압력용기 사용 시 반드시 지켜야 할 안전수칙

압력용기 사용 시 반드시 지켜야 할 안전수칙

1. 압력용기의 정의

압력용기(Pressure Vessel)란 내부 또는 외부의 압력을 견디도록 설계된 밀폐된 구조체로, 일반적으로 고압의 기체나 액체를 저장하거나 반응, 교환, 전달하는 데 사용되는 설비입니다. 이러한 압력은 대기압을 초과하는 경우가 대부분이며, 이에 따라 압력용기는 강한 기계적 응력과 열응력에 견딜 수 있도록 구조적 안전성과 밀봉성을 확보해야 합니다

산업안전보건기준에 관한 규칙(제171조)에서는 “내부 압력이 0.2MPa 이상이거나, 내용적이 30리터 이상인 밀폐된 용기”를 압력용기로 규정하고 있습니다. 화학공장, 정유시설, 발전소, 제약 및 식품산업 등에서 광범위하게 사용되고 있으며, 설계·제작·설치·운전에 이르기까지 전 과정에 걸쳐 엄격한 기술 기준이 적용됩니다

 

 

2. 압력용기의 주요 종류

2.1 저장용기(Storage Vessel)

기체 또는 액체 상태의 유체를 보관하는 용기로, 보통 정압 상태를 유지합니다. 가스탱크, 질소탱크, LNG 저장탱크 등이 이에 해당합니다

2.2 반응용기(Reactor Vessel)

화학 반응이 일어나는 장비로, 반응 중 고온·고압이 발생합니다. 촉매 반응기, 수첨 반응기, 폴리머 반응기 등이 포함됩니다

2.3 열교환용기(Heat Exchanger Vessel)

유체 간의 열을 전달하기 위해 압력 하에서 작동하는 용기로, 쉘&튜브형, 플레이트형, 에어쿨러형 등이 있습니다

2.4 증기보일러(Steam Boiler)

물의 증발을 통해 증기를 생성하는 장비로서, 고온·고압 조건에서 운전됩니다. 화력발전소, 산업설비 등에서 핵심 구성요소로 사용됩니다

2.5 탑형 용기(Tower/Column)

증류, 흡수, 탈기 등의 분리 공정에 사용되는 장비로서, 수직 원통형 구조를 가지며 내부에 충전물 또는 트레이가 설치됩니다

 

 

3. 압력용기의 위험성

3.1 폭발 위험성

압력용기는 유체가 고압 상태에서 밀폐되어 있는 구조이므로, 기계적 손상이나 내압초과, 내부 반응 불안정, 설계 결함 등이 발생할 경우, 용기의 파괴로 이어질 수 있으며 이는 대규모 폭발로 확산됩니다. 특히 금속의 피로균열, 부식, 용접부 결함은 구조물의 파괴를 야기하는 주요 원인입니다

3.2 파열 시 충격 및 2차 피해

압력용기 내 에너지는 파열 시 순간적으로 외부로 방출되어 충격파(Shock Wave), 비산물(Flying Debris), 화염 확산 등의 형태로 확산됩니다. 이는 인근 인원의 직접적인 사망 또는 중상, 설비 파손, 화재 확산, 독성물질 유출 등 2차 피해로 이어질 수 있습니다

3.3 화재 연소 확대

가연성 가스를 포함한 압력용기의 경우, 파열 시 점화원이 존재하면 폭발성 화염이 확산될 수 있습니다. 특히 LPG, 수소, 아세틸렌 등의 저장탱크는 폭발 후 화재가 연속적으로 발생할 가능성이 높습니다

3.4 누출에 의한 독성 및 질식 위험

압력용기에 저장된 유체가 유독성일 경우, 미세한 균열이나 밸브 결함을 통해 누출되어 작업자에게 중독 또는 질식 위험을 초래합니다. 암모니아, 염소, 일산화탄소 등은 치명적인 독성가스를 포함하며, 밀폐공간에서 누출될 경우 치명적인 결과를 유발합니다

