코발트 분진 국소배기 풍량 저하 원인과 해결 가이드

이 글의 목적은 코발트 분진을 취급하는 작업장에서 국소배기장치(LEV)의 풍량 저하 문제를 신속하고 체계적으로 진단·복구할 수 있도록, 원인별 공학적 대응과 현장 적용 계산법, 점검 체크리스트를 전문가 수준으로 정리하는 것이다.

1. 코발트 분진과 국소배기의 핵심 개념

코발트 분진은 경·중금속 가공, 분쇄, 분말야금, 배터리 소재 공정 등에서 발생하며, 입경이 미세하고 표면활성이 높아 재비산이 쉽다. 독성 및 감작성 이슈가 있어 국소배기의 일관된 포집과 이송이 중요하다. 국소배기는 후드→덕트→집진부(전처리/여과)→송풍기→배출로 구성되며, 어느 한 지점의 저항 상승이나 누설이 발생하면 전체 시스템 풍량이 감소한다.

1.1 설계·운전 지표

포집속도(VC): 개방형 분진원 0.5~2.0 m/s 범위를 기본 가정한다. 연마·절삭 등 난류가 큰 경우 상한에 가깝게 설정한다.
면속도(Vface): 캐비닛형·부스형은 0.5 m/s 수준을 우선 검토한다.
이송속도(Vt): 금속 분진 덕트 내부 18~22 m/s를 권장한다. 수평부·장거리·엘보 다수일 때는 20 m/s 이상을 검토한다.
여과속도(A/C): 카트리지/백필터는 제조사 권장치(예: 0.8~1.5 m/min)를 기준으로 여과면적을 산정한다.

주의 : 설계 도면이 없거나 개조 이력이 불명확한 장치는 기본값 추정으로 운전하면 과소풍량 또는 과부하가 반복되므로, 우선 계통도 복원과 팬커브 확보를 선행한다.

2. 풍량 저하의 대표 원인 맵

구간	주요 원인	현상/징후	즉시 조치	근본 해결
후드	개구부 확대, 위치 오프셋, 스커트 손실, 막힘(스패터/칩), 댐퍼 오조정	현장 체감 흡인 약화, 소음 변화, 작업자 쪽 되돌이(bounce)	후드와 오염원 거리 1D 이하로 복귀, 스커트 복원, 댐퍼 초기화	후드 개구 최적화, 보조엔클로저 추가, 지그 일체형 후드로 교체
덕트	누설, 분진 퇴적, 엘보/티 과다, 굴곡/드레인 불량, 밸런싱 불균형	섹션별 풍속 편차, 특정 라인만 과풍량/저풍량	블로스루(역류) 점검, 퇴적구간 타격/진공청소	직선화, 엘보 축소, 트랜지션 개선, 밸런싱 재설계
집진부	프리필터/사이클론 바이패스, 필터 케이킹, 펄스제거 실패, 차압계 고장	집진기 전후 차압 급증, 펄스 소음 변화, 분진배출 증가	필터 점검·교체, 솔레노이드·펄스압력 확인	여과면적 증설, 자동차압 제어, 전처리(사이클론) 추가
송풍기	벨트 슬립, 회전수 저하, 임펠러 오염/마모, 회전방향 역상, 베어링 문제	전류/전력 감소 또는 변동, 진동·온도 상승, 풍량 전반 저하	벨트 장력 보정, 회전방향 확인, 임펠러 청소	모터 교체, VFD 적용으로 정압 추종, 팬 용량 재선정
배출/주변	배출덕트 막힘, 방풍캡 손상, 보급공기 부족, 동시운전 설비 간섭	출구 정압 상승, 실내 음압 과다, 출입문 흡착	보급공기 댐퍼 개방, 배출구 청소	MAU 증설, 출구 손실계수 저감, 동시운전 로직 분리

3. 현장 진단 절차(표준 프로토콜)

3.1 계측 준비

계측기: 피토관+차압계, 열선/베인 풍속계, U자형 마노미터, 디지털 차압 트랜스듀서, 클램프 전력계, 소음계, 연막(스모크) 발생기, 비눗물 누설검출.
도면: 배기 라인 P&ID, 덕트 평면도/단면도, 팬커브, 집진기 차압정격, 필터 스펙.
운전조건: 정상 생산 조건에서 측정하며, 라인별 밸런싱 댐퍼 초기 점개도(예: 50%)로 표준화한다.

