화염 방지 기술의 기초
Jim Cahill
에머슨 프로세스 매니지먼트 Chief Bloger
화염 방지기는 가연성 가스를 수반하는 공정 오퍼레이션에서, 연소의 위험성을 통제하는 장치이다. 위키피디아의 정의에 따르면, 화염 방지기(방지기) [1], 연소 방지기[2], 혹은 역화 방지기(flame trap)는 화염을 방제해서 연료의 연소를 막는 장치이다. [3]
에머슨의 Michael Calaway가 알려주는 화염 방지 기술에 대한 훌륭한 연구보고서를 한 번 살펴보도록 하겠다. 이 보고서는 안전 및 환경 증기 제어 장비/서비스 기업인 Enardo의 관리팀이 펴냈다.
전체 보고서를 통해 화염 방지 기술에 대한 소개와 용어 설명, 그리고 현존하는 화염 방지 기술의 종류에 대해 알 수 있다.
화염 방지 기술은 1815년 잉글랜드에서부터 시작되었다. 당시의 직면했던 어려움은 갱내 가스로도 불리는 연소성 가스가 갱도에 흘러들어 갔을 때, 광부의 오일 램프 폭발을 방지하는 것이었다.
화학자이자 발명가인 Humphry Davy경이 이에 대한 해결책을 만들었다. 메탈 거즈라는 얇은 철직물로 만들어진 큰 실린더로 램프의 화염을 에워싸도록 했다. 이 방법은 메탈 직물이 화염으로부터의 열을 흡수하고, 저온에 방출함으로써 탄광 내 연소성 메탄가스가 연소하지 않도록 하는 원리이다.
현재의 화염 방지기도 이와 동일한 원리로 작동한다. 화염의 열이 금속이나 다른 열전도 물질로 만들어진 좁은 통로를 통과하며 제거되는 것이다. 이러한 화염 방지 기술은 정유, 제약, 화학, 석유화학, 제지, 원유탐사 및 생산, 하수처리, 매립, 광산, 전력생산, 그리고 대량 액체 운반 등의 공정 업계에서 널리 쓰이고 있다.
연소성 혹은 반응성 가스를 수반하는 공정에는 블렌딩, 반응, 분리, 혼합, 드릴링, 그리고 소화가 있다. 이러한 공정에는 수많은 장비 구성과 혼합 기체가 수반된다.
화염 방지기에는 대기 중 방출형이라고도 알려진, 배관의 종단에 설치되는(end-of-line)형식 그리고 배관라인에 설치되는(in-line) 폭연(빠른 연소) 혹은 폭굉(폭발) 형식이 있다.
배관의 종단에 설치되는(End-of-line)형식은 유전의 저장탱크에 주로 사용되며, 벤트로부터 흘러나온 가스가 낙뢰에 맞았을 때 탱크의 폭발을 방지한다.
배관라인에 설치되는 화염 방지기의 어플리케이션은 액체와 고체로부터 방출된 가스를 수집하는 시스템으로, 많은 산업에서 사용되며 통상 증기 제어 시스템이라 불립니다. 대기로 방출되거나 증기 제어 시스템으로 제어된 가스는 보통 연소성 가스이다.
화염 방지기는 전원(power)에 의지하지 않고, 가동 부분이 없으며, 주기적인 클리닝 이외에는 사람의 주의를 요하지 않기 때문에 수동적인 안전장치이다.
화염 방지기의 사이즈는 화염의 성질(특히 화염의 이동 속도)과 화염으로 인한 압력파의 예상밀도에 따라 결정된다.
화염 위험(NEC Groups B, C, D), end of line 혹은 in-line, 폭연 혹은 폭굉(Detonation, 데토네이션), 압력에 따른 화염 속도에 기반해 12개 카테고리의 화염 방지기가 있다.
연구보고서는 화학반응 kinetics, 공기/가스 비율, 화염 전파와 발전 단계, 그리고 폭발과 폭파 상황의 물리에 대한 기초 지식을 제공한다.
