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문제4. 최근 대산석유화학공단에서 다단압축기의 신축이음(Flexible Hose)이 파단되어 다량의 납사(Naphtha)분해가스 누출 및 대규모 폭발․화재사고가 발생하여 사회적 물의를 야기한 적이 있다. 이에 대한 사고와 관련하여 신축이음의 종류와 특징 및 장단점을 설명하시오.
1. 신축이음의 종류와 특징
신축이음(Flexible Hose 또는 Expansion Joint)은 배관 시스템에서 열 팽창, 수축, 진동 및 구조적 이동을 흡수하여 파손을 방지하기 위한 장치로, 주요 종류와 특징은 다음과 같다
- 벨로우즈형 신축이음 (Bellows Type Expansion Joint)
- 구조: 금속 주름판(벨로우즈)을 사용하여 설계
- 특징: 고온, 고압에 적합하며 축 방향, 각도, 횡방향 움직임을 흡수
- 장점: 높은 유연성, 진동 흡수
- 단점: 금속 피로로 인한 수명이 제한적
- 슬립형 신축이음 (Slip Type Expansion Joint)
- 구조: 배관이 슬립 방식으로 확장 및 수축
- 특징: 단순한 구조로 높은 이동량 흡수 가능
- 장점: 대형 배관에 적합
- 단점: 내부 마찰로 인한 유지보수 요구
- 타이로드형 신축이음 (Tie-Rod Type Expansion Joint)
- 구조: 타이로드로 벨로우즈의 과도한 움직임을 제어
- 특징: 축 방향 변위를 제한하고 구조적 안정성 제공
- 장점: 구조적 안정성 강화
- 단점: 설계 오류 시 응력 집중 가능
- 고무형 신축이음 (Rubber Expansion Joint)
- 구조: 유연한 고무 소재 사용
- 특징: 낮은 압력 및 저온 시스템에 적합
- 장점: 높은 유연성, 쉬운 설치
- 단점: 고온 및 화학적 부식에 취약
2. 신축이음 사고 원인 분석
사례에 따르면 대산석유화학공단 사고는 다단 압축기의 토출배관 신축이음 파단으로 인해 대규모 가스 누출과 폭발이 발생했습니다.
주요 원인:
- 설계 및 시공 미흡
- 타이로드 조정 불량으로 인한 응력 집중
- 배관 정렬 상태 불량
- 점검 및 유지보수 부재
- 정기적 점검, 정비 기록 미흡
- 배관 지지대의 기능 상실 방치
- 공정위험성평가 미흡
- 위험성평가 누락으로 인해 구조적 위험 요소 식별 실패
3. 신축이음 의 장단점
- 장점
- 진동 및 충격 흡수 → 시스템의 안정성 향상
- 열 팽창 흡수 → 배관의 열변형을 방지
- 다양한 설계 가능 → 배관의 이동량 및 조건에 따른 맞춤형 설계
- 단점
- 피로 손상 가능성 → 반복 사용 시, 금속의 피로 누적
- 정기적 유지보수 필요 → 설치 및 점검의 어려움
- 설계 오류시, 사고 위험 → 응력 집중으로 인한 파단
4. 사고 방지를 위한 대책
- 설계 및 시공 개선
- EJMA 및 국제 규격 준수
- 설치 가이드라인에 따른 정밀한 시공
- 정기 점검 및 유지보수
- 상태 기반 유지보수(CBM) 및 예방정비(PM) 도입
- 점검 기록 유지 및 관리
- 공정위험성평가 강화
- 모든 설비 및 부속품에 대한 위험성평가 실시
- 위험 요소 도출 및 안전 조치 반영
- 교육 및 훈련
- 설비 설치 및 유지보수 담당자 교육 강화
- 안전 점검 절차 및 사고 예방 훈련
* 안전보건공간 화학사고 사례연구 - 압축기 토출배관 신축이음 파단사고 참고
https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2020/03/04/2020030400431.html
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