방폭구조의 이해와 실험용 방폭 챔버 및 반응기의 맞춤 설계 제작

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1. 방폭구조의 개요

**방폭구조(Explosion-Proof Structure)**는 폭발성 가스나 증기, 분진 등으로 인해 폭발 위험이 있는 환경에서 전기 및 기계 장비가 점화원(스파크, 열 등)이 되지 않도록 설계된 구조를 말합니다. 이는 위험물의 폭발을 예방하거나 폭발로 인한 피해를 최소화하는 것을 목표로 합니다. 방폭구조는 주로 화학, 석유화학, 제약, 가스 처리, 광업 등 폭발성 물질을 다루는 산업에서 필수적입니다.

2. 구조적 특성

방폭구조는 폭발성 분위기에서 점화원을 격리하거나 점화 가능성을 원천적으로 차단하는 방식으로 설계됩니다. 주요 방폭구조의 종류와 특성은 다음과 같습니다:

1. 내압방폭구조 (Explosion-Proof, Ex d)
   • 특성: 폭발이 장치 내부에서 발생하더라도 외부로 전파되지 않도록 견고한 외함으로 설계됩니다. 내부 폭발 압력을 견딜 수 있는 강한 재질과 구조를 사용하며, 틈새는 폭발성 가스가 침투하지 못하도록 정밀하게 설계됩니다(최대안전틈새, MESG 기준).
   • 예시: 전기 모터, 스위치, 조명기구 등.
2. 본질안전방폭구조 (Intrinsic Safety, Ex i)
   • 특성: 전기 회로 자체가 스파크나 열을 발생시키지 않도록 설계됩니다. 전류와 전압을 낮게 유지하여 점화 가능성을 원천적으로 차단합니다.
   • 예시: 센서, 계측기 등 저전력 장비.
3. 안전증방폭구조 (Increased Safety, Ex e)
   • 특성: 스파크나 고온 발생 가능성을 줄이기 위해 전기기기의 안전성을 높이는 방식입니다. 절연 강화, 접속부 보호, 온도 관리 등이 포함됩니다.
   • 예시: 단자함, 전동기 등.
4. 압입방폭구조 (Pressurization, Ex p)
   • 특성: 장치 내부로 불활성 가스(질소 등)를 주입하여 내부 압력을 높여 외부 폭발성 가스가 침투하지 못하게 합니다. 가스 누설 시 경보 및 전원 차단 시스템이 필수적입니다.
   • 예시: 제어실, 분석 장비.
5. 유입방폭구조 (Oil Immersion, Ex o)
   • 특성: 점화원이 될 수 있는 부품을 오일에 잠기게 하여 외부 폭발성 분위기와 격리합니다.
   • 예시: 변압기, 스위치기어.
6. 몰드방폭구조 (Encapsulation, Ex m)
   • 특성: 점화원을 열경화성 수지(에폭시 등)로 밀봉하여 외부와 차단합니다.
   • 예시: 소형 전자기기, 센서.

3. 활용분야

방폭구조는 폭발 위험이 있는 환경에서 사용되며, 주요 활용 분야는 다음과 같습니다:

• 석유화학 및 정유: 원유, 가솔린, 천연가스 등 휘발성 물질을 다루는 플랜트.
• 화학 및 제약: 화학 반응 공정, 약품 제조 과정에서 폭발성 용매 사용.
• 광업: 메탄 가스나 분진이 존재하는 지하 광산.
• 식품 및 곡물 가공: 곡물 분진으로 인한 폭발 위험.
• 가스 처리 시설: LNG, LPG 등 가스 저장 및 처리.
• 실험실: 폭발성 가스나 화학약품을 다루는 연구 및 실험 환경.

