압력방폭(PRESSURISATION, Ex p)의 장점 및 적용

압력방폭은 비교적 간단한 개념을 사용하는 방폭구조로 전세계적으로 널리 쓰이는 방폭구조입니다. 유럽(IEC코드)는 물론 북미지역(NEC)코드를 사용하는 지역에서도 사용합니다. 어떤 장점이 있어서 일까요? 내압방폭 개념으로 접근할때에는 많은 수량의 박스에 대한 부담이나, 본질안전방폭 개념으로 접근할때의 제한이 있는 전원용량 등에 구애받지 않고 폭넓게 적용가능하다는 장점이 있습니다. 일반 박스라도 IP등급과 충분한 품질이 보장된다면 압력방폭용 박스로 사용가능하므로 박스의 크기도 다양하게 구현할 수 있습니다. 커다란 크기에도 적용가능하므로 제어룸이나 스위치룸은 물론 심지어 특정 건물에도 적용할 수 있습니다. 박스내부에는 전기전자장비, 모터나 스위치기어는 물론, 제어장비나 분석기(analysers) 등 사용자의 필요에 따라 일반 전기 및 계측장비의 설치가 가능합니다.
압력방폭의 적용을 위해서는 고려해야할 사항이 있습니다. 먼저, 설치될 장소의 위험지역 등급을 파악해야 합니다. Zone 지역이나 Division 지역 등 어떤 지역이냐에 따라 압력방폭의 세부등급(Px, Py, Pz)이 결정되기 때문입니다. 위험지역별 설치장비는 앞선 글에서 말씀드린바 있습니다.
다음으로는 박스의 부피를 고려해야 합니다. 박스내부에 들어갈 장비들의 크기를 고려해야하고, 박스크기에 따라 퍼징시간이나 보호기체의 투입속도(flow rate) 등을 결정합니다.
그 다음으로는 어떤 컨트롤 장치를 사용할 것인지 결정해야 합니다. 이는 퍼징과 압력을 유지하는 방법과 관계있는데, 2가지 방식이 있습니다. 하나가 공기흐름을 계속 발생시키는 방식(continuous flow, CF방식), 다른 하나가 누출된 기체만큼을 보충(leakage compensation, LC방식)하는 방식입니다. CF방식은 압력방폭 박스내에 계속해서 기체가 공급되며 퍼징시간이 지나도 끈김없이 보호기체가 공급되는 방식입니다. 퍼징단계에서는 혹시 있을 수 있는 폭발성 혼합기체를 제거하고 운영단계에서는 주변기압보다 높은 압력을 유지하도록 계속 공기흐름을 만드는 방법입니다. LC방식에는 없는 Outlet Orifice라는 장치가 있어 박스내부의 적절한 압력을 유지하는 역할을 하고 있습니다. 이에 비해 LC방식은 처음부터 높은 압력의 퍼징을 실시하고 그 다음에 압력방폭 박스의 누출되는 기체정도에 해당하는 보호기체를 컨트롤러에서 공급하는 방식입니다.
CF방식은 비교적 작은(17 cubic feet, 0.4m3이하)크기의 박스에 적당하고 상대적으로 초기비용은 덜 들어갑니다. 대신 값비싼 보호기체를 계속해서 일정하게 주입해야 하니 운영비용이 많이 들어갑니다. 반면 LC방식은 상대적으로 더 큰 부피와 조금더 정교한 박스에 적용하고 초기비용은 많이 들어가지만 운영비용은 상대적으로 작게 듭니다. 결국 설치환경에 따라 비용을 고려해야한다는 뜻입니다.

다른 방폭구조과의 비교

위험지역에도 일반 장비를 사용할 수 있는 방법으로 압력방폭외에도 내압방폭을 이용하는 방법이 있습니다. 하지만 내압방폭은 박스내부의 폭발이 일어날 수 있음을 가정하기 때문에 박스가 두껍고, 때문에 크기가 조금만 커져도 무거워져 설치가 곤란하며 생산비용도 많이 드는 단점이 있습니다. 반면 압력방폭에서는 일반박스를 사용할 수 있습니다. 때문에 장비의 가공작업이 용이하고 장비의 제작 검사 등의 전 과정에 걸쳐 작업 속도를 낼 수 있습니다. 가공 설계도 쉬워 내압방폭과 달리 장비의 배치 등이 변경되어도 퍼징장비의 연결을 변경하여 다시 설치사용할 수 있습니다. 또한 계속적인 공기의 흐름이 있어 박스내부의 발열, 습기, 부식이나 먼지가 쌓이는 문제에도 유리합니다.
심지어 비방폭지역이라도 압력방폭을 적용하기도 합니다. 화학물질이나 비폭발성 분진이 많이 발생하는 곳에서 압력방폭 박스를 사용하면 박스 외부의 화학물질이나 분진으로부터 박스내부에 설치된 여러 장비들을 보호할 수 있기 때문입니다. 화학적 반응에 의한 기기성능 저하, 분진이 쌓이면서 발생하는 발열로부터의 장비보호, 관리의 용이성 등으로 전체적인 장비 수명이 늘어나기 때문입니다.
따라서, 크기가 작은 박스는 내압박스를 사용하는 것이 효율적이겠지만, 대략 1 cubic foot(약 30x30x30cm) 이상의 부피부터는 압력방폭 방식의 적용을 하나의 옵션으로 고려할 필요가 있습니다. 압력방폭은 박스의 크기가 커질수록 경제성이 더 돋보이는 구조입니다. 더구나 두번째 그림에서 보이듯 압력방폭은 여러개의 박스를 연결하여 단일한 압력방폭 시스템을 구현할 수도 있습니다. 크기가 작은 박스부터 점차 큰 박스까지 계속해서 Tubing을 연결하면 한 개의 퍼징시스템에 여러 대가 연결되어 퍼징시스템의 설치단가 및 운영비용이 절약될 수 있습니다.
하지만, 압력방폭의 단점도 바로 비용에 있습니다. 박스내부에 계속해서 공급해야 하는 보호기체의 비용이 만만치 않습니다. 보호기체가 어디서나 쉽게 구할 수 있는 것이 아닌데다 압력방폭 박스내부는 물론, 배관에 머물게 되는 부피와 각종 연결부위에서 압력에 의해 새어나가는 양까지 고려해서 충분히 양을 확보해야합니다.

자료출처: Enclosure purging and pressurization (Chris Romano)