3.5 내부 청소 및 정비 중의 사고

정지 상태에서 압력용기를 점검하거나 청소할 때도 위험성이 존재합니다. 잔류가스, 산소결핍, 유증기 폭발 등으로 인해 사고가 발생할 수 있으며, 특히 밀폐공간 작업과 병행될 경우 질식 또는 화재사고의 위험이 가중됩니다

3.6 고온·고압에 의한 화상 및 열응력 손상

고온의 증기나 가열된 유체를 포함하는 압력용기에서는 밸브 오조작, 단열 불량, 용접부 열손상 등으로 인해 화상이 발생할 수 있으며, 열응력에 의한 구조적 변형도 기계적 안전성을 저하시킬 수 있습니다

 

 

4. 위험성 사례

1) 2020년 국내 화학공장에서는 반응용기가 압력 증가로 인해 폭발하며 작업자 3명 사망, 인근 설비 전소. 원인은 내부 반응 속도 급변으로 인한 압력 급등 및 안전밸브 작동 불능

2) 2017년 미국의 정유공장에서 열교환기의 튜브파손으로 인해 고온 수증기가 분출, 작업자 2명 중화상

3) 2014년 국내 제약회사에서 고압 스팀 탱크의 배관 플랜지 이탈로 증기 누출, 근로자 질식 및 화상 발생. 사전 점검 미흡이 원인으로 지목됨

 

 

5. 위험성 예방대책

5.1 설계 및 제작 기준 준수

압력용기는 ASME Boiler and Pressure Vessel Code, KGS, PED 등 국내외 기준에 따라 설계 및 제작되어야 하며, 재질 선정, 내압 계산, 용접 방식, 두께 선정 등에서 정밀한 기술 검토가 필요합니다

5.2 압력방출장치 설치

안전밸브, 파열판(Rupture Disc), 차압센서 등을 적절히 설치하여 이상압력 발생 시 자동으로 압력을 해소할 수 있도록 하여 폭발을 방지해야 합니다

5.3 주기적인 비파괴 검사(NDT)

용접부 및 전체 구조에 대해 초음파, 방사선, 자분탐상 등 비파괴 검사를 정기적으로 실시하여 균열, 부식, 결함 등을 조기에 발견하고 교체 또는 수리해야 합니다

5.4 이상상황 감지 및 차단

압력계, 온도계, 유량계, 자동차단밸브 등의 센서와 제어시스템을 통해 실시간 상태를 모니터링하고 이상 발생 시 자동 정지 및 알람이 작동하도록 구성해야 합니다

5.5 작업허가제 및 교육 이행

압력용기의 보수, 청소, 교체 작업은 반드시 작업허가서를 발행하고, 사전교육과 감시자 배치를 통해 안전하게 수행해야 합니다. 또한 작업자는 정기적인 가스누출 대응, 질식사고 예방, 응급처치 교육을 이수해야 합니다

5.6 부식 방지 및 내식재 선택

내부 유체의 화학성질에 적합한 재질을 선정하고, 라이닝, 코팅, 음극방식 등 방청 처리를 통해 내부식성을 확보해야 하며, 응축수 제거, PH 관리 등도 병행되어야 합니다

 

 

6. 결론

압력용기는 산업설비의 핵심적인 요소이자, 가장 높은 수준의 기계적 위험성을 내포한 장비입니다. 고압·고온·유해물질이 결합된 복합적 장비 특성상, 단일한 원인만으로도 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 따라서 압력용기의 사용과 유지관리는 전 과정에서 과학적 설계기준, 정밀검사, 위험성 평가, 교육훈련, 제어시스템 등 다층적 안전장치를 통합적으로 운영하는 것이 필수적입니다. 안전은 단지 법적 준수의 차원을 넘어 생명과 직결된 기술적·조직적 과제이며, 압력용기의 안전관리는 그 대표적인 사례입니다