국소 배기장치 설계 순서 (11단계) 및 중요사항

국소 배기장치 설계 순서 (11단계) 및 중요사항

 

국소 배기장치 설계는 작업장의 유해물질을 효과적으로 제거하여 안전하고 건강한 작업 환경을 조성하기 위한 중요한 과정입니다. 체계적이고 정확한 설계를 위해 11단계의 순서를 거쳐야 하며, 각 단계마다 중요한 사항들을 꼼꼼하게 고려해야 합니다. 

1단계: 현장 조사 및 분석

목적

작업장의 현황, 유해물질 발생원, 작업 방식, 작업자 노출량 등을 파악하여 설계 기준을 마련합니다.

중요사항

• 산업안전보건공단 산업안전보건기술지침 (D-45-2012) "국소배기장치의 설계"를 준수해야 합니다.
• 정확한 측정을 위해 공인기관의 측정 인증을 받은 측정기기를 사용해야 합니다.
• 작업자 면담, 작업 영상 분석, 문헌 조사 등을 통해 보다 정확한 정보를 수집해야 합니다.

 

2단계: 유해물질 특성 파악

목적

유해물질의 물리적, 화학적 특성 (발생 형태, 농도, 폭발성, 독성 등)을 파악하여 적절한 제거 방법을 결정합니다.

중요사항

• 대표적인 유해물질의 특성 자료:
  • 한국산업안전보건공단 산업안전보건정보포털
  • 국가직업병예방센터
  • 한국산업화학회
• 최신 유해물질 관련 규제 및 기준을 반영해야 합니다.

 

3단계: 허용노출농도(PEL) 및 즉각위험농도(IDLH) 설정

목적

작업장 내 유해물질 농도가 허용기준을 초과하지 않도록 설계 기준을 설정합니다.

중요사항

• 허용노출농도(PEL): 장기간 또는 반복적으로 노출될 경우 허용되는 유해물질 농도
• 즉각위험농도(IDLH): 즉각적인 생명의 위험 또는 건강에 심각한 손상을 초래할 수 있는 유해물질 농도
• 관련 법령:
  • 산업안전보건법 제33조, 제40조
  • 고용노동부 고시 제2023-40호 "허용노출농도 기준"

 

4단계: 후드 형식 선정

목적

유해물질 발생원의 특성에 맞는 후드 형식을 선정하여 최대의 포집 효율을 달성합니다.

중요사항

• 대표적인 후드 형식 및 특징:
  • 포위식 후드: 발생원을 완전히 둘러싸는 형태, 가장 높은 포집 효율 제공
  • 측면흡입식 후드: 발생원의 일부를 흡입하는 형태, 설치 공간 확보 용이
  • 하향흡입식 후드: 작업대 아래에서 발생하는 유해물질 흡입, 작업 공간 확보 용이
• 작업 방식, 유해물질 발생 위치, 작업자 노출 위험 등을 고려해야 합니다.

 

 

5단계: 제어 속도 결정

목적

유해물질을 안전하게 포집하고 배출하기 위한 최소한의 공기 유속을 결정합니다.

중요사항

제어 속도 결정 방법:

• 국소 배기장치 설계 관련 기술지침 (예: 산업안전보건공단 산업안전보건기술지침 D-45-2012 "국소배기장치의 설계") 에서 제시하는 공식 또는 표를 활용합니다.
• 대표적인 제어 속도 결정 공식:
  • 포위식 후드:
    • V = Q / (A x 0.7)
  • 측면흡입식 후드:
    • V = [Q / (A x (1 - 0.5 x D / L))] x 1.1
  • 하향흡입식 후드:
    • V = [Q / (A x (1 - (D / L)))] x 1.2
• 변수 정의:
  • V: 제어 속도 (m/s)
  • Q: 설계 환기량 (m³/s)
  • A: 후드 개구 면적 (m²)
  • D: 후드 개구부의 짧은 변 길이 (m)
  • L: 후드 개구부의 긴 변 길이 (m)

영향 요인:

• 유해물질의 물리적 특성 (밀도, 입자 크기 등)
• 작업 방식 및 발생 위치
• 주변 환경 조건 (기류, 온도 등)
• 후드 형식 및 크기
• 덕트 내 마찰 손실

주의 사항:

• 계산된 제어 속도가 유해물질의 최소 포집 속도보다 낮지 않도록 해야 합니다.
• 작업자의 불편함을 최소화하기 위해 지나치게 높은 제어 속도를 설정하지 않도록 합니다.
• 덕트 내 압력 손실을 고려하여 실제 필요한 제어 속도를 조정해야 합니다.

 

6단계: 설계 환기량 계산

목적

후드를 통해 유입되는 오염 공기를 안전하게 배출하기 위한 최소한의 공기량을 계산합니다.

중요사항

설계 환기량 계산 방법:

• 제어 속도와 후드 개구 면적을 이용한 방법:
  • Q = V x A
• 발생원에서 발생하는 오염물질의 양을 기반으로 한 방법:
  • Q = G / C
• 변수 정의:
  • Q: 설계 환기량 (m³/s)
  • V: 제어 속도 (m/s)
  • A: 후드 개구 면적 (m²)
  • G: 발생원에서 발생하는 오염물질 발생량 (kg/s)
  • C: 오염물질 농도 (mg/m³)

영향 요인:

• 제어 속도
• 후드 개구 면적
• 발생원에서 발생하는 오염물질 발생량
• 오염물질 농도

주의 사항:

• 설계 환기량은 작업 현장 상황을 고려하여 적절하게 조정해야 합니다.
• 에너지 효율성을 위해 최소한 필요한 설계 환기량만 설정해야 합니다.

