반응기, 증류기의 안전사고를 돌아보면, 간과할 수 없는 많은 교훈들이 있습니다

Thread Content

반응기와 증류기(정제용 증류기 포함)는 화학 산업에서 가장 많이 사용되는 장비 중 하나입니다. 또한, 이러한 장비들은 위험성이 높으며, 누출이나 화재, 폭발 사고가 발생하기 쉬운 장비이기도 합니다. 　　최근 들어, 반응기와 증류기에서 누출, 화재, 폭발 사고가 잦게 발생하고 있습니다.냄비 안에는 종종 유독하고 해로운 **화학물질들이 들어 있기 때문에, 사고의 결과는 일반적인 폭발 사고에 비해 훨씬 심각합니다.이제 반응기와 증류기 사고가 발생하는 원인이 되는 위험 요소들을 소개하고, 관련 사고 사례들을 열거한 뒤, 그에 따른 안전 대책들을 제시하겠습니다. 고유 위험성 반응기와 증류기의 고유 위험성은 주로 다음과 같은 몇 가지 요소로 구성됩니다: 1. 반응물 반응기와 증류기 내에 있는 반응물들은 대부분 **화학물질**에 해당합니다.만약 해당 물질이 자연 발화점과 인화점이 낮은 물질이라면, 유출될 경우 공기와 섞여 폭발성 혼합물을 형성하게 됩니다. 이러한 혼합물이 점화원(불꽃, 스파크, 정전기 등)에 의해 점화되면 화재나 폭발이 발생할 수 있습니다. 또한, 만약 그 물질이 독성 물질이라면, 유출될 경우 사람들이 중독되거나 질식할 수도 있습니다. 　　1994년 3월 27일, 샤오싱시의 한 첨가제 공장의 항정전제 생산 공장에서 반응기가 폭발하는 사고가 발생했습니다. 이 사고로 4명이 사망하고 8명이 중상을 입었습니다.반응기 내부에는 주로 폭발 한계가 3%~100%인 에폭시에틸렌이 있습니다. 사고의 주된 원인은 반응기 내의 공기가 질소로 완전히 대체되지 않아, 에폭시에틸렌과의 혼합 농도가 폭발 한계에 도달했기 때문입니다.이 공장은 설립된 지 얼마 되지 않은 지방 기업으로, 사용되는 압력용기는 한 번도 검사를 받은 적이 없습니다. 또한 작업자들의 교육 수준도 낮아서 전문적인 훈련을 받지 못했으며, 생산 과정에서 발생할 수 있는 위험성이나 문제를 해결하는 방법에 대해서도 전혀 모르고 있습니다.이 프로젝트는 가동되기 전에 “삼동시” 심사를 거치지 않았으며, 완전한 안전 운영 절차와 기술적 조치도 마련되어 있지 않았습니다. 반응기 내의 공기가 완전히 교체되었는지 여부도 계측 장비를 통해 확인할 수 없었으며, 검사 및 측정을 위한 절차도 정해져 있지 않았습니다. 그래서 작업자들은 경험과 직감에 의존하여 작업을 수행해야 했습니다. 　　2. 장비의 제조 문제들
반응기나 증류기의 설계가 적절하지 않거나, 장비의 구조적 형태가 일관성이 없으며, 용접 부위의 배치가 적절하지 않은 경우 스트레스가 집중될 수 있습니다. 또한, 재료 선택이 부적절하거나, 용기를 제작할 때의 용접 품질이 기준에 미달하거나, 열처리가 적절하지 않은 경우 재료의 인성이 저하될 수 있습니다. 그리고 용기의 외부가 부식성 물질에 의해 손상되거나, 강도가 낮아지거나 안전장치가 부족한 경우, 사용 중에 폭발이 발생할 수 있습니다. 　　2007년 12월 1일, 허베이성 바오딩시에 위치한 한 건축자재 회사의 석탄회 발포 콘크리트 블록 생산 공장에서 압력 용기(증기 오븐)가 폭발했습니다. 이 사고로 5명이 사망하고 1명이 경상을 입었습니다.조사에 따르면, 해당 기업의 관리자들이 임의로 공정 파라미터를 변경하여 증산기의 용기와 뚜껑을 연결하는 볼트의 수를 60개에서 30개 미만으로 줄였으며, 교체도 제때 이루어지지 않았습니다. 또한 증산기의 안전밸브도 제때 점검되지 않아, 장기간 과압·과온 상태에서 가동되면서 사고가 발생하게 되었습니다. 　　2000년 9월 4일, 후난성 이양시의 한 생화학 시약 공장에서 사용되던 재킷식 에나멜 반응기가 가동 중에 갑자기 뚜껑이 날아가버렸습니다. 그로 인해 대량의 프로판 가스가 밖으로 유출되어 공기와 섞여 폭발성 가스가 되었고, 큰 폭발이 발생했습니다. 이 사고로 2명이 사망하고 6명이 부상당했습니다.사고의 주된 원인은 반응기의 밀봉면 와셔가 노화되어 운전 중에 누출이 발생했으며, 작업자가 압력이 있는 상태에서 그 부분을 조이다가 결과적으로 반응기 뚜껑이 빠져나와 폭발이 일어난 것입니다.이 반응기는 구형 압력 용기로, 사용 전에 검사를 받지 않았으며 불법적으로 설치되었습니다. 또한 조작자도 교육을 받지 않았습니다. 작업 과정의 위험성
반응기와 증류기는 생산 과정에서 다음과 같은 위험에 직면합니다:
1. 반응이 통제를 벗어나 화재나 폭발이 발생할 수 있습니다.