4. 위험장소 분류

방폭구조 설계 시 위험장소는 폭발성 분위기의 발생 빈도에 따라 분류됩니다():

• 0종 장소: 폭발성 분위기가 상시 또는 장기간 존재(예: 용기 내부).
• 1종 장소: 정상 작동 중 폭발성 분위기가 생성될 가능성(예: 맨홀, 벤트 주변).
• 2종 장소: 비정상 상황에서만 폭발성 분위기 발생 가능.

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4. 방폭 챔버와 반응기 vs. 일반 챔버와 반응기의 차이점

실험용 챔버와 반응기는 화학약품이나 폭발성 가스를 다루는 환경에서 사용되며, 방폭구조 여부에 따라 다음과 같은 차이점이 있습니다.

 

방폭 챔버 및 반응기

 

1. 방폭 챔버 vs. 일반 챔버

• 구조적 차이:
  • 방폭 챔버: 내압방폭(Ex d) 또는 압입방폭(Ex p) 구조를 채택하여 내부에서 폭발이 발생하더라도 외부로 전파되지 않도록 설계됩니다. 재질은 고강도 스테인리스강이나 특수 합금을 사용하며, 밀봉성과 내압성이 강화됩니다. 창문이나 출입구는 방폭 기준에 맞는 특수 설계(예: 방폭 유리, 방폭문)가 적용됩니다.

 

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  • 일반 챔버: 폭발 위험이 없는 환경을 가정하므로 내압성이나 밀봉성이 상대적으로 낮습니다. 일반 스틸이나 플라스틱 재질을 사용하며, 통풍이나 개방형 설계가 많습니다.
• 센서 및 제어 시스템:
  • 방폭 챔버: 폭발성 가스 농도를 감지하는 가스 센서, 압력 모니터링 센서, 온도 센서 등이 본질안전(Ex i) 또는 방폭 등급으로 설계됩니다. 비상 시 전원을 차단하는 자동 제어 시스템이 필수입니다.
  • 일반 챔버: 기본적인 온도, 습도 센서만 포함되며, 폭발 방지 기능은 없거나 제한적입니다.
• 적용 물질:
  • 방폭 챔버: 폭발성 가스(메탄, 수소, 프로판 등)나 휘발성 용매(아세톤, 에탄올 등)를 안전하게 보관하거나 테스트할 수 있습니다.
  • 일반 챔버: 비폭발성 물질(예: 물, 비휘발성 화학물질)이나 저위험 실험에 적합합니다.

2. 방폭 반응기 vs. 일반 반응기

• 구조적 차이:
  • 방폭 반응기: 내압방폭 또는 몰드방폭 구조로 설계되어 내부 화학 반응으로 인한 폭발 압력을 견딜 수 있습니다. 교반기, 히터, 펌프 등 부속 장비도 방폭 등급(Ex d, Ex e 등)을 만족해야 합니다. 예를 들어, FISCO 반응기 시스템은 고점도 물질을 고온/진공 조건에서 처리하며 방폭 설계를 준수합니다.

 

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  • 일반 반응기: 폭발 위험이 없는 반응(예: 수용액 기반 반응)에 사용되며, 내압성이나 방폭 설계가 불필요합니다. 경량 재질과 간단한 구조를 사용합니다.
• 운영 조건:
  • 방폭 반응기: 고온, 고압, 진공 조건에서도 폭발성 가스나 화학약품을 안전하게 처리할 수 있도록 설계됩니다. 압력 및 가스 누출 시 경보 시스템과 연동됩니다.
  • 일반 반응기: 저압, 상온 조건에서 주로 사용되며, 안전 장치가 간소화되어 있습니다.
• 활용 예시:
  • 방폭 반응기: 화장품, 제약, 나노물질, 2차 전지 슬러리, 수지 합성 등 폭발성 물질을 다루는 공정().
     
  • 일반 반응기: 일반 화학 합성, 생물학적 발효 등 폭발 위험이 낮은 실험.