용접 망간 중독 예방 가이드: 증상, 노출기준, 국소배기와 보호구 선택법 →

3.2 단계별 점검

시각·청각 스크리닝: 후드 개구, 스커트, 막힘, 임시테이핑, 댐퍼 위치를 사진으로 기록한다.
누설 검출: 연결 플랜지, 플렉시블 호스, 청소포트에서 비눗물·연막으로 확인한다.
차압 지도 작성: 후드 전·후, 집진기 전·후, 팬 흡입·토출에 차압 포인트를 마련해 계통 저항 분포를 가시화한다.
풍속/풍량 측정: 원형덕트는 10점 이상 피토 트래버스로 평균 동압을 구하고, 밀도보정으로 Q를 산정한다.
팬 상태: 회전수, 전류, 전력, 진동을 확인하고 팬커브 상 운전점을 추정한다.
집진기: 차압 추세, 펄스주기, 압축공기압, 필터 경년열화(운전시간) 확인 후 샘플 교체 테스트를 수행한다.
보급공기: MAU 풍량과 실내압을 확인하여 음압 과다에 따른 유입풍량 제한을 배제한다.

주의 : 측정은 충분한 관측점과 반복으로 오차를 줄여야 한다. 덕트 중심 1회 측정만으로 풍량을 확정하지 않는다.

4. 계산법과 예시

4.1 피토 트래버스 풍량 산정

원형덕트 직경 D, 각 측정점의 속압(ΔP_v)을 평균하여 평균속도 V를 구하고 Q=V·A로 산정한다.

V = Kp * sqrt(2 * ΔP_v / ρ) # Kp: 피토관 계수(통상 1.0 부근), ρ: 공기밀도 A = π * (D/2)^2 Q = V * A ρ = 1.2 * (273.15 / T) * (P / 101325) # 간이 보정, T[K], P[Pa]

예시: D=0.2 m, 평균 ΔP_v=120 Pa, T=298 K, P=101325 Pa, Kp=1.0이라 가정한다.

ρ ≈ 1.2 * (273.15/298) * (101325/101325) = 1.10 kg/m^3 V ≈ sqrt(2 * 120 / 1.10) = sqrt(218.18) = 14.78 m/s A = 3.1416 * 0.1^2 = 0.031416 m^2 Q = 14.78 * 0.031416 = 0.464 m^3/s = 1,670 m^3/h

주의 : 금속 분진의 이송속도 목표가 18~22 m/s라면 위 예시는 과소풍속이다. 덕트 퇴적 위험이 있으므로 원인분석과 증풍 조치가 필요하다.

4.2 후드 요구 풍량

개방형 분진원에 대한 포집속도 V_C와 영향거리 x, 후드 유효개구 면적 A_open으로 요구 풍량을 추정한다.

Q_req ≈ V_C * A_open * K # K: 난류·주변풍 보정(1.1~1.5), 가급적 1.3 사용

예시: 작업대 전면 개구 0.6 m × 0.5 m = 0.30 m², 목표 V_C=0.7 m/s, K=1.3이면 Q_req=0.273 m³/s=983 m³/h이다. 동일 라인 다수 후드 병렬 연결 시 분기 손실과 상호 간섭으로 10~20% 추가 여유를 둔다.

4.3 팬커브와 시스템커브 교차로 운전점 확인

시스템 저항은 Q²에 비례한다. 초기 기준점(Q₀, SP₀)이 있을 때 시스템커브는 SP=K·Q², K=SP₀/Q₀²로 표현한다. 팬 회전수 n을 바꾸면 팬법칙으로 Q∝n, SP∝n², P∝n³이 변한다. VFD 적용 시 목표 정압 또는 풍량으로 제어곡선을 추적할 수 있다.

# 팬법칙 사용 예 Q2 = Q1 * (n2/n1) SP2 = SP1 * (n2/n1)^2 P2 = P1 * (n2/n1)^3

4.4 여과속도와 차압

필터 여과속도 V_f=Q/A_filter가 제조사 권장 상한을 넘으면 차압이 급격히 상승하고 풍량이 저하된다. 펄스제거식에서는 펄스압(예: 5~6 bar), 주기, 노즐 막힘을 확인한다. 집진기 전후 차압 ΔP 상승이 지배적이면 필터 교체 또는 면적 증설이 필요하다.

