특수가스 취급기술 및 유지관리 실무 (5)

반도체 및 첨단산업분야 등에 널리 사용되고 있는 독성가스의 위험으로부터 작업자를 보호하고 환경재해를 방지하기 위한 제독설비 기준에 대해서 규정한다.

6. 독성가스 제독설비

6-1. 제독설비 일반사항

■ 독성가스는 제독설비에 의해 처리하여 허용농도 이하로 대기 방출하여야 한다.

■ 제조 및 사용시설의 경우 제독을 대상으로 하는 각 설비에 가능한 가깝게 설치하며 독성가스를 직접 처리하여야 한다.

■ 저장시설 및 판매시설은 용기 보관실과 가능한 가깝게 설치하고, 독성가스를 직접 처리하여야 한다.

■ 제독 방법은 산화, 환원, 중화, 가수분해, 흡수, 흡착 또는 이들의 조합 또는 그 밖의 동등 이상의 방법에 의해 처리하는 것으로 한다.

6-2. 제독방법의 선정

(1) 제독방법

제독해야 하는 가스의 종류, 농도, 유량, 압력 등 모든 조건을 고려하여 다음에 열거하는 제독방법 중에서 적절한 방법을 선정하여야 한다.

제독처리 방법의 일반적인 특징

■ 연소처리

가연성 가스의 연소 화재와 함께 연소 처리를 하는 방식과 독성가스의 자연성을 이용하여 연소 처리하는 방식이 있다. 양자의 중간적인 관점으로 착화를 좋게 하기 위하여 파이롯트 버너를 사용하는 경우도 있다. 그리고 전기로에 의한 과열 처리 분해도 있다.

연소식 처리

■ 습식처리

차아염소산과 과망간산염 수용액, 가성소다수용액, 또는 물 등의 탱크에 가스를 보내는 방식과 기액향류접촉에 의한 방식이 있다. 무엇보다도 기액 접촉에 의한 화학반응이다.

사용하는 약제는 가스에 따라 다르지만 차염산염, 과망간산칼륨, 가성소다 등 많은 종류가 있다.

습식 처리

■ 건식처리

규조토, 실리카겔, 활성탄에 산화촉매, 산화약제 등을 부착시킨 고체 처리제를 충전 탑에 충전하고 여기에 가스를 흐르게 하여 가스를 처리한다. 건식처리는 많이 사용된다고 예상되므로 대표적인 모노실란, 알진, 포스핀, 디보레인에 관하여 가스별로 처리 원리의 예를 열거한다.

건식처리

■ 흡착 (Adsorption)과 화흡(Chemisorption)의 비교

흡착이란 기체 또는 증기 상태의 대기오염 물분자를 다공질의 고체상태의 흡착제 표면에 붙잡아 두는 것으로 오염물질을 제거하는 공정을 말한다. 이러한 흡착은 오염물질의 비등점보다 높은 주변 온도에서 오염물질이 액적으로 응축되어서 흡착제에 포집된다. 이런 응축 작용은 흡착제의 표면에서의 촉매 효과인 활성장(Active Sites)에 기인한다. 흡착은 대부분 흡착제의 내부 다공 면적에서 일어난다. 따라서 흡착제의 내부 유효 다공 면적은 외부 표면적의 수배가 되어야 한다. 흡착은 화학반응이 없으므로 가역적이다. 응축된 오염물질을 가열하여 기화시키면 고농도가 방출되고 이것을 다시 냉각시키면 회수가 가능하다. 또한 이때 흡착제는 재생된다. 흡착제로써는 활성탄이 주로 사용된다.

화흡이란 화학적 흡착을 줄인 말로써 활성탄 대신 활성화된 산화알루미늄에 중화용 화학물질을 잉태시킨 흡착제를 사용하여 흡착과 동시에 흡수 및 화학적 중화반응을 일으킴으로써 오염물질을 제거하는 공정을 말한다. 오염물질은 화학적인 반응을 통해 제3의 물질로 변환되므로 더 이상 존재하지 않는다. 따라서 화흡은 비가역이며 오염물질 회수나 흡착제의 재생이 불가능하고 흡착제에는 더 이상 냄새가 나지 않는다. 오염물질의 종류에 따라서 다양한 흡착제를 선택하여 사용한다.