 

7단계: 덕트 설계

목적

설계 환기량의 오염 공기를 안전하게 배출하고 압력 손실을 최소화하는 덕트 시스템을 설계합니다.

중요사항

덕트 설계 요소:

• 덕트 배치: 작업 공간 활용, 유지 관리 용이성, 미관 등을 고려하여 결정합니다.
• 곡관 설계: 곡률 반경을 충분히 확보하여 압력 손실을 최소화합니다.
• 지지대 설치: 덕트의 무게를 지지하고 진동을 방지하기 위해 설치합니다.
• 소음 방지: 소음 발생을 최소화하기 위한 소음 감쇠 장치를 설치합니다.

압력 손실 계산:

• 덕트 설계의 중요한 요소이며, 다음과 같은 요소들을 고려하여 계산해야 합니다.
  • 덕트 길이 및 직경
  • 곡관 개수 및 곡률 반경
  • 분기관 및 연결부
  • 덕트 내 표면 조도
• 압력 손실 계산 공식:
  • 덕트 내 마찰 손실: h = fL(V²/2g)
  • 곡관 손실: h = (K x V²)/2g
  • 분기관 손실: h = (K x V²)/2g
  • 변수 정의:
    • h: 압력 손실 (mmAq)
    • f: 마찰 계수
    • L: 덕트 길이 (m)
    • V: 공기 유속 (m/s)
    • g: 중력 가속도 (9.81 m/s²)
    • K: 곡관, 분기관 등의 손실 계수
• 선택 및 설치:
  • 설계된 덕트 시스템을 현장에 적합하게 선택하고 설치해야 합니다.
  • 덕트 연결부의 밀폐성을 확보하고, 용접 또는 샌딩 등을 통해 표면을 매끄럽게 처리해야 합니다.
  • 소음 방지 장치, 방화 댐퍼 등을 필요에 따라 설치해야 합니다.

 

8단계: 집진 장치 선정 및 설계

목적

덕트 내 먼지, 입자 등을 제거하여 배출되는 공기를 정화합니다.

중요사항

대표적인 집진 장치 종류 및 특징:

• 사이클론 집진기: 원심력을 이용하여 먼지를 분리하는 방식, 간단하고 저렴한 구조
• 가방형 집진기: 천 필터를 이용하여 먼지를 분리하는 방식, 높은 집진 효율
• 전기 집진기: 전기장을 이용하여 먼지를 분리하는 방식, 미세먼지 분리에 효과적

집진 장치 선정 기준:

• 처리해야 할 먼지의 종류, 입자 크기, 농도
• 처리 공기량
• 설치 공간
• 유지 관리 용이성

설계 요소:

• 집진 장치의 크기 및 용량
• 필터 재질 및 교체 주기
• 배출 가스 처리 장치 (필요 시)

 

 

9단계: 송풍기 선정 및 설계

목적

설계 환기량의 공기를 덕트로送り込み, 오염 공기를 배출합니다.

중요사항

송풍기 선정 기준:

• 설계 환기량
• 덕트 내 압력 손실
• 소음 발생량
• 전력 소비량
• 설치 공간

대표적인 송풍기 종류:

• 축류형 송풍기: 높은 압력, 낮은 유량
• 원심형 송풍기: 높은 유량, 낮은 압력
• 제트형 송풍기: 고속, 저소음

 

10단계: 제어 시스템 설계

목적

덕트 시스템, 집진 장치, 송풍기 등의 운영을 자동으로 제어하고 모니터링합니다.

중요사항

제어 시스템 구성:

• 제어판: 설정 값 입력, 운영 모니터링, 제어 신호 전송
• 센서: 공기 유량, 압력, 온도, 농도 등을 측정
• 액추에이터: 댐퍼, 밸브, 모터 등을 작동

제어 기능:

• 자동 가동/정지: 설정된 시간 또는 조건에 따라 자동으로 가동/정지
• 공기 유량 제어: 설정된 유량을 유지하도록 제어
• 압력 제어: 덕트 내 압력을 일정하게 유지하도록 제어
• 온도 제어: 배출되는 공기 온도를 제어
• 알람 기능: 이상 상황 발생 시 알림

설계 요소:

• 제어 방식: PLC, DCS 등
• 제어 알고리즘
• 인허머니 머신 인터페이스 (HMI)
• 안전 시스템

 

11단계: 시스템 테스트 및 시운전

목적

설계된 국소 배기 시스템이 제대로 작동하고 안전 요건을 충족하는지 확인합니다.

중요사항

시스템 테스트 내용:

• 공기 유량 측정
• 압력 측정
• 집진 효율 측정
• 소음 측정
• 진동 측정
• 제어 시스템 작동 확인
• 안전 기능 확인

시운전 절차:

• 시스템 점검 및 초기화
• 무부하 가동 테스트
• 부하 가동 테스트
• 성능 확인 및 조정
• 안전 확인
• 시스템 인수인계

참고 자료

• 산업안전보건공단 산업안전보건기술지침 D-45-2012 "국소배기장치의 설계"
• 한국산업안전보건공단 산업안전보건정보포털
• 국가직업병예방센터
• 한국산업화학회
• 고용노동부 고시 제2023-40호 "허용노출농도 기준"

주의 사항

• 본 자료는 일반적인 국소 배기장치 설계 절차를 요약한 내용이며, 모든 상황에 적용될 수 있는 것은 아닙니다.
• 실제 설계 시에는 현장 상황, 유해물질 특성, 관련 법규 등을 고려하여 전문가와 상담해야 합니다.

 

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국소 배기장치 설계 순서 (11단계) 및 중요사항