화학 플랜트에서는 액체 이송이나 배관 세정 시 질소 블로우(Nitrogen Blow) 를 자주 사용합니다. 배치 공정에서는 펌프만으로는 액체를 완전히 이송할 수 없는 구간이 존재하기 때문에, 질소 압력을 이용해 잔류 액체를 밀어내는 작업이 중요합니다.
이 글에서는 배치형 화학 플랜트에서 자주 사용되는 질소 블로우의 대표적인 3가지 패턴과 각 방식의 주의사항을 정리합니다.
질소 블로우란 무엇인가
질소 블로우는 배관 내에 질소를 주입하여 액체를 기체 압력으로 밀어내는 작업을 의미합니다.
일반 산업 설비라면 압축공기를 사용할 수도 있지만, 화학 플랜트에서는 인화성 액체를 다루는 경우가 많기 때문에 공기 혼입 시 폭발성 분위기가 형성될 위험이 있습니다. 따라서 불활성 기체인 질소를 사용합니다.
배치 공정에서는 공정 특성상 일정 시간 정지 구간이 발생합니다. 이때 액체를 그대로 방치하면 품질 문제나 공정 이상이 생길 수 있으므로 질소 블로우가 활용됩니다. 설비 세정이나 생산 전환 시에도 동일한 원리가 적용됩니다.
펌프의 한계
화학 플랜트에서 액체 이송의 기본은 펌프입니다. 그러나 펌프는 공회전이 불가능하다는 한계가 있습니다.
전량 이송을 목표로 해도 배관 저점에는 액체가 남기 쉽습니다. 이때 질소 블로우가 필요합니다.
펌프로 가능한 범위까지 이송한 후, 다음의 세 가지 방식이 일반적으로 사용됩니다.
1. 이송 목적지 방향 블로우 (하류 블로우)
가장 일반적인 방법입니다.
- 원탱크 측 밸브를 닫고
- 질소 밸브를 개방하며
- 수신 탱크의 가스 배출 라인이 충분히 열려 있는지 확인합니다
액체와 질소가 함께 수신 탱크로 이동합니다. 배출 라인이 제대로 열려 있지 않으면 압력 이상이 발생할 수 있습니다. 자동밸브가 설치된 설비에서는 특히 주의가 필요합니다.
2. 이송 원점 방향 블로우 (상류 블로우)
목적지 블로우의 반대 방식입니다.
밸브 개폐 순서가 다르며, 전량 이송보다는 분리 작업이나 특정 운전 조건에서 사용됩니다. 질소 치환이나 버블링 용도로도 활용됩니다.
3. 가압 이송 (탱크 가압 방식)
또 다른 전량 이송 방식은 원탱크 상부에 질소를 주입해 탱크를 가압하는 방법입니다.
탱크 상부 공간에 질소를 공급하여 내부 압력을 높이고, 그 압력으로 액체를 밀어냅니다.
주의사항:
- 탱크 상부의 모든 개방 라인은 확실히 차단해야 합니다
- 탱크가 가압 상태가 되므로 안전 위험이 존재합니다
원래 대기압 설계 탱크라도 질소 가압 운전을 반복하면 압력용기 규정을 적용받을 수 있습니다.
특히 탱크 상·하부에 동시에 질소가 연결된 구조에서는 밸브 조작 오류 시 공정 액체가 질소 배관으로 역류할 수 있습니다. 이 경우 플랜트 전체 질소 시스템에 영향을 줄 수 있는 중대한 사고로 이어질 수 있습니다.
질소 블로우의 한계
질소 블로우에는 분명한 물리적 한계가 있습니다.
수평 배관의 잔류액
수평 배관이 액체로 가득 찬 상태에서는 질소 압력이 액체를 밀어냅니다. 그러나 액체가 줄어들면 기체 통로가 형성되고, 이후에는 질소가 우선적으로 빠져나가면서 액체는 더 이상 이동하지 않습니다.
이 경우 질소 공급을 일시 중지해 액체를 모은 뒤 다시 블로우하면 일부 회수가 가능할 수 있습니다.
압력계를 설치하면 기상 돌파 시점을 파악하는 데 도움이 됩니다.
슬러리 취급 시 주의
슬러리(액체 + 고체 혼합물) 계통에서는 각별한 주의가 필요합니다.
질소 블로우 시 액체만 우선 이동하고 고형분이 배관에 남을 수 있습니다. 고형분이 제품인 경우 수율 저하로 이어질 수 있습니다.
따라서 일반적으로는 액체 세정으로 고형분을 밀어낸 후, 마지막 단계에서 질소 블로우를 수행합니다.
정리
질소 블로우의 기본 3가지 패턴은 다음과 같습니다.
- 하류 블로우
- 상류 블로우
- 탱크 가압 이송
배치형 화학 플랜트에서는 펌프만으로 완전 이송이 어려운 경우에 매우 유용합니다.
하지만 다음 사항을 반드시 이해해야 합니다.
- 수평 배관에는 액체가 남을 수 있음
- 슬러리 계통에서는 고형분 잔류 위험 존재
- 탱크 가압은 안전 및 법규 문제와 직결됨
적절하게 운용하면 원료 손실을 줄이고 설비 트러블을 예방하며, 보다 안전한 운전을 실현할 수 있습니다.
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