국소배기장치 장점 - gugsobaegijangchi jangjeom

작업자의 노출정도를 감소시키기 위해 현장에서 취할 수 있는 첫 번째 방법은 유기용제용 호흡보호구, 즉 활성탄(숯과 비슷하게 오염물질을 흡착하여 냄새를 제거함) 캐트리지가 붙은 방독마스크를 사용하게 할 수 있다.

<유기용제용 호흡보호구 착용>

두 번째 방법은 TCE를 보다 안전한 물질로 대체할 수 있다. 세 번째 방법은 수동 세척공정을 자동화시켜 아예 작업자와 공정을 격리시킬 수 있다.

<공정의 자동화>

이상과 같은 방법을 적용하는데는 현실적으로 상당한 무리가 따르는 경우가 있거나, 작업에 방해를 일으켜 생산효율을 저하시켜 사업주 입장에서는 타당성이 없는 대안으로 사장되는 경우도 있을 수 있다.

위의 방법 외에도 여러 방법이 더 있을 수 있으나, 남아있는 대안 중 가장 일반적으로 사용하고 있는 것이 “산업환기(Industrial Ventilation)"일 것이다.

여기서 ”환기(換氣)“라 함은 ”공기를 바꿔 넣음“과 같은 사전적인 해석과 같이 외부공기를 넣거나(급기 : supply) 내부공기를 빼어내는 (배기 : exhaust) 방식을 취한다. 다시 말하면 공기를 움직이도록 하여 작업자가 마시게 될 공기의 오염물질 농도를 감소시키는 방법이다.

산업환기의 궁극적인 목표는 가장 경제적으로 근로자의 오염물질 노출정도를 최소화시키는 것에 있다. 공장 내부 온도 조절도 역시 산업환기의 목표가 될 수 있다.

산업환기의 종류

예를 들어 우리가 거주하는 아파트를 생각해보자. 실내에 냄새가 나거나 더울 때 창문이나 출입문을 열어서 환기를 시킨다. 창문이나 출입문을 이용한 화기방법은 “전체”에서 발생된 냄새를 외부로 배출시키기 위한 것이므로 이를 전체 환기라 한다. 반면에 부엌의 후드같은경우는 “국부”적인 부분에서 발생되는 오염물질을 대상으로 하므로 이는 국소배기라고 한다.

산업환기에서 가장 중요한 것은 “가장 경제적으로 근로자의 노출정도를 최소화하는 것” 이므로 이들 중 여러 가지를 목적에 맞게 조합하여 사용할 수 있다. 단지 주의를 요하는 것은 서로 방해를 일으키는 경우를 미리 예측하여 그러한 조합은 사용하지 않아야 한다. 또한, 산업환기시스템은 일종의 장치이기 때문에 사용함에 따라 노후되거나 파손될 수 있기 때문에 주기적인 점검이 필요하다.

(a) 전체환기                                 (b) 국소배기

1. 전체환기 (자연환기+강제환기)

전체환기(=희석환기)는 실내 공간 전체를 대상으로 환기를 한다는 의미이다. 유해물질의 농도를 희석하여 농도를 낮게 하는 방법으로 빌딩이나 작업장 내의 오염된 공기가 배출되면서 반드시 청결한 공기가 공급되어야 한다.

전체환기는 다시 자연환기와 강제환기로 나뉠 수 있다. 출입문이나 창문을 이용하여 환기시키는 방법은 동력을 사용하지 않고 온도차에 의한 부력과 바람에 의한 풍력만을 이용한 자연환기를 이용한 예이다. 이와 달리 화장실 환풍기는 강제적인(기계적인) 힘을 이용하므로 강제환기라 한다.

전체환기 (강제환기)

전체환기 (자연환기)

자연환기는 바람이나 실내외 온도차에 의해 형성되는 자연적인 압력변화에 의해 이루어지며, 기계설비가 필요 없으므로 경제적이기는 하나, 기상조건이나 작업장 내부조건에 따른 환기량의 변화가 심하기 때문에 환기량을 예측하기 힘든 단점이 있다.

