이 글의 목적은 DMAc(디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드) 사용 작업장에서 환기량 부족을 정량적으로 진단하고, 희석환기 및 국소배기 설비를 전문가 수준으로 계산·개선하는 실무 절차를 제공하는 것이다.
1. DMAc 위험특성 요약과 관리 기준
DMAc는 고비점(약 165 ℃)이지만 피부흡수 표지가 있는 용제로 간·생식독성 보고가 있으며, 작업환경에서는 증기 및 미스트 노출 가능성이 있다. 기본 물성·폭발한계와 관리기준을 먼저 정리한다.
| 구분 | 값 | 설명·설계 시사점 |
|---|---|---|
| CAS | 127-19-5 | 물질 데이터시트 및 감지기 설정 시 식별자로 사용한다. |
| 분자량 | 약 87.1 g/mol | ppm↔mg/m³ 환산에 사용한다. |
| 비중(20 ℃) | ≈0.94 | 누출 시 수면에 뜨기 쉬우나 물과 완전혼화성이다. |
| 끓는점 | ≈165 ℃ | 상온에서 휘발은 느리나 가열공정에서는 증기발생 증가한다. |
| 증기압(20 ℃) | ≈2 mmHg | 상온 발산량 계산 시 낮은 G를 가정하되 가열·교반 시 크게 증가한다. |
| 인화점 | 약 70 ℃(OC 기준 158 ℉) | 고온 표면·히터 인근 가연성 관리 필요하다. |
| 폭발한계(LEL~UEL) | 약 1.8% ~ 11.5% (체적) | 국소배기 실패 시 가연성 위험이 존재한다. |
| 작업환경기준(TWA) | 10 ppm (≈ 35 mg/m³), 피부흡수(SKIN) | 평균노출 10 ppm 관리, 피부흡수 차단을 위한 PPE·작업절차 병행이 필수이다. |
주의 : DMAc는 피부흡수 표지가 있는 물질이다. 공기 중 농도만 낮춰도 피부노출이 크면 건강장해가 발생할 수 있다. 환기 개선과 함께 장갑 재질 선택, 스플래시 방지, 세척제 대체 등 공정개선이 병행되어야 한다.
2. 환기 전략 선택: 희석환기 vs 국소배기
2.1 의사결정 로드맵
| 상황 | 권장 전략 | 근거 |
|---|---|---|
| 개방 용기에서 교반·가열, 증기 발생 지점이 명확함 | 국소배기(캐노피·에지 캡처·슬롯후드) | 발생원 포집이 최우선이며 희석만으로는 피부흡수·가연성 위험 잔존 |
| 밀폐계(리액터)+소규모 취급, 누설이 드묾 | 밀폐화+저풍량 보조 환기(희석) | 누설이 드문 공정은 희석환기로 배경농도를 관리 |
| 세정·도포 등 광범위 취급, 다수 작업자 이동 | 국소배기+구역별 일반환기 병행 | 다발 발생원과 피부접촉 위험으로 복합 전략 필요 |
2.2 목표농도 설정
기본 목표는 8시간 평균 10 ppm 이하이다. 공정 변동과 측정 불확실도를 고려하여 설계목표는 0.25~0.5 TWA(2.5~5 ppm)로 두는 것이 보수적이다. 가열·세정 등 단기 피크가 있는 경우에는 작업시간 가중 평균이 아닌 공정시간 평균 목표(예: 15~30분 평균 5 ppm 등)를 별도로 둔다.
3. 희석환기 계산(일반환기)
3.1 정상상태 질량수지
실내 체적 V(m³), 외기 유입풍량 Q(m³/min), 배경농도 Cout, 실내목표 Cin, 발생율 G(mg/min, 또는 ppm·m³/min 환산)일 때 희석환기 기본식은 다음과 같다.
정상상태: G + Q·C_out = Q·C_in 필요풍량: Q = G / (C_in - C_out) [단위 일관성 유지] 실무에서는 안전계수 K(1.5~5)를 곱하고, 작업부하 변동을 반영하여 시간가중 평균 G를 추정한다.
3.2 시간변화(비정상) 해석
작업 시작 직후 또는 배치작업 종료 후 농도 변화는 1차 지연 시스템으로 근사한다.