산화, 염화, 질화, 중합과 같은 많은 화학 반응들은 강한 발열 반응입니다. 만약 반응이 통제를 벗어나거나 전력/수도 공급이 중단되면, 반응으로 인한 열이 축적되어 반응기 내부의 온도가 급격히 상승하고 압력도 증가합니다. 이로 인해 용기의 내압 한계를 초과하여 용기가 파손될 수 있습니다.물질이 파열된 부분에서 분출되면 화재나 폭발 사고가 발생할 수 있습니다. 반응기가 파열되면 물질의 증기압의 균형이 깨지고, 불안정한 과열된 액체가 2차 폭발을 일으킬 수 있습니다(증기 폭발). 분출된 물질은 빠르게 퍼져나가서, 반응기 주변 공간이 가연성 액체의 안개나 증기로 가득 차게 됩니다. 이때 점화원이 있으면 3차 폭발이 발생할 수 있습니다(혼합 기체 폭발). 　　반응이 통제 불능 상태에 빠지는 주요 원인으로는 반응열이 적시에 제거되지 않는 것, 반응물들이 고르게 분산되지 않는 것, 그리고 조작상의 실수 등이 있습니다. 　　2007년 3월 16일, 장쑤성 동타이시의 한 화학공장에서 기존의 생산 설비를 이용해 신제품인 에톡시메틸메틸마레이미드를 불법적으로 시험 생산하는 과정에서 증류탑이 갑자기 폭발했습니다. 이 사고로 4명이 사망하고 1명이 부상당했습니다.이 사고의 직접적인 원인은, 에톡시메틸메타크리레이틴 원료를 과도하게 증류한 것입니다. 그로 인해 고비점 물질들이 충전층을 막아버렸고, 증류탱크 내부의 압력이 상승하여 물리적 폭발이 발생했습니다. 이로 인해 충전탑 아래쪽의 구조물들이 파괴되었으며, 그 결과 물질들이 연소하고 화학적 폭발이 일어났습니다. 2. 반응 용기 내의 고압 물질이 저압 시스템으로 유입되면서 폭발이 발생합니다. 반응 용기와 연결된 상압 또는 저압 장비의 경우, 고압 물질이 유입되어 반응 용기의 내압 한계를 초과하게 되면, 그로 인해 물리적인 용기 파손이 일어납니다. 　　1991년 8월 22일, 허난성 핑딩산시에 위치한 수지 공장에서 심각한 화재가 발생했습니다. 이는 중합 공정의 반응기 내 압력이 너무 높아진 것이 원인이었습니다. 당직자들이 긴급히 대응하려 했지만, 거품 포집기(정압 장비)로 연결된 밸브를 완전히 닫지 못해 폭발이 일어났습니다. 그 결과, 해당 공정 전체에 있던 가연성 혼합 기체도 함께 폭발하게 되었습니다. 3. 수증기나 물이 반응 용기로 유입되어 사고가 발생함
가열에 사용되는 수증기나 열전달 오일, 혹은 냉각용 물이 반응기나 증류기로 유입될 경우, 용기 내의 물질과 반응하여 열이 발생하고, 그로 인해 온도와 압력이 급격히 상승합니다. 이로 인해 물질들이 밖으로 튀어나와 화재가 발생할 수 있습니다. 4. 증류 응축 시스템에서 냉각수가 공급되지 않으면 폭발이 발생할 수 있습니다. 증류 과정에서 탑 꼭대기의 응축기에 공급되는 냉각수가 끊기면, 용기 내의 물질들은 계속해서 증류됩니다. 이로 인해 시스템의 압력이 정상압이나 음압 상태에서 양압 상태로 변하게 되고, 이는 장비의 견딜 수 있는 한계를 넘어서 폭발을 유발할 수 있습니다. 　　2006년 7월 28일, 장쑤성 옌청시 셰양현에 위치한 옌청푸유안화공유한공사에서 발생한 폭발 사고는, 염화 반응탑의 냉각수가 공급되지 않고, 탑 꼭대기에서도 제품이 나오지 않는 상황에서도 즉시 가동을 중단하지 않고 계속해서 가열을 한 것이 원인이었습니다. 