하지 않지만, 해당 용도에 대한 요건이 충족되는 경우에만 사용할 수 있습니다.
스파크 감지 및 소화 장치는 일반적으로 의무화되어 있지 않습니다. 이는 공압 이송 배관, 흡입 경로, 목재 가공 설비, 또는 뜨거운 입자나 스파크가 관련 위험으로 확인된 그 밖의 응용에서 필요할 수 있습니다. 필요성, 설치 위치, 안전 기능은 위험성 평가에서 도출되어야 합니다.
영향 제한
폭발성 대기와 점화원을 충분히 안전하게 회피할 수 없는 경우에는 구조적 보호 조치를 사용해야 합니다. TRGS 724는 폭발 영향을 무해한 수준으로 제한하기 위한 조치로 내폭압 구조, 폭발 압력 방출, 폭발 억제, 폭발 기술적 디커플링을 명시하고 있습니다.
압력 방출은 적절한 파열판, 방출 플랩, 또는 무화염 시스템을 통해 이루어질 수 있습니다. 폭발 억제는 매우 신속한 감지와 적합한 소화제를 필요로 합니다. 폭발 기술적 디커플링은 압력과 화염이 배관을 통해 필터, 사일로, 이송 장치, 건조기, 그 밖의 장치로 번지는 것을 방지합니다. 적합한 수단으로는 역류 방지 플랩, 급속 차단 슬라이드 밸브, 소화제 배리어, 폭발 방지 밸브, 또는 이를 위해 검증된 로터리 밸브가 있습니다.
올바른 조치는 KSt, pmax, 최소 점화 에너지, 입자 크기와 같은 물질 데이터뿐만 아니라 장치 용적, 배관 형상, 처리량, 실내 또는 실외 설치, 그리고 인명 위험 가능성에 따라 달라집니다. 구조적 보호 시스템이 모든 환경에서 모든 인원을 자동으로 보호하는 것은 아닙니다. 특히 압력 방출의 경우 방출 방향, 화염 분출, 압력파, 방출되는 제품, 안전 구역을 고려해야 합니다.
조직과 점검
위험한 폭발성 대기가 발생할 수 있는 경우에는 위험성 평가와 폭발 방지 문서가 의무입니다. 이 문서는 작업 개시 전에 작성되어야 하며, 최신 상태로 유지되고 관련 변경 시 갱신되어야 합니다. 여기에는 물질 데이터, 존 구분, 보호 조치, 기기 선정, 점검, 운전 한계, 조직적 규정 등이 포함됩니다.
직원들은 방폭 구역, 분진 방출, 접지, 세정, 이상 상황 해소, 경보, 비상 조치에 관한 운전 지침서와 교육이 필요합니다. 화기 작업, 연마, 용접, 또는 방폭 구역 내 비승인 기기 사용에는 승인 절차가 적용되어야 합니다.
폭발 안전성은 최초 가동 전 및 점검 의무가 있는 변경 후에 점검되어야 합니다. 이 점검은 폭발 방지 문서, 기술적 보호 조치, 조직적 대비, 그리고 그 상호 작용을 포괄합니다. 여기에는 환기, 가스 경보, 불활성화, 기기, 보호 시스템, 안전·제어·조절 장치 등이 포함됩니다.
안전 관련 기능은 위험 기반의 설계를 갖춰야 합니다. 이때 IEC 61511에 따른 SIL, EN ISO 13849에 따른 성능 수준(Performance Level), 또는 그 밖의 방법 중 무엇이 적용되는지는 제어 장치의 종류, 안전 기능, 사용되는 규정에 따라 정해집니다. 특정 SIL이나 특정 성능 수준이 모든 O₂ 측정, 억제 시스템, 스파크 소화 장치에 획일적으로 의무화되어 있는 것은 아닙니다.
amixon®이 분진 폭발 위험이 있는 분말의 안전을 지원하는 방법
제품 공간의 ATEX 적합 설계
분진 폭발 위험이 있는 분말의 경우 혼합기, 조립기, 건조기 또는 반응기의 내부는 흔히 존 20으로 분류해야 합니다. 존 20은 폭발성 분진 대기가 지속적으로, 장시간 또는 자주 존재하는 영역을 말합니다. 계량, 투입, 배출, 필터, 이송 구간, 사일로, 설치 구역을 포함한 전체 설비의 존 구분은 위험성 평가의 일부이며 운영자에게 책임이 있습니다.
amixon®은 존 20으로 분류된 제품 공간을 갖춘 응용을 위해 혼합기, 조립기, 진공 혼합건조기, 혼합 반응기를 제작할 수 있습니다. 여기에는 시리즈와 프로젝트 구성에 따라 단축 혼합기, 수직형 및 원추형 혼합기, 컨테이너 혼합기, 연속 혼합기, 그리고 진공 혼합건조기 및 혼합 반응기 VMT와 AMT가 포함됩니다. 존 20에는 원칙적으로 매우 높은 보호 수준이 요구되며, 이는 통상 카테고리 1D 사양에 해당합니다. 장치 공간, 구동부, 센서, 실링, 온도 한계, 문서화의 구체적인 구성은 프로젝트별로 정해집니다.