축적식: V·(dC/dt) = G - Q·(C - C_out) 해 : C(t) = C_ss + [C(0) - C_ss]·exp(-(Q/V)·t) 정상농도: C_ss = C_out + G/Q 작업 종료 후 농도를 Cout+Δ까지 낮추는 데 필요한 시간 tflush는 아래와 같다.
t_flush = (V/Q) · ln( (C(0)-C_out) / Δ ) 3.3 ppm ↔ mg/m³ 환산
mg/m³ = ppm × (MW / 24.45) [25 ℃, 1 atm 가정] ppm = mg/m³ × (24.45 / MW) DMAc MW ≈ 87.1 → 1 ppm ≈ 3.56 mg/m³ 3.4 예제 1: 교반 탱크가 없는 작업실(일반환기만)
조건: 실내 V=900 m³, 배경 Cout=0, 하루 중 4시간 동안 소규모 증발이 발생하여 평균 G=220 mg/min로 추정, 설계목표 Cin=3 ppm(≈10.7 mg/m³), K=3 적용.
Q_theory = G / C_in = 220 / 10.7 = 20.6 m³/min Q_design = K · Q_theory = 3 × 20.6 = 61.8 m³/min (≈ 3,708 m³/h) ACH = (Q_design × 60) / V = (61.8×60)/900 = 4.12 회/시간 결론: 일반환기만으로는 4~6 ACH가 필요하며, 문·창 유입, 덕트 손실, 실제 G 변동을 고려하면 국소배기 병행이 합리적이다.
주의 : 희석환기는 발생원을 통제하지 못한다. 피부흡수 표지가 있는 DMAc의 경우 일반환기만으로 건강영향을 방지하기 어렵다. 포집형 국소배기를 우선 검토한다.
4. 국소배기 설계 핵심
4.1 캡처전략과 캡처속도
증기 발생면 위쪽 또는 측면에서 공기를 흡입하여 작업자 호흡권에 도달하기 전에 포집한다. 용제 증기의 권장 캡처속도 범위는 일반적으로 0.25~1.0 m/s 수준이며, 교란풍(열상승, 이동풍)이 크면 상한에 가깝게 잡는다.
4.2 후드 풍량 1차 산정
개구면적 A(m²), 목표 면적속도 v(m/s)일 때 후드 유량 Qhood는 다음과 같다.
Q_hood = v · A [m³/s] → m³/h로 환산 시 ×3600 작업자가 전면 개구형 후드를 사용하고 폭 1.2 m × 높이 0.6 m(개구 0.72 m²), v=0.5 m/s를 적용하면
Q_hood = 0.5 × 0.72 = 0.36 m³/s = 1,296 m³/h 4.3 거리감쇠를 고려한 흡입식(에지·슬롯) 후드
발생원에서 거리 x(m) 떨어진 흡입구가 증기를 포집할 때는 캡처속도 vx를 얻기 위한 필요풍량이 급격히 증가한다. 실무에서는 제조사 성능식 또는 검증된 경험식을 사용한다. 전면 개구가 아닌 소구경 노즐·슬롯형 후드의 경우, 거리의 제곱에 따라 풍량 요구가 증가한다고 이해하고, 가능한 흡입구를 발생원에 근접시킨다.
4.4 후드 손실·덕트 설계
- 설계 덕트속도: 용제 증기·미스트 혼재 가능 시 10~15 m/s를 권장한다.
- 국소배기 총정압: 후드 손실 + 덕트 마찰손실 + 국부손실 + 필터/스택 손실을 합산한다.
- 팬 선정: 설계 유량(Q)에서 총정압(SP)을 만족하는 곡선 상 작동점이 팬 효율 고지대에 위치하도록 선정한다.
4.5 예제 2: 오픈 탱크 에지 캡처
조건: 오픈 탱크 1.0 m × 0.8 m, 탱크 상면에서 80 mm 거리에 슬롯흡입 길이 1.0 m 설치. 목표 캡처속도 vx=0.5 m/s. 경험식 계수는 제조사 자료를 적용하여 요구 Q≈1,000~1,500 m³/h로 산정되었다고 가정한다. 덕트속도 12 m/s로 설계하면 원형덕트 내경은
Q = 1,200 m³/h = 0.333 m³/s A = Q / V = 0.333 / 12 = 0.0278 m² 직경 D = √(4A/π) ≈ 0.188 m → 표준 200 A(8") 채택 5. 발생량 G 추정 방법
5.1 증발에 의한 G
정밀 추정에는 질량전달 상관식을 쓰지만, 실무에서는 다음을 조합하여 보수적으로 잡는다.
- 작업 중 실제 질량감소량(전·후 중량 차) / 작업시간
- 공정별 용제 사용량 중 대기로 손실되는 비율(세정·도포 5~40% 등 현장조사)
- 가열·교반 시 표면적, 온도, 공기흐름에 따른 증가계수(경험값)
5.2 누설·취급 손실에 의한 G
밸브 스템 누설, 호스 분리·연결, 드레인·샘플링 등 순간 피크를 포함한다. 이벤트 기반 G(t) 파형을 작성하고, 국소배기 작동 상태에서의 실측 농도와 역산하여 보정한다.