3. 공통 차이점

• 인증 및 규격: 방폭 챔버와 반응기는 국제 표준(IECEx, ATEX) 또는 국내 기준(KOSHA, KGS)에 따라 인증받아야 하며, 위험 장소 분류(0종, 1종, 2종)에 맞는 설계가 적용됩니다.
• 비용: 방폭 설비는 특수 재질과 정밀 설계로 인해 일반 설비보다 비용이 높습니다.
• 운영 안전성: 방폭 설비는 폭발 사고를 방지하기 위한 추가 안전 시스템(가스 감지, 자동 차단 등)이 통합됩니다.

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실험용 방폭 챔버 및 반응기 맞춤 설계 제작 

폭발 위험을 제어하는 맞춤형 방폭 챔버와 반응기 설계 및 제작

 

• 당사는 화학약품과 폭발성 가스를 다루는 실험 환경에 최적화된 방폭 챔버와 반응기를 설계, 제작, 설치합니다.
• 귀기관의 연구와 공정을 안전하고 효율적으로 만들기 위해 최첨단 기술과 국제 표준을 준수하는 맞춤형 솔루션을 제공합니다.

방폭 설계의 필요성

1. 대응 물질에 최적화된 설계
   • 메탄, 수소, 프로판 등 폭발성 가스와 아세톤, 에탄올 등 휘발성 용매에 특화된 설계.
   • 고온, 고압, 진공 조건에서도 안정적인 성능 보장.
   • 화장품, 제약, 나노물질, 2차 전지 등 다양한 산업에 맞춘 맞춤형 솔루션 제공.
2. 첨단 방폭 기술 적용
   • 내압방폭(Ex d), 본질안전(Ex i), 압입방폭(Ex p) 등 국제 표준(IECEx, ATEX, KOSHA) 준수.
   • 폭발 압력을 견디는 고강도 재질과 정밀 밀봉 설계로 안전성 극대화.
   • 방폭문, 방폭 유리, 특수 교반기 등 부속 장비도 완벽한 방폭 등급.
3. 통합 센서 및 시스템 솔루션
   • 폭발성 가스 농도, 압력, 온도를 실시간 모니터링하는 방폭 등급 센서(가스 센서, 압력 센서, 온도 센서 등).
   • 비상 상황 시 즉각적인 전원 차단 및 경보 시스템.
   • DCS, HMI 등 스마트팩토리 기반 시스템 통합으로 운영 효율성 극대화().

 

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2. 맞춤 설계 및 설치
   • 고객의 실험 조건과 위험 장소 분류(0종, 1종, 2종)에 맞춘 설계.
   • 컴팩트한 디자인으로 공간 효율성 제공, 설치 및 유지보수 간편.
   • 현장 설치부터 시운전, 사후 관리까지 원스톱 서비스.

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적용 사례

• 화학 및 제약 연구소: 폭발성 용매를 사용한 합성 공정에서 안전한 반응기 제공.
• 에너지 산업: 2차 전지 슬러리 분산 및 나노물질 합성용 방폭 반응기.
• 석유화학 실험실: 가스 및 휘발성 물질 테스트를 위한 방폭 챔버.

 

연구용 고압, 고열 방폭챔버 반응기 설계제작 사례

 

유독성가스 유동제어 실험챔버 설계제작 사례

 

고온가열 실험챔버 설계제작 사례

 

연구용 진공챔버 설계제작 사례

 

고열 고압 연구용 폭발반응기 설계제작 사례

 

 

전기누전에 의한 화재모형 실험챔버 제작사례(전기단락흔 실험장치)

 

 

 

유독가스 누출 및 제거와 관련한 시뮬레이션 실험챔버 설계제작 사례

참고문헌

• IECEx System, International Electrotechnical Commission Explosive Atmospheres Standards.
• ATEX Directives, European Union Guidelines for Equipment in Explosive Atmospheres.
• KOSHA (Korea Occupational Safety and Health Agency), Guidelines for Explosion-Proof Equipment.
• FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept), Technical Documentation for Reactor Systems.
• Smart Factory Integration and Sensor Systems, Industrial Automation Standards.