그로 인해 2,4-***플루오로벤젠이 오랫동안 고온 상태에 머물게 되어 결국 분해되면서 폭발이 일어났습니다. 5개의 용기가 열에 의해 폭발하는 사고가 발생함. 반응용기가 외부의 가연성 물질로 인해 화재가 발생하거나, 고온의 열원으로 인한 열복사를 받으면, 용기 내부의 온도가 급격히 상승하여 압력이 증가하고, 그 결과 물질이 터져 나오거나 폭발하는 사고가 발생한다. 1991년 10월 8일 6시 50분, 장쑤성 회인의 유기화학공장 중간시험실에서 고분자 폴리에터를 생산하는 100L 용량의 고압 반응기가 갑자기 폭발했습니다. 반응기의 뚜껑과 몸체를 연결하는 볼트들이 끊어졌으며, 무게가 약 80kg에 달하는 반응기 뚜껑은 원래 위치에서 80미터 이상 떨어진 곳으로 날아갔습니다. 또한 고압 반응기에 설치된 안전밸브와 압력계 등도 파괴되었습니다.폭발로 인한 기압파로 인해 지붕이 날아갔으며, 약 20m³ 크기의 시험실은 완전히 무너졌습니다. 그로 인해 작업자 3명이 현장에서 사망했습니다. 　　이번 고압 반응기의 폭발은 과열 및 과압으로 인해 발생했습니다. 에폭시에틸렌과 에폭시프로필렌을 원료로 하여 고분자 폴리에터를 생산하는 공정에서는 작업자가 규정에 따라 엄격하게 조작해야 합니다. 또한, 원료를 투입할 때는 “드랍” 방식을 사용하여 투입량을 조절해야 하며, 그렇지 않으면 반응이 과도하게 진행되어 위험이 발생할 수 있습니다.하지만 해당 공장의 작업자들은 작업 절차를 위반하여 ‘일괄 투입’ 방식을 사용했고, 한 번에 너무 많은 원료를 투입함으로써 반응 속도가 지나치게 빨라졌습니다. 6. 물질의 용기 내로의 유입 및 배출 과정에서 발생하는 사고들 많은 저휘발점을 가진 Class A 유형의 가연성 액체들이 액체 펌프나 진공 펌프를 이용해 파이프라인을 통해 반응기나 증류기로 들어갑니다. 이러한 물질들은 대부분 절연성이 있어 전기 전도성이 낮습니다. 만약 물질의 흐름 속도가 너무 빠르면, 축적된 정전기가 제대로 방전되지 않아 화재나 폭발 사고가 발생할 수 있습니다. 　　1993년 3월 30일, 징저우시 석화총공장에서 반응기가 폭발하는 심각한 사고가 발생하여 4명이 사망했습니다.폭발이 발생한 직접적인 원인은 에톡실렌의 공급 속도가 너무 빨랐기 때문입니다.2시간도 채 지나지 않아 반응기 내로 투입된 물질의 양이 500kg에 달했습니다. 그로 인해 에틸렌옥사이드가 프로피닐알코올과 반응할 시간이 없어 반응기 내에 축적되었고, 반응기 내 압력이 급격히 상승했습니다. 그 결과 고압의 가스가 갑자기 분출되었으며, 정전기와 만나면서 폭발이 발생했습니다.공급 속도가 너무 빠른 이유는 반응기에 유량계가 설치되어 있지 않아, 작업자가 밸브를 수동으로 조절하여 공급 속도를 제어하기 때문입니다.노동자들은 반응기에 투입되는 주원료가 무엇인지, 어떤 기준에 따라 투입해야 하는지 모른다.그런데 기술 이전 측은 기술 비밀을 이유로 석화총공장에 원료의 명칭과 사용량에 대해 알려주기를 거부했다. 　　2002년 4월 22일, 산시성 원핑시의 한 화학공장에서 반응기가 폭발하는 사고가 발생했습니다. 이 사고로 1명이 사망하고 1명이 중상을 입었습니다.폭발로 인한 충격파로 인해 약 200m² 크기의 공장 내 조립식 지붕이 거의 완전히 날아갔습니다. 남쪽 벽에 있는 모든 창문의 유리도 깨졌으며, 파편들은 최대 50m나 멀리 날아갔습니다. 