강제환기 적용시 필요환기량을 송풍기 용량으로 조절이 가능하며, 작업환경을 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다. 그러나 송풍기 가동에 따른 소음, 진동문제가 발생할 수 있으며, 막대한 에너지 비용이 발생하게 된다.

2. 국소배기장치

국소배기장치는 여러 개의 요소가 하나의 시스템으로 구성되는 경우가 일반적이다. 국소배기장치는 후드→덕트→공기정화기→송풍기→굴뚝 등으로 구성된다.

전체환기 장치에 비해 적은 유량으로 오염물질을 흡인할 수 있어 훨씬 효율적이기 때문에 특별한 이유가 없는 한 국소배기장치를 사용하는 것이 바람직하다.

1) 후드

후드는 국소배기시스템으로 오염물질을 유입시켜주는 역할을 하므로 국소배기시스템에서 가장 중요한 부분이다. 후드에서 오염물질이 충분히 포집되지 않으면 후드 이후의 설비가 아무리 좋더라도 오염물질 제거가 비효율적일 것은 자명한 일이다.

(1) 후드의 종류

후드의 모양과 크기는 작업형태, 오염물질의 특성 및 발생특성, 작업공간의 크기 등에 따라 달라진다. 후드의 동작원리에 따라 포위식과 외부식 후드로 나누어진다.

① 포위식 후드(enclosing hood)

오염원을 가능한 포위하여 오염물질이 후드 밖으로 누출되는 것을 막고, 필요한 환기량을 최소한으로 줄일 수 있는 후드이다. 이러한 후드의 예로는 완전 포위식인 글러브 상자(glove-box)와 부분 포위식인 실험실 후드, 페인트 분무도장 후드가 있다.

② 외부식 후드(exterior hood)

2) 후드제어속도

제어속도(control velocity 또는 capture velocity)란 오염물질을 후드 쪽으로 흡인하기 위하여 필요한 속도를 말한다. 발생하는 오염물질을 후드로 끌어들이는데 요구되는 제어속도는 오염원에서뿐만 아니라 오염원에서 후드 반대쪽으로 비산하는 오염물질의 초기속도가 0이 되는 지점까지 도달해야 제대로 오염물질을 처리할 수 있다.

제어속도를 결정하는 인자로는 후드의 모양, 후드에서 오염원까지의 거리, 오염물질의 종류 및 확산상태, 작업장 내 기류 등이다. ACGIH(미국위생사협의회)에서는 작업조건 및 작업공정에 따라 아래와 같은 제어속도를 권고하고 있다.

<표> ACGIH에서 권고하는 제어속도 범위                                 (단위:m/sec)

작업조건

작업공정 사례

제어속도

움직이지 않는 공기 중으로 속도 없이 배출됨

탱크에서 증발, 탈지 등

0.3～0.5

약간의 공기 움직임이 있고 낮은 속도로 배출됨

스프레이 도장, 용접, 도금, 저속 컨베이어 운반

0.5～1.0

발생기류가 높고 유해물질이 활발하게 발생함

스프레이도장, 용기충진, 컨베이어 적재, 분쇄기

1.0～2.5

고속기류 내로 높은 초기 속도로 배출됨

회전연삭, 블라스팅

2.5～10.0

* 제어속도 범위는 다음과 같은 경우를 고려하여 사용할 것

범위의 낮은 쪽

범위의 높은 쪽

1. 작업장 내 기류가 낮거나 포착하기 좋을 때

2. 유해물질이 저독성일 때

3. 물품생산이 간헐적이고 생산량이 적을 때

4. 대형후드로 유동 공기량이 많을 때

1. 작업장 내에 방해기류가 존재할 때

2. 유해물질이 고독성일 때

3. 생산량이 많고 유해물질 사용량이 많을 때

4. 소형 후드로 국소적일 때

<스모크테스터에 의한 제어유속 확인>

2) 덕트

덕트는 인간의 몸에 비유하면 혈관과 같은 것으로 후드와 송풍기, 송풍기와 배출구를 연결시켜 주는 역할을 한다. 혈관이 본류와 지류에 따라 동맥, 모세혈관 등으로 나눠지듯이 주덕트(main duct), 보조덕트 또는 가지덕트(sub duct), 접합부(junction) 등으로 나눠진다.