5. 원인별 트러블슈팅 상세

5.1 후드 문제

거리 증가: 후드와 오염원 거리 d가 1D를 넘으면 포집효율이 급감한다. 브라켓을 사용하여 고정거리 유지한다.
개구 확장: 작업 편의를 위해 절단한 개구는 면속도를 저하시킨다. 슬라이더·커튼으로 개구를 가변화한다.
스커트 손실: 엔클로저 스커트가 찢기거나 탈락하면 측면 유입이 커져 핵심 포집이 약해진다.
아암형 후드: 관절 토크 저하로 위치가 틀어지면 즉시 조정·패킹 교환을 시행한다.

5.2 덕트 레이아웃·막힘·누설

퇴적: 수평부, 저속부, 밸브 전단에 퇴적이 일어난다. 청소포트 추가, 고속 세그먼트로 교체, 엘보 각도 90°→60°/45°로 완화한다.
누설: 작은 누설도 병렬계통의 밸런스를 무너뜨린다. 플랜지 개스킷 규격화, 토크 관리, 실런트 점검을 정례화한다.
밸런싱: 주간선 우선풍량 과다로 말단 저풍량이 발생한다. 오리피스 링 또는 다공 원판으로 고정저항을 부여하면 재발을 줄인다.

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5.3 집진부 여과·전처리

필터 케이킹: 차압 상승과 함께 배기음이 낮아지고 팬전류가 감소한다. 시험용 필터 1열 교체로 ΔP 기여도를 확인한다.
펄스 불량: 솔레노이드 교체, 매니폴드 압력과 노즐 직경 확인, 차단밸브 열림 위치를 점검한다.
사이클론/스파크어레스터: 바이패스·회전흐름 붕괴로 효율 저하 시 하우징 틈새와 인렛 각을 점검한다.

5.4 송풍기·구동

벨트 드리프트/슬립: 풀리 정렬, 장력 재조정, 마모 시 벨트·풀리 동시교환을 원칙으로 한다.
역상: 점검 후 회전방향 표시를 영구 표기한다.
임펠러 오염: 금속 분진은 임펠러에 케이크를 형성해 정압이탈을 유발한다. 분해세척 주기를 설정한다.

중대재해처벌법 적용 사례 및 수사현황 분석 – 제조업 환경안전 실무 활용 →

5.5 보급공기·배출

보급공기 부족: 실내 음압으로 후드 유입이 제한된다. MAU 풍량을 배기총풍량의 90~110% 범위에서 관리한다.
배출방풍캡: 새·벌집, 후드캡 망 부착 등으로 막힘이 잦다. 외부 점검 리스트에 포함한다.

6. 코발트 분진 특화 설계 팁

이송속도 상향: 입도·밀도 고려 시 20 m/s 기준을 권장하며, 잦은 가속·감속 구간을 피한다.
전처리: 고농도 분진 공정은 사이클론 전처리로 필터부하를 줄인다.
필터 재질: 정전기 방지 처리와 낮은 여과속도의 조합을 채택한다.
부스형 작업대: 전면속도 0.5 m/s 유지와 보급공기 균일 분배가 중요하다.

7. 표준 점검·기록 양식

구분	측정지점	기준
후드 면속도	작업대 전면	≥0.5 m/s
덕트 이송속도	주간선	≥20 m/s
집진기 차압	전후 차압	제조사 권장 범위
팬 운전점	전류/회전수	정격 ±10%
보급공기	실내압	-5~0 Pa

8. 케이스 스터디: 라인 말단 저풍량

현상: 동일 팬에 6개 후드가 병렬로 연결된 라인에서 말단 2개 후드만 면속도 0.3 m/s 이하로 저하하였다.

피토 트래버스: 주간선 24 m/s, 말단 분기 14 m/s로 확인하였다.
차압 지도: 말단 분기 전 장거리 수평부와 90° 엘보 3개 구간의 국부손실이 높게 나타났다.
조치: 말단 분기 전 90° 엘보 2개를 45°×2로 변경, 트랜지션 완화, 주간선 가까운 2개 후드에 고정저항 링 설치.
결과: 말단 분기 20 m/s, 후드 면속도 0.55 m/s로 회복되었다.

