유럽연합 CE 인증 – ATEX(방폭) Case Study

"유럽연합 CE(Conformité Européene')  ATEX (방폭) 인증"

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CE ATEX(방폭) 인증 - Case Study

CE ATEX(방폭기기) 인증은 통상 가스, 연기, 미스트 및 분진과 같은 가연성 물질과 산소 및 점화원으로 정의되는 폭발의 3가지 요소로 이루어진 잠재적 폭발 위험성 대기(Potential Explosive Atmosphere)에서 사용되는 설비에 대하여 시행됩니다. 각 요소들의 존재 여부 및 정도에 따라 전체 공정은 몇 개의 세부 구역으로 나눠지고 각 구역(Zone)에 대한 위험도 평가가 시행되게 됩니다.

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이번에는 밀가루로 인한 분진폭발 위험이 있는 제빵 공정을 Case Study 하도록 하겠습니다. 대상 공정은 제빵 공정 중에서도 분진으로 인한 폭발 위험성 대기 형성 가능성이 가장 높은 hopper to receiver 공정입니다. 아래는 제빵 공정의 원재료인 밀가루를 bag에서 hopper로 투입시키고, rotary valve를 통해 receiver tank로 이동시키는 1차적인 공정도입니다.

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일반적인 ATEX Study는 이 이후의 공정까지 모두 대상으로 하지만, 여기에서는 일부분만 예시로 설명할 예정입니다. 또한 bag에서 hopper로 투입되는 단계에서 통상 분진으로 인한 ATEX Zone이 형성 되며, 비산 억제를 위해 보통 vacuum pump가 달리게 됩니다.

 

ATEX study는 전체 공정을 동일한 잠재적 폭발위험성 대기를 가진 여러 구역(Zone)으로 나눠서 구역 별 ATEX 위험성 평가 를 진행하는 것으로 생각하면 이해하기 쉽습니다. 여기의 예시에서는 밀가루(flour)가 유일한 원재료(material)이지만, 보통 더 많은 종류의 원재료를 고려하게 되며, 이를 위해 우선적으로 각 재료의 특성(property) - 특히 가연성 및 폭발성 - 에 대한 분석이 선행되어야 합니다.

 

위 사례에서의 가연성 및 분진 폭발성에 대한 밀가루의 등급에 따른 상세 데이터는 쉽게 구할 수 있습니다. 특히 EU에서는 7,000여 가지 이상의 물질안전보건자료(MSDS) 열람을 가능하게 하여 거의 모든 원재료 특성을 쉽게 확인할 수 있습니다.

Case Study의 대상인 밀가루의 특성을 아래와 같이 특정해 보겠습니다.

입자 크기: < 63 마이크론 MIE (최소발화에너지): > 30mJ MIT (최소발화온도): 400 °C SIT (자연발화온도): 450 °C MEC (최소폭발농도): 60 g/m^3

Pmax (최대폭발압력): 8 bar Kst (분진 폭연지수): 125 Explosion Class: St 1 Resistivity (분진저항): 10^12 Ω .cm

 

위에 나열된 모든 특성은 분진폭발 위험도 측정에 사용되며, 특히 발화점, 입자의 크기와 운전 시 습도 등은 중요한 인자입니다.

ATEX 위험도 평가의 첫 번째 단계는 분진 발화 및 폭발과 관련된 잠재적 위험이 어디에 있는지, 그리고 그 구역(zone)의 공기 중 분진이 얼마나 자주 존재하는지를 식별하기 위해 구역별 공정을 확인하는 것입니다. 이러한 ATEX 위험도 평가는 가연성 환경 위험에 대한 전문지식을 가진 인원 등 여러 엔지니어가 포함된 팀(Multidisciplinary Team)과 함께 수행하는 것이 권장됩니다. 팀 엔지니어는 당연히 공정을 잘 이해하고 있고, 필요 자료(P&ID, 설비 데이터시트 및 설계도면 등)를 제공할 수 있어야 합니다.

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위의 멤버 구성으로 아래와 같은 질문을 거쳐 공정의 각 구역은 크게 3 종류의 ATEX Zone으로 (또는 No ATEX Zone) 지정하게 됩니다.