흡착과 화흡의 장단점 비교

(2) 제독방법과 대상 가스

독성가스의 제독 처리방법에 따른 대상 가스의 구분은 아래 표에 나타내었다.

6-3. 제독설비의 형태

제독설비의 형태는 제독설비의 이외에 제독설비로 배출가스를 도입하기 위한 덕트 또는 제독설비의 능력을 보완하기 위해 일시적으로 독성가스를 저류하기 위한 홀더, 기구 등으로 구성되는데, 가스의 종류, 제독 능력, 제독 처리 방법에 의해 설비의 형태가 달라진다. 이 형태를 처리방법에 따라 정하면 아래의 표와 같다.

처리하는 가스의 양, 종류가 많은 경우 등은 한 가지의 처리방법으로 완전히 처리할 수 없는 경우가 있다. 그때는 상기의 처리방법을 별도의 그림과 같이 조합시킨다.

6-4. 제독설비의 재질

독성가스는 공기와 접촉해 발화하는 것, 습기, 물에 접촉해 강산성 가스를 발생하는 등 화학적으로 불안정하다. 번용가스도 그 자신이 강산성, 강알칼리성인 것도 많고 장치, 설비를 부식시킬 가능성이 있다. 이 때문에 설비의 재질은 제독제의 성능, 제독 대상 가스와 이차적으로 발생할 가스의 성질을 충분히 고려해서 불연성 재료, 내식성 재료를 경우에 따라 구분해서 사용하여야 한다.

<제독설비 재질의 주의>

■ 독성가스는 공기에 접촉하여 발화하는 것과 습기, 물에 접촉하여 강산성 가스를 생성하는 등 화학적으로 불안정하다.

■ 제독설비 재질은 제독하는 독성가스와 제독액, 제독제와의 화학반응에 따라 2차적으로 발생하는 가스의 성질을 충분히 고려하여 불연성 재료, 내식성 재료의 사용에 주의해야 한다. 이것을 게을리하면 2차 재해로 간주한다.

6-5. 제독설비의 구조

■ 설비는 일정 가압력, 부압력에 대해 적절한 강도와 기밀성을 가져야 한다.

■ 제독제에 유해성분이 포함된 경우에는 외부에 이를 누출, 비산 시키지 않아야 한다.

6-6. 제독설비의 처리능력

(1) 제독설비의 처리능력

제독설비의 처리능력은 다음에 정한 누출 가정량을 효과적으로 제독 가능한 능력 이상이어야 한다.

■ 제독설비의 처리능력은 정상 작업으로 배출하는 양 또는 다음 조건에 의해 누출하는 가스의 양 중에서 큰 값의 가스를 처리할 수 있는 능력을 가지는 것으로 하여야 한다.

① 누출 조건 : 구경 1"까지는 유효면적, 2"부터는 유효면적의 1/2, 1톤 용기는 용융성 플러그의 파단

② 누출량 : 15분간의 가스 누출량. 단, 가스누출 검지 경보기 및 긴급 차단장치 등이 연동되어 누출을 정지시킬 수 있는 경우는 3분으로 할 수 있다.

(나) 사용시설의 공급설비 및 소비설비에 관련된 제독설비의 처리능력은 정상 작업으로 배출하는 양 또는 다음의 누출 가정 양 중에서 큰 값의 가스를 처리할 수 있는 능력으로 하여야 한다.

① 누출 조건 : 긴급 차단장치 등의 후단 이후 저압부의 최대 관경 배관의 전단면 파단

② 누출량

- 가스누출 검지 경보설비와 긴급 차단장치 등이 작동하고 있는 경우에 있어서는 긴급차단장치 등의 후단 이후의 가스 보유량

- 가스누출검지경보설비와 긴급차단장치 등이 작동하고 있지 않은 경우에 있어서는 2분간의 가스누출량과 긴급 차단장치로부터 하류 측의 가스 보유량의 합계량

(다) 용기보관실과 관련되는 제독설비의 처리능력은 다음의 상정에 의해 누출하는 가스를 처리할 수 있는 능력으로 한다.