ATEX 제품 지침 2014/34/EU는 폭발 위험 지역용 기기 및 보호 시스템에 관한 것입니다. ATEX 운영 지침 1999/92/EG는 운영자에게 위험성 평가, 존 구분, 폭발 방지 문서의 작성 및 유지, 그리고 설비 점검의 의무를 부과합니다. amixon®은 납품된 장치에 대한 서류를 제공할 수 있으나, 전체 설비에 대한 평가와 승인은 운영자의 과제로 남습니다.
점화원과 분진 누출 제한
낮은 원주 속도는 혼합물 내 마찰, 충돌, 마모 에너지를 제한할 수 있습니다. VM 및 HM 수직 혼합기에 대해 amixon®은 약 0,8~3,5 m/s의 조정 가능한 원주 속도 범위를 제시하고 있습니다. 이는 민감한 벌크재의 경우 동시에 입자 손상을 줄일 수 있습니다. 그러나 낮은 회전 속도만으로는 유효한 점화원이 발생하지 않는다는 유일한 증명이 되지는 않습니다. 베어링, 실링, 축, 발생 가능한 공구-벽 접촉, 이물질, 막힘, 고온 표면, 정전기 대전, 전기 설비도 추가로 평가해야 합니다.
적절한 안전 기능으로는 베어링 및 실링의 온도 감시, 회전 속도 및 토크 감시, 이물질 관리, 통제된 유지 보수, 접지 및 등전위 접속이 포함될 수 있습니다. 실제로 어떤 기능이 필요하며 어떻게 설계되어야 하는지는 위험성 평가에서 도출됩니다. 분진층의 경우 TRGS 723은 다른 규정이 근거를 가지고 정해지지 않는 한, 분진층의 최소 점화 온도와 표면 온도 사이에 원칙적으로 75°C의 안전 간격을 두도록 명시하고 있습니다.
이음매가 적게 설계되고 연마 처리된 제품 영역과 적절한 실링 시스템은 분진 누출을 제한할 수 있습니다. OmgaSeal® 실링이 적용된 Clever-Cut® 점검문은 amixon®에 따르면 제품 공간을 데드스페이스 없이 밀폐하도록 설계되었습니다. 그러나 실제 기밀성은 실링 재질, 압력차, 마모, 조립, 유지 보수에 따라 좌우됩니다. 따라서 기밀한 장치 사양은 흡입, 세정, 유지 보수를 대체하지 않으며, 발생 가능한 분진 퇴적물과 2차 폭발에 대한 평가도 대체하지 않습니다.
불활성화와 압력 공정
진공 혼합건조기 및 혼합 반응기 VMT와 AMT는 가스, 진공, 압력 기밀 구조로 제작될 수 있습니다. 이를 통해 혼합, 반응, 컨디셔닝, 건조가 진공, 과압, 또는 불활성 가스 대기 하에서 이루어져야 하는 공정에 적합합니다. 그러나 압력 및 진공 내성이 내폭압 또는 내폭압충격 설계와 동일한 의미를 갖는 것은 아닙니다. 이는 명시적으로 프로젝트별로 합의되어야 하며, 안전 관련 물질 데이터를 바탕으로 설계되어야 합니다.
불활성화는 예방적 폭발 방지 조치가 될 수 있습니다. 진공 장치의 경우 혼합 공간은 예를 들어 배기된 후 적절한 불활성 가스로 재충전됩니다. 반복적인 압력 교환을 통해 산소 농도를 더욱 낮출 수 있습니다. 불활성화는 기밀한 설비, 적절한 불활성 가스 공급, 정의된 퍼지 시퀀스, 대표성 있는 산소 측정, 경보 및 차단 값, 안전 인터록을 전제로 합니다. 허용 산소 값은 해당 제품-불활성 가스 시스템에 대해 결정된 한계 산소 농도보다 안전 여유를 두고 낮게 설정되어야 합니다.
불활성화가 자연 발화, 열분해, 화재, 또는 발열 반응을 자동으로 방지하는 것은 아닙니다. 따라서 이는 완전한 폭발 방지 콘셉트의 한 구성 요소일 뿐입니다. 적합한 보호 전략은 추가로 내폭압 또는 내폭압충격 장치, 압력 방출, 폭발 억제, 그리고 연결된 설비 부분의 디커플링을 필요로 할 수 있습니다.
테크니쿰과 설계
프로젝트별 설계는 KSt, pmax, 최소 점화 에너지, 최소 점화 온도, 습도, 입자 크기, 전기 전도도, 발생 가능한 혼합 가스와 같은 안전 관련 물질 데이터로부터 시작됩니다. 이러한 데이터는 존 콘셉트, 허용 표면 온도, 기기 카테고리, 기밀성 요건, 접지, 불활성화, 그리고 가능한 구조적 보호 조치를 결정합니다.
amixon®에 따르면 테크니쿰에서 원제품을 이용한 공정 테스트를 제공하고 있습니다. 이때 혼합 품질, 온도 유입, 액체 분산, 부착물, 배출, 세정성, 진공 또는 불활성 가스 하의 거동을 조사할 수 있습니다. 이러한 테스트는 공정 기술적 설계를 지원할 수 있지만, 안전 관련 물질 시험이나 전체 설비에 대한 위험성 평가를 대체하지는 않습니다.