9. 유지보수 주기 권고

항목	주기	작업 내용	비고
후드 점검	매일	개구, 스커트, 위치 확인	사진 기록
덕트 청소	분기 1회	퇴적구간 청소포트로 제거	금속 분진 우선
집진기 필터	차압 기준	ΔP 상승 시 교체	예비부품 상시
펄스라인	월 1회	솔레노이드/노즐 점검	압력로그
팬/벨트	월 1회	장력·정렬·진동 측정	베어링 온도
보급공기	월 1회	MAU 풍량·필터 확인	실내압 기록

10. 현장 계산·자동화 예시 코드

# 덕트 풍량/이송속도/밀도 보정 간이 계산 예시 (파이썬 유사) import math
def air_density(T_K=298.0, P_Pa=101325.0):
return 1.2*(273.15/T_K)*(P_Pa/101325.0)

def q_from_pitot(deltaP_Pa, D_m, Kp=1.0, T_K=298.0, P_Pa=101325.0):
rho = air_density(T_K, P_Pa)
V = Kpmath.sqrt(2.0deltaP_Pa/rho)
A = math.pi*(D_m/2.0)**2
Q = V*A
return Q, V

예시: ΔPv=160 Pa, D=0.18 m
Q, V = q_from_pitot(160, 0.18)
print("Q=%.3f m3/s, V=%.2f m/s" % (Q, V))

팬법칙으로 회전수 조정치 추정
def fan_law_scale(Q1, SP1, P1, n1, n2):
ratio = n2/n1
Q2 = Q1ratio
SP2 = SP1ratio2
P2 = P1*ratio3
return Q2, SP2, P2

11. 체크리스트: 풍량 저하 발견 시 즉시 수행

후드-오염원 거리, 개구 상태, 댐퍼 위치 촬영 기록한다.
연막으로 흐름형상을 확인하고 되돌이 발생 여부를 본다.
비눗물로 플랜지·호스 누설을 찾는다.
집진기 전후 차압과 펄스상태를 기록한다.
팬 회전수, 전류, 베어링 온도를 기록한다.
주요 덕트 2~3 구간에서 피토 트래버스로 풍속을 확인한다.
보급공기(MAU) 운전여부·필터 막힘·실내압을 확인한다.
말단 후드부터 순차로 밸런싱 댐퍼를 조정해 목표 면속도를 맞춘다.

12. 재발 방지 설계 포인트

라인별 고정저항 배치로 밸런스 안정화한다.
장거리 수평부 최소화, 엘보 각 완화, 급확대/급축소 회피한다.
집진기는 충분한 여과면적과 자동차압제어를 채택한다.
VFD로 팬 정압 제어를 적용해 필터 막힘 초기에 풍량을 보전한다.
보급공기 자동제어로 실내압을 -5~0 Pa 범위에서 유지한다.

13. 자주 묻는 질문(FAQ)

코발트 분진용 덕트 이송속도는 얼마로 잡아야 하나?

금속 분진은 재침적 위험이 높다. 20 m/s를 1차 목표로 설정하고, 수평부가 길거나 엘보가 많으면 22 m/s까지 상향 검토한다.

집진기 차압이 올라가면 팬 속도를 올리면 되나?

임시 복구에는 유효하나 전력 소모 증가와 필터 파손 위험이 있다. 필터 케이킹 원인을 해소하고 적정 여과면적을 확보하는 것이 근본 해결이다.

보급공기 부족이 왜 풍량 저하를 만들까?

실내 음압이 과도하면 후드 입구의 유동이 제한된다. 배기총풍량과 유사한 수준의 보급공기를 제공해야 유입이 안정화된다.

피토관이 없을 때 베인 풍속계로 대신 측정해도 되나?

가능하나 난류가 심한 덕트에서는 오차가 크다. 가능하면 피토 트래버스를 수행하고, 최소한 다점 평균을 적용한다.

후드 면속도와 포집속도는 동일한가?

동일하지 않다. 면속도는 개구 면적을 통한 평균 유입속도이며, 포집속도는 오염원 위치에서의 목표 속도이다. 후드 거리·형상에 따라 요구 풍량이 달라진다.

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