① 누출 조건 : 용기밸브로부터 1 atm.cc./sec

② 누출량 : 저장 용기중 최대 충전용량의 용기 1개 분의 가스 양

(2) 사용시설의 누출 모드

사용시설의 소비의 형태를 보면 아래 그림과 같은 형태를 가지고 있는 것이 많다. 여기에 제독설비에 의 처리해야 할 누출을 중심으로 한 제독 모드를 정리해 보면 당의 ①~⑥의 경우에 대한 대책이 필요하다.

① 저장설비 내의 용기에서 누출되는 독성가스

② 용기에서 누출된 저장설비 내의 독성가스

③ 용기 캐비닛 내에 누출된 독성가스

④ 사용시설에서 통상 배출되는 독성의 배출가스

⑤ 소비설비에서 외부에 누출되는 독성가스

⑥ 용기 캐비닛과 소비시설 간의 연결부에서 누출되는 독성가스

사용시설의 개략도 및 누출 모드

6-7. 제독설비에 필요한 보호구

보호구는 다음 각호의 기준에 의하여 유지 및 보관하여야 하다.

(1) 보호구의 종류와 수량

독성가스의 종류에 따라 다음의 것 및 그밖에 필요한 보호구를 구비하여야 한다. 이 경우 ⓐ 또는 ⓓ의 보호구는 긴급작업에 종사하는 작업원에 적절한 예비 개수를 더한 수 또는 상시 작업에 종사하는 작업원 10인당 3개의 비율로 계산한 개수 중 많은 개수 이상을 구비하여야 하며, ⓐ의 보호구를 상시 작업에 종사하는 작업 원수에 상당하는 개수를 갖춘 경우에는 ⓑ의 보호구를 구비하지 아니하는 것으로 한다. 그리고 ⓑ 또는 ⓒ의 보호구는 독성가스를 취급하는 전 종업원 수의 수량을 구비한다.

ⓐ 공기호흡기 또는 송기마스크

ⓑ 격리식 방독마스크

ⓒ 보호장갑 및 보호 장화

ⓓ 보호복

(2) 보호구의 보관 및 장착훈련

■ 보관 장소

독성가스가 누출할 우려가 있는 장소에 가까우면서 관리하기가 쉽고 긴급시 독성가스에 접하지 아니하고 반출할 수 있는 장소에 보관하여야 한다.

■ 보관 방법

항상 청결하고 그 기능이 양호한 상태로 보관하여야 하며 정화통 등의 소모품은 정기적 또는 사용 후에 점검하고, 교환 및 보충하여야 한다.

■ 장착 훈련

작업원 에게는 3개월마다 1회 이상 사용훈련을 실시하고 사용방법을 숙지시켜야 한다.

■ 기록의 보관

보호구의 점검 및 변동사항 또는 보호구의 장착훈련실적을 기록, 보존하여야 한다.

6-8. 제독설비의 성능

(1) 제독설비의 기준

제독설비는 제독을 대상으로 하는 설비에 가능한 가깝게 설치하여 배출 가스를 즉시 처리함으로써 허용농도 이하로 대기 중으로 방출할 수 있는 능력을 가져야 한다. 제독장치는 설치 장소, 목적 및 용도에 따라 각각 다르지만 일반적으로 요구되는 성능 기준은 다음과 같다.

① 제독 효율이 높을 것

② 여러 종류의 가스에 적용될 수 있는 설비일 것

③ 큰 농도 변화에 대응할 수 있을 것

④ 먼지, 미스트를 함유한 가스 처리가 가능할 것

⑤ 내부식성이 우수한 재료일 것

⑥ 충분한 보호, 안전대책이 이루어질 것

⑦ 2차 공해에 대비하는 충분한 대책이 있을 것

(2) 제조설비의 제독장치 기준

■ 비상시

- 환기설비의 배기면의 배기중 가스가 가연성이 아닌 가스 또는 가연성 가스라 하더라도 폭발 하한계의 1/5 이하의 경우에는 모두 제독장치에 도입하면 좋다. 그러나 가스농도가 폭발 하한계의 1/5를 초과하는 경우에는 일부 외기를 흡인하여 처리를 하는 것이 필요하다. 처리설비의 능력은 짧은 시간 내에 누출한 실내 가스를 허용농도 이하로 처리하는 것이 요구된다.