1. 가연성 분진의 존재와 최소 폭발농도(MEC) 여부
2. 산소와 같은 oxidant 존재 여부
3. 분진 발생 빈도

 

ATEX Zone 구분(가스의 경우 0 / 1 / 2 ) :

ATEX Zone 구분
카테고리	설명	유형	Zone	보호레벨	보호 모드
1	폭발위험성 대기가 지속 또는 장기간 (약1000hr/y 이상) 존재	G (Gas)	0	2가지 유형의 보호장치 또는 2 가지 독립적인 Faults	"ia", "ta"
		D (Dust)	20
2	폭발위험성 대기가 존재할 가능성이 높은 구역 (약 10~999hr/y)	G (Gas)	1	1가지의 보호장치 일반적인 고장 수준	"eb" "mb" "db" "tb"
		D (Dust)	21
3	폭발위험성 대기가 발생할 수 있지만 단기간만 (약 1~10hr/y) 존재	G (Gas)	2	필요한 만큼의 보호장치	"nc" "mc" "ec" "tc"
		D (Dust)	22

 

위의 공정을 예시로 했을 때, 각 구역의 구분은 아래와 같이 할 수 있습니다.

No.	Localization	Condition	Zone
1	Inside Hopper	Dust cloud formation at each bag unpacking	21
2	Outside Hopper (1m around Hopper entry)	Dust cloud aspiration or spillage	22
3	Hopper filter	Dust cloud formation at each bag unpacking	21
4	Hopper filter outside	Dust cloud formation in case of filter leak	22
5	Hopper rotary valve	Frequent dust cloud formation	20
6	Conveying line	Frequent dust cloud formation	20
7	Coupling of conveying line (1m near each coupling at both ends)	Dust cloud formation in case of flange leak	22
8	Receiver tank inside	Frequent dust cloud formation after conveying line	20
9	Receiver filter	Dust cloud formation in case of filter leak	22

 

다음 단계는 각 구역 별 점화원(ignition source) 여부의 확인입니다. 구역이 특정 공간 내부인 경우는 공간 내에 전기 설비 등이 있는지의 여부를 보게 되며, Outside Hopper와 같이 외부로 비산되는 구역의 경우 입자의 크기와 무게에 따른 비산거리를 가정하여 1~2m 내로 공간을 특정하는 것이 중요합니다. ATEX Zone 내에서 사용되는 모든 설비는 ATEX 인증품을 사용하여 점화원이 없도록 하여야 합니다. 아래는 대표적인 점화원의 종류와 예방책입니다.

 

​- 정전기(Electrostatics) – 접지 여부 확인 필요

• 일정량 이상 정전기 형성 및 방출이 가능한 경우

​- 전기설비(electrical elements) – ATEX Zone 내 전기설비는 ATEX 인증품 사용

• 스파크 발생으로 인한 점화원 역할

​- 기계적(Mechanical) 점화원 – 주로 회전기기 열화로 인한 임펠러 충돌 시 스파크 발생 등의 경우, 스파크가 발생하는 금속 간 충돌 속도 기준은 약 1m/s 로, 회전 속도 조절로 제어 가능. 회전 속도 제어가 어려운 공정의 경우 Flame Arrestor 설치 필요,

• 금속끼리의 충돌로 인한 순간적인 점화원 발생

​- 열원(heat) – ATEX Zone 근처에서 목공, 용접 등의 위험작업을 못하게 하고, 모터 과열로 인한 최대 온도가 재료의 최소/자연발화온도와 충분한 차이가 있도록 확인.

• 용접 등의 작업이 일어날 수 있는 구역
• 모터, 베어링 등이 운전 시 고온으로 발화점에 임계할 경우

위와 같이, 각 구역의 ATEX Zone level과 점화원 여부 확인을 통해 개별 위험도 평가(risk analysis)를 진행하고 나면, 각 구역에 적용가능한 안전장치(Safeguard) 여부를 확인하게 됩니다. 대표적으로 접지를 통해 정전기로 인한 발화를 예방할 수 있으며, pump & rotary valve 등 주요 설비의 주기적인 상태 확인 및 정기 유지보수를 통한 분진 적층 예방 등의 다양한 방법이 대표적인 안전장치에 속합니다.