반응기의 뚜껑을 고정하고 있던 40개의 M20 볼트들도 모두 끊어지거나 빠져나갔습니다.사고의 원인은 반응기의 물질 배출 과정에서, 반응기 내부에 있던 이황화탄소, 이프로판올, 산소의 혼합물이 0.2MPa의 표면 압력 하에 배출되면서 발생했습니다. 물질이 플랜지 부분에서 누출될 때, 내부와 외부 사이에 압력 차이가 생기고, 누출된 물질들이 일정한 속도로 밖으로 나오면서 정전기가 발생하게 됩니다.냄비 내의 액체 물질이 거의 다 빠져나가면, 플랜지 가장자리에 정전기가 축적되어 일정한 에너지에 도달하게 되고, 그로 인해 방전이 일어나 정전기 스파크가 발생합니다. 이 스파크로 인해 이황화탄소, 이프로판올, 산소가 섞인 기체가 점화되어, 반응조 내부로 빠르게 화재가 번져 화학적 폭발이 일어납니다. 7. 작업자들이 경계를 늦추어, 사고의 징후를 제때 발견하지 못함. 반응기는 일반적으로 상압 또는 개방된 상태에서 반응이 이루어지며, 증류기는 보통 상압 또는 음압 상태에서 작동한다.일부 사람들은 상압, 개방된 환경, 또는 음압 상태에서 작업할 때 위험이 그리 크지 않다고 생각하여, 주의가 소홀해집니다. 그 결과, 갑작스러운 사고의 징후를 제때 발견하고 대처하지 못해 결국 사고가 발생하게 됩니다.실제로 상압이거나 개방형인 반응기의 경우, 반응기 벽이 받는 압력이 내부에서 압력을 견뎌내는 반응기보다 더 크므로 위험성도 더 큽니다. 　　증류탱크의 경우, 작업자의 실수로 인해 반응이 통제 불능 상태에 빠지면 파이프라인과 밸브 시스템이 막히게 됩니다. 이로 인해 정상적인 압력이나 진공 상태가 양압 상태로 변하게 되며, 즉시 문제를 해결하지 못할 경우, 긴급 배기 장치도 없으므로 화재나 폭발 사고가 발생하기 쉽습니다.2007년 11월 27일, 장쑤성 옌청시에 위치한 연화과학기술유한회사에서 중질화 반응조가 폭발하는 사고가 발생했습니다. 이는 중질화 반응조의 증기 밸브가 제대로 닫히지 않아, 보온 단계에서도 엄청난 양의 증기가 반응조 내부로 유입된 것이 원인이었습니다. 그로 인해 반응조 내부의 온도가 급격히 상승하면서 중질화염이 격렬하게 분해되어 결국 폭발이 일어났습니다.당직 작업자가 용기 내 온도를 제대로 모니터링하지 않아, 용기 내 온도의 이상을 적시에 발견하지 못했고, 이로 인해 이상 상황을 처리할 최적의 시기를 놓치게 되었습니다. 안전 대책 조치 반응기의 가장 큰 역할은 원료의 중합 과정을 실현하는 것으로, 원료 생산 과정에서 요구되는 조건들을 충족시켜 이상적인 생산이 이루어지도록 합니다.다만, 올바른 방식으로 작업을 수행해야 한다는 점에 주의해야 합니다. 반응기를 사용할 때 조작 단계에 오류가 있으면 손상이 발생하여 생산에 지장을 줄 수 있습니다.이제 화학 반응기 사용 시 주의사항에 대해 간단히 알아보겠습니다. 　　1. 제도에 따라 엄격하게 운영해야 합니다. 제도를 엄격하게 준수하여 운영하는 것이 가장 기본적인 요구사항입니다.화학 반응기를 조작하기 전에, 해당 장비의 표준 운영 절차를 숙지해야 합니다.장비 설명서에 기재된 규격 정보는 그다지 상세하지 않지만, 장비의 안전한 작동을 위해 반드시 준수해야 하는 몇 가지 규칙은 반드시 지켜야 합니다. 　　二、작업 전 점검　화학 반응기를 조작하기 전에는 장비에 이상이 없는지 반드시 점검해야 합니다.