6. 통합 설계 절차(체크리스트)
- 물성·기준 확인: MW, 증기압, 비중, 폭발한계, TWA 10 ppm, 피부흡수 표지 확인한다.
- 공정 맵핑: 발생원 위치, 온도, 표면적, 작업시간, 작업자 위치를 도식화한다.
- G 추정: 중량법·사용량·이벤트 로그로 G 또는 G(t) 산정한다.
- 국소배기 1차 설계: 후드형식, 캡처속도, 개구면적, Qhood 산출한다.
- 덕트·팬 선정: 설계덕트속도, 직경, 손실계수, 총정압 산출한다.
- 일반환기 보완: 잔여 G에 대해 Q = G/(Cin-Cout)로 ACH 산정한다.
- 제어 확인: 풍량계·차압계·후드면속도 주기 점검항목을 설정한다.
- 피부흡수 대책: 장갑 재질(예: 불소계), 스플래시 가드, 세척제 대체, 샤워·세안 설비를 지정한다.
- 가연성·배출관리: 점화원 통제, 정전기 접지, 방폭 영역 검토, 배출농도 규제 확인한다.
- 검증측정: 설치 후 개인시료·부스내 고정시료로 농도 검증하고 미달 시 후드 위치·개구율·팬 RPM을 조정한다.
7. 성능검증과 유지관리
7.1 설치 직후 성능검증(Commissioning)
- 후드면속도 또는 캡처속도 측정: 기준치의 90% 이상 확보.
- 덕트속도 측정: 10~15 m/s 범위 확인, 분기 간 불균형 시 댐퍼 조정.
- 팬 성능점 확인: 설계 Q, SP에서의 운전전류·RPM 기록.
- 배출구 재유입 방지: 외기흡입구와의 이격·풍향 검토.
7.2 운영 중 점검주기
| 항목 | 방법 | 주기 | 합격기준(예) |
|---|---|---|---|
| 후드면속도/캡처속도 | 열선풍속계 | 월 1회 | 설계값의 ≥ 90% |
| 덕트정압·차압 | 마노미터 | 월 1회 | 초기값 ±10% 이내 |
| 필터·스크러버 ΔP | 차압계 | 주 1회 | 경보치 미만 |
| 팬 진동·전류 | 진동계·클램프미터 | 분기 | 초기대비 ±10% 이내 |
| 공기 중 DMAc | 개인·고정시료 | 반기 | 8h TWA ≤ 10 ppm |
8. 개선 시 흔한 실패와 해결책
8.1 실패: 후드가 멀다
증기 발생원과 흡입구 거리가 2배가 되면 필요한 풍량은 대략 3~4배 이상 늘어난다고 가정한다. 해결은 근접설치가 최우선이다.
8.2 실패: 보충공기 부족
배기량만 키우면 실내가 음압으로 전환되어 후드 성능이 떨어지고 출입문 틈새 흡입에 몰린다. 균형 보충공기(80~90% 예열·여과)를 동시에 설계한다.
8.3 실패: 팬 곡선 미스매치
필터 교체나 덕트 증설 후 총정압이 상승하면 작동점이 좌측으로 이동하여 유량이 급감한다. VFD로 RPM 조정 또는 팬 교체가 필요하다.
8.4 실패: 피크 노출 과소평가
샘플링·배출·호스 분리 등 1~5분 피크는 TWA에 묻히기 쉽다. 이벤트 로그 기반 설계와 국소배기 트리거 운전을 적용한다.
9. 실무 예제 세트(계산 절차 정리)
예제 A: 배치 세정공정(국소배기+희석환기 병행)
조건: 세정 테이블 1.5 m × 0.8 m, 전면 개구형 후드 개구 0.8 m², 목표 면속도 0.6 m/s. 세정 중 평균 손실 50 g/시간, 2시간 작업. 실내 V=600 m³, 외기 Cout=0, 목표 Cin=2.5 ppm.
[1] 국소배기 유량 Q_hood = 0.6 × 0.8 = 0.48 m³/s = 1,728 m³/h
[2] 잔여 G 산정
총 손실 100 g 중 국소배기로 70% 포집 가정 → 잔여 30 g
G_avg = 30,000 mg / 120 min = 250 mg/min
[3] 일반환기 유량
C_in(=2.5 ppm) ≈ 8.9 mg/m³
Q_theory = 250 / 8.9 = 28.1 m³/min
K=2 적용 → Q_design = 56.2 m³/min = 3,372 m³/h
ACH = (3,372 / 600) = 5.62 회/시간
[결론] 후드 1,728 m³/h + 일반환기 3,372 m³/h를 병행한다.