이러한 일련의 확인 과정을 거치고 나면, 최종적으로 아래 표와 같은 ATEX Zone 평가 결과를 얻을 수 있습니다. 노란 칸의 예시와 같이, 폭발 분위기가 형성된 구역에서 점화원이 확인되는 경우, 모든 전기 설비(electrical element)를 ATEX 인증 제품으로 교체하여야 합니다.

No.	Localization	ATEX potential	Circumstances	Type of explosion source	Prevention method	Reduction method	ATEX Zone	Justification
1	Insede Hopper	Electrostatic / Electrical elements	Dust cloud formation at each bag unpacking	Continous	vaccum pump	Aspiration	21	Grounding, no Electricals
2	Outside Hopper (1m around Hopper entry)	Electrostatic / Electrical elements   /Heat source	Dust cloud aspiration or spillage	Accidental	vaccum pump	Aspiration	22	Grounding, ATEX certified Electricals, No heat work nearby
3	Hopper filter inside	Electrostatic / Electrical elements	Dust cloud formation at each bag unpacking	Continous		Aspiration	21	Grounding, no Electricals
4	Hopper filter outside	Electrostatic / Electrical elements   /Heat source	Dust cloud formation in case of filter leak	Accidental		Aspiration	22	Grounding, ATEX certified Electricals, No heat work nearby
5	Hopper rotary valve	Electrostatic / Electrical elements / Mechanical	Frequent dust cloud formation	Continous		Aspiration	20	Grounding, ATEX certified Electricals, low speed
6	Conveying line	Electrostatic / Electrical elements	Frequent dust cloud formation	Continous		Aspiration	20	Grounding, no Electricals
7	Coupling of conveying line (1m near each coupling at both ends)	Electrostatic / Electrical elements   /Heat source	Dust cloud formation in case of flange leak	Accidental	22		22	Grounding, ATEX certified Electricals, No heat work nearby
8	Receiver tank inside	Electrostatic / Electrical elements	Frequent dust cloud formation after conveying line	Continous	20	Aspiration	20	Grounding, some elements inside are not ATEX certified
9	Receiver filter	Electrostatic / Electrical elements /Heat source	Dust cloud formation in case of filter leak	Accidental	22	Aspiration	22	Grounding, ATEX certified Electricals, No heat work nearby

 

 

여기까지의 위험도 평가를 통한 ATEX Study가 완료되고 모든 ATEX Zone의 안전성에 대한 증명이 완료되면, 다른 CE 인증과 같이 모든 결과를 기술문서(TCF)로 취합하여 자기적합성 선언서(DOC)를 발행하게 됩니다.

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여기까지 ATEX 인증에 대한 Case Study를 간략하게 진행하였습니다. 분진 폭발의 특징은 굉장히 단시간에 연쇄적인 폭발이 일어남으로, 상대적으로 엄청난 폭압과 피해가 발생하는 데 있습니다.

2008년 미국 조지아주 Imperial Sugar 설탕공장 폭발사고와(13명 사망, 40명 부상, 877만 달러 손실), 2014년 중국 장쑤성 금속공장에서의 용접작업으로 인한 분진폭발 사례(200명 이상 사상)는 대표적인 피해사례이며 이외 국내외에서의 여러 심각한 사고사례로 인해, 분진폭발 방지를 위한 ATEX인증의 중요도는 절대 간과할 수 없으며 지금까지 집중적으로 연구되어지고 있습니다.

 

Apave 는 프랑스 전역에서 ATEX 자문을 비롯한 다양한 CE 인증 서비스를 제공해 왔으며, 유럽연합에서 사용되는 제품을 수출하는 수많은 해외 기업의 인증 수요에 대응하고 있습니다. 또한 자체적으로 실행하는 ATEX 교육을 통해 매년 수백명의 국내외 역량을 양성하고 있습니다. 관련 내용은 링크에서 확인하실 수 있습니다.

 

 

아파브 그룹 서비스

아파브 그룹은 제3자 공인 검사기관으로서, 압력용기들을 포함 설비 자산들의 건전성과 운영 적합성 평가 서비스를 통해 고객 자산 관리의 효율성을 극대화하도록 지원합니다. 이외에도 여러 산업에서 요구하는 다수의 인정, 인증 및 승인 자격을 보유하고 있으며, 공인검사, 기기 검증, 설계평가, 리스크 관리 및 기술 교육 등 다양한 서비스를 제공하고 있습니다.

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