덕트끼리 접합할 때에는 가능하면 비스듬하게 접합하는 것이 바로 직각으로 접합하는 것보다 압력손실이 작다.

<주덕트와 가지덕트의 연결>

그러나, 왼쪽과 같이 비스듬하게 접합하려고 하면 제작이 쉽지 않기 때문에 추가 제작비용이 소요되고, 오른쪽처럼 직각으로 접합시키면 제작비용은 적으나 추가로 압력손실이 발생하여 동력비 증가에 따른 운영비가 많이 들게 된다.   

3) 송풍기

송풍기는 국소배기시스템에 걸리는 각종 압력손실을 극복하고 필요한 유량을 배기시키기 위한 동력원이다. 송풍기는 공기를 흐르게 하는 힘을 제공한다. 그래서 설계시 송풍기를 잘못 선정하거나 설치 후 제대로 관리가 되지 않아 송풍기 성능이 떨어지게 되면 전체 시스템에 영향을 미치므로 신중한 판단이 요구된다.

한마디로 표현하면, 송풍기는 ‘국소배기시스템의 심장‘이라고 할 수 있다.

(1) 송풍기 종류

송풍기는 공기흐름 방향에 따라 축류 송풍기(axial flow fan)와 원심력 송풍기(centrifugal fan)로 나누고 있으며, 각각의 특징은 아래와 같다.

축류송풍기는 화장실용 또는 전체환기용으로 많이 사용하고 있으며 가정에서 사용하는 선풍기와 유사하다. 일부 국소배기용으로 사용하는 경우가 있으나 프로펠러형 송풍기를 제외하고는 공장내부에 설치할 때 소음문제를 야기시킬 수 있어 주의해야 한다.

원심력 송풍기는 국소배기시스템에 가장 많이 사용되고 있으므로 각 종류별 구조와 특성, 장.단점을 생각하여 작업장에 적절한 송풍기를 선정해야 한다.

(2) 송풍기의 송풍량, 풍압관계

현장에서 말하고 있는 송풍량 Q는 송풍기를 통과하는 표준상태로 환산하지 않은 실제 송풍량을 의미하며, 단위는 보통 m3/min(CMM) 또는 m3/hr(CMH)로 나타낸다.

송풍기는 송풍기 앞뒤에 걸려 있는 압력차이를 거슬러 일정량의 공기를 이송시키는 장치이다. 공기를 이송시키기 위해 압력을 점프시키는 장치라고 할 수 있는데, 압력을 점프시키는 힘이 바로 풍압이다.

같은 힘을 가진 사람이 1m 거리의 콜라를 100만큼 마시게 된다면, 10m 떨어진 사람은 50정도 밖에 마실 수 없다. 거리가 멀어질수록, 압력손실이 커질수록 그만큼 송풍기 용량 또한 커져야 한다.

송풍기의 동작점은 성능곡선과 시스템요구곡선이 만나는 점이다. 압력손실이 증가하게 되면 운전점은 정압이 높은 쪽으로 이동하게 되고, 송풍량은 줄어들게 된다.

시스템을 설치한 초기에는 300CMM이 나왔어도 전체 시스템의 압력손실이 증가하게 되면 당연히 송풍량은 떨어지게 된다. 심한 경우에는 성능곡선과 시스템 요구곡선이 모두 이동하여 초기 송풍량의 절반도 나오지 않은 경우가 현장에서 많이 발생된다.  

▣ 송풍기 효율 저하시 점검사항

송풍기의 점검과 정비를 게을리하여 송풍기의 기능이 제대로 유지되지 못하면 송풍효과저하와 수명단축 등의 문제점이 발생된다. 그래서 작업장에서 간단히 평가 할 수 있는 방법을 소개하고자 한다. 

1. 송풍기 정압 체크

송풍기는 종류마다 특성을 나타내는 송풍기 성능곡선이 있다. 성능곡선이란 송풍기에 압력손실이 얼마 걸려있을 때, 송풍량, 효율이 얼마인지를 그래프로 나타낸 것인데, 일반적으로 송풍기 제작회사의 카탈로그에서 찾아 볼 수 있다. 이 곡선을 이용하여 환기시스템의 작동상태를 판단할 수 있다.