- 누출의 위험성이 있는 곳을 이중구조로 한 내외관 및 국소배기설비의 배기 측 누출 위험이 있는 곳을 이중구조로 한 경우로 내부를 진공 또는 질소가스 등으로 봉인한 경우에는 공기 또는 산소가 없기 때문에 제독장치의 능력까지 도입해도 좋다.

- 급격한 누출 시 이중 외관에 압력 상승이 있으므로 감압 등의 처리를 한 후 일정 유량으로 조절하여 제독장치에 도입하는 것이 바람직하다.

- 국소배기설비에서는 전항의 환기설비의 배기 측에서 기술한 바와 같이 급격한 누출의 경우에는 폭발 범위에 들어갈 가능성도 있어 폭발 하한계의 1/5 이하가 되도록 일부 외기를 흡인하면서 처리를 하는 것이 필요하다.

- 안전밸브의 방출 라인 안전밸브로부터 순간적으로 다량의 가스가 방출된다. 이것을 직접 처리하기 위해서는 대용량의 제독설비가 필요하게 된다. 이것 때문에 설비의 용량을 적게 하는 경우에는 긴급 차단장치 등을 적절한 장소에 설치하여, 방출되는 가스의 총량을 적게 한다. 또한, 배출된 가스를 일시적으로 저장하기 위한 완충용 탱크 등의 보조 장비를 설치하는 것이 필요하다.

■ 정상배출 시

- 퍼지 라인의 방출 측

배관 중에 체류하는 가스를 질소 등의 불활성 가스로 퍼지 하는 경우는, 특수재료 가스의 양, 압력, 퍼지 속도 등을 파악하여 방출하는 것이 중요하다. 단시간이라고 하여, 너무 급격히 퍼지 하면 제독장치가 과부하 상태로 되어 연소식 제독장치로서는 화염이 매우 커지거나 건식 제독장치로서는 제독장치가 매우 고온이 되는 것이 있다. 따라서 퍼지 가스는 제독장치의 능력에 맞게 적당량을 도입한다. 제독설비의 처리능력을 초과 시에는 제독설비가 지나친 온도 상승을 발생하거나, 출구에서 허용농도까지 제독이 가능하지 않은 것이 있으므로 적절한 유량의 관리가 필요하다. 퍼지 속도는 최소 0.3 m/s 이상의 속도를 유지해야 한다.

- 분석실의 폐가스 방출 라인

분석 후의 폐가스는 일반적으로 정상 유량이고 그 양도 적기 때문에 다른 방출 라인과 공용으로 사용 가능한 경우가 많다.

- 용기의 잔 가스 방출 측

잔 가스의 방출은 고압으로 남아 있는 경우 압력조정기에 의해 일정 압력으로 하고 또한 유량을 조절하면서 제독하는 것이 필요하다. 유량을 제어하지 않으면 제독장치에 과부하가 온다.

6-9. 제독설비의 유지관리

(1) 설비 능력의 유지를 위해 일상점검을 실시한다.

(2) 설비 능력의 유지를 위해 연 1회 이상 정기적으로 수리점검을 실시한다.

(3) 가스누출 검지 경보기와의 연동에 의한 설비는 월 1회 이상 연동 기능을 확인한다.

(4) 제독설비의 능력을 유지하기 위하여 설비규모에 맞도록 일상점검표를 작업 관리자가 작성하여 실시할 것.

(5) 동 설비에 종사하는 작업원에게는 취급 수순, 점검사항, 안전대책에 관하여 정기적으로 교육훈련을 실시할 것.

(6) 동 설비의 정기점검, 정기수리는 설비에 정통한 자에 의해 실시할 것.