장비가 정상적으로 작동 중일 때는 감전 사고를 방지하기 위해 상단 덮개와 접촉판을 절대 열어서는 안 됩니다.작업할 때는 절대 압력이 있는 상태에서 작업을 해서는 안 되며, 이는 장비를 손상시킬 뿐만 아니라 안전 위험도 초래합니다.질소를 이용한 압력 테스트 과정에서는 압력이 너무 높아지지 않도록 그 변화에 주의해야 합니다. 　　삼, 주의 깊은 관찰이 중요합니다. 화학 반응기를 조작할 때는 모든 작업 단계를 주의 깊게 관찰해야 합니다.특히 반응기가 일정한 온도에 도달했을 때는 절대로 반응기 본체와 접촉해서는 안 되며, 그렇지 않으면 화상을 입을 수 있습니다.실험이 완료된 후에는 먼저 온도를 낮추는 처리를 해야 하며, 온도가 너무 높아져 장비가 손상되지 않도록 기다려야 합니다. 또한 즉시 전원을 끄는 것도 중요합니다. 　　넷, 정기 점검에 주의하기　장비를 조작할 때는 조작 과정뿐만 아니라 장비의 정기 점검에도 신경을 써야 합니다.장비의 점검 및 관리는 쉬운 일이 아닙니다. 올바른 관리 방법을 익혀야만 장비가 최적의 성능을 발휘할 수 있으며, 동시에 장비의 수명도 연장됩니다. 반대로 제대로 관리하지 않으면 장비의 작동 성능에 심각한 영향을 미칩니다. 주의사항: 반응기나 증류기에서 화재나 폭발 사고가 발생하지 않도록 하려면, 안전 교육과 현장 관리를 강화하고, 장비의 점검 및 유지보수를 철저히 하는 것이 필요합니다. 또한, 폭발성 혼합물이 생성되는 것을 막고, 장비 내부의 스케일을 정기적으로 제거해야 합니다. 물질의 공급 및 배출 속도도 적절히 조절해야 하며, 방폭형 전기 장비를 사용하고 충분히 접지시켜야 합니다. 그 외에도 안전 작업 절차와 직무별 안전 규정을 엄격히 준수해야 합니다.증류 공정에서는 온도, 압력, 투입량, 재순환 비율과 같은 공정 파라미터를 엄격하게 제어해야 하며, 증기로 가열할 때는 밸브의 개도를 적절히 조절하여 물질이 급격히 증발하고 시스템 내 압력이 급상승하는 것을 방지해야 합니다.증류 시스템의 장비와 파이프라인이 항상 원활하게 유지되도록 주의해야 하며, 파이프라인이나 밸브가 막혀 압력이 상승하여 위험이 발생하는 것을 방지해야 합니다.저끓는점을 가진 물질과 물이 고온 증류 시스템으로 들어가는 것을 막기 위해, 고온 증류 시스템을 가동하기 전에 반드시 탱크, 증류탑 및 관련 장비 내의 응축수를 모두 제거해야 합니다. 그렇지 않으면 이러한 물질들이 갑자기 고온의 물질과 접촉하여 순간적으로 기화되면서 압력이 상승하여 물질이 튀어나오거나 폭발할 수 있습니다. 요약: 반응기와 증류기에는 온도, 압력, 유량 등을 측정할 수 있는 완전한 계측 장비가 갖춰져 있어야 하며, 감압 증류를 위한 진공 펌프에는 급격한 정지 시 공기가 시스템으로 유입되는 것을 방지하는 일방향 체크밸브가 설치되어야 합니다.저압 시스템과 고압 시스템이 연결되는 부분에도 일방향 체크밸브를 설치해야 합니다. 이는 고압 용기의 물질이 저압 시스템으로 유입되어 폭발이 발생하는 것을 방지하기 위함입니다.과압이 발생할 가능성이 있는 반응기나 증류기의 경우, 반드시 비상 압력 해제 장치를 설치해야 합니다. 일반적으로는 장비에 안전밸브를 설치하지만, 안전밸브를 설치하기 어렵거나 위험도가 높은 공정의 장비의 경우에는 폭파판을 설치할 수 있습니다.