송풍기 정압을 간단하게 파악하기 위해 송풍기 앞단에 아네로이드 기압계를 설치한다. 초기 설치시 송풍기 정압을 측정하여 기록하고 주기적으로 측정한다. 초기 동작점과 시간이 지난 후의 동작점을 비교하여 현재 환기시스템의 상태를 판단한다. 동작점 변화에 따른 환기시스템 상태는 아래에 나와있는 그림을 참고한다.

2. 집진기 차압 체크

집진기에 압력이 많이 걸리면 시스템 압력손실이 증가하여 송풍기 효율이 감소한다. 그래서 집진기 입구 및 출구에 아네로이드 기압계를 설치하여 최초 설치시 집진기 차압을 측정한다.

주기적으로 집진기 차압을 측정하여 최초 측정값과 비교하여 차압이 평소 때와 다르게 측정되었다면 이상이 발생한 것을 알 수 있다.

3. 송풍기 외관검사

4) 공기정화장치

공기정화장치는 후드에서 포집한 오염물질을 깨끗하게 정화하는 역할을 한다. 비가 많이 온 후에 공기가 깨끗해지는 자연적인 원리를 이용하기도 하며, 냄새나는 곳에 숯을 놓아두면 냄새가 제거되는 원리를 이용하기도 한다.

공기정화장치를 꼭 설치해야 하는 경우는 아래와 같다.

(1) 입자상 물질의 처리

입자사물질을 처리하기 위한 공기정화장치는 일반적으로 집진장치 또는 집진기로 불린다. 그 종류로는 사이클론, 세정집진장치, 여과집진장치, 전기집진장치 등이 있다.

비교적 적은 돈으로 큰 입자 제어가 가능하므로 현장에서 전처리용 집진장치로 널리 이용되고 있다. 고온가스, 고농도 가스도 처리가 가능하나 점성분진을 처리할 때는 내부 분진 퇴적 등의 문제점을 가지고 있다.

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제트스크러버는 물 사용량이 많아 적용범위가 소용량 집진기에만 국한되어 있으며, 분무탑은 구조가 단순하고 보수가 용이하기는 하지만 집진효율이 상대적으로 낮다.

여과집진장치(bag filter)는 고효율 집진을 필요로 할 때 매우 흔하게 사용되는 것으로, 산업현장에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 여과집진기 원리는 용접분진을 제어하기 위하여 용접흄용 마스크를 사용하거나, 자동차 엔진으로 흡입되는 공기 중 분진을 제거하기 위하여 에어필터를 사용하는 것과 같다.

(2) 가스상 물질의 처리

가스상 오염물질은 독성과 악취로 인해 산업현장뿐 아니라 대기환경에도 여러 가지 악영향을 끼친다. 배출원에서 발생된 오염물질은 근로자의 건강에 심각한 영향을 줄 수도 있으며, 대기 중으로 이동하여 대기오염을 일으킨다. 배출원에서 배출되는 배기가스 중에서 오염성분을 제거 또는 무해한 물질로 전환시키는 방법으로는 흡수, 흡착 등이 있다.

흡수법에 대표적으로 많이 쓰이는 장치가 충진탑이다. 충진탑은 분진제거보다 가스상 오염물질 제어에 효과적이며, 구조가 간단하고 제작이 용이하며 압력손실이 작다는 이점 때문에 널리 사용되고 있다.

흡착법으로 효율적인 오염물질을 제거하기 위해서는 무엇보다도 물질에 따라 적절한 흡착제의 선정이 중요하고, 선정기준은 기준은 ‘기체흐름에 대한 압력손실이 작을 것’, ‘어느 정도의 강도와 경도를 가질 것’, ‘흡착률이 우수할 것’, ‘재생이 용이할 것’이다.

5) 굴뚝(stack)

국소배기시스템의 마지막 단계이며, 배출된 공기를 지상으로부터 멀리 배출시키는 역할을 한다. 비나 눈이 굴뚝 내로 유입되는 양이 적어야 하며, 배출된 오염물질이 작업장으로 재유입되는 것을 방지할 수 있도록 설계를 해야 한다.