예제 B: 탱크 상면 슬롯후드 개선안 비교
| 항목 | 안 1(원상) | 안 2(거리 절반) | 안 3(거리 절반+플랜지) |
|---|---|---|---|
| 슬롯-표면 거리 | 160 mm | 80 mm | 80 mm |
| 필요풍량(상대) | 1.0 | ≈0.35~0.5 | ≈0.25~0.4 |
| 포집효율 | 불안정 | 양호 | 우수 |
| 비고 | 작업자 방해 적음 | 지지대 보강 필요 | 간섭 최소화를 위한 얇은 플랜지 권장 |
10. 측정·검증(시운전 후)
10.1 샘플링 전략
- 개인시료: 호흡권에서 전기간 채취, 공정 피크를 반영하도록 교대·작업별로 분할 채취 계획을 세운다.
- 고정시료: 후드 전면, 작업자 뒤쪽, 공간 중앙 등 3점 이상을 선정한다.
- 실내·배출 감시: 연속 VOC 센서 또는 DMAc 특이 분석이 가능한 경우 알람 설정(예: 3, 5, 8 ppm 3단계).
10.2 합격판정과 개선 루프
- 8h TWA ≤ 10 ppm, 이벤트 평균은 내부관리기준(예: 15분 평균 ≤ 5 ppm)을 만족한다.
- 국소배기 성능 미달 시 후드 위치·각도·개구율을 조정하고, 풍량부족이면 팬 RPM 또는 임펠러 변경을 검토한다.
- 개선 후 재측정으로 전·후 비교를 문서화한다.
11. 공정·관리 대안
- 치환·감량: DMAc 사용량을 공정 상 최소화하고, 가능하면 대체용제를 검토한다.
- 밀폐화: 펌프다운·퀵커넥터·가스켓 교체로 누설을 억제한다.
- 자동화: 배출·세정 자동화로 호흡권 노출과 스플래시를 낮춘다.
- PPE: 장갑은 불소계 등 투과시험 성적서를 확인하여 선정한다.
12. 현장 점검 체크리스트(샘플)
| 항목 | 점검 방법 | 기준 | 빈도 |
|---|---|---|---|
| 후드 위치/거치 | 치수·사진 기록 | 발생면과 이격 최소화 | 월 1회 |
| 후드면속도 | 열선풍속계 10점 평균 | ≥ 설계의 90% | 월 1회 |
| 덕트속도 | 피토관 | 10~15 m/s | 분기 |
| 보충공기 | 도어 압력차·연기테스트 | 실내 과도 음압 방지 | 월 1회 |
| 개인노출 | NMAM/OSHA 방법 | TWA ≤ 10 ppm | 반기 |
| PPE 적합성 | 투과자료 검토 | DMAc 차단 등급 충족 | 반기 |
13. 빠른 계산 도구(수식 템플릿)
# 입력 예시 MW = 87.1 # g/mol ppm_target = 3.0 mgm3_target = ppm_target * MW / 24.45 G = 220 # mg/min K = 3.0
필요 일반환기 풍량(m³/min)
Q = K * G / mgm3_target
공조기 ACH 산출
V = 900 # m³
ACH = (Q * 60) / V
14. 요약
- DMAc는 8h TWA 10 ppm, 피부흡수 표지가 있어 환기만으로는 불충분하다.
- 설계는 국소배기 우선 원칙과 일반환기 보완을 병행한다.
- 필요 유량은
Q = G / (C_in - C_out)과 후드 면속도 기준으로 각각 산정하고, 더 큰 값을 채택한다. - 후드-발생원 거리 단축, 플랜지·가림판 추가, 보충공기 확보가 고효율 개선의 핵심이다.
- 설치 후에는 면속도·덕트속도·개인노출을 주기적으로 측정하여 피드백 루프를 유지한다.
FAQ
Q1. DMAc는 비점이 높아 증기 위험이 낮은가?
아니다. 상온 증기압은 낮지만 가열·교반·넓은 표면적 조건에서 증기발생이 크게 증가하며 피부흡수도 크다. 국소배기와 PPE가 병행되어야 한다.
Q2. 희석환기만으로 10 ppm 이하를 만들 수 있는가?
가능한 경우도 있으나 G가 작고 변동이 적을 때에 한한다. 이벤트 피크·피부노출·가연성을 고려하면 국소배기가 우선이다.
Q3. 후드면속도는 얼마나 잡아야 하나?
일반 용제 작업은 0.25~1.0 m/s 범위에서 작업교란풍·열상승 등을 고려해 설정한다. 후드형식과 거리, 플랜지 유무에 따라 풍량을 보정한다.
Q4. 배출구는 어떻게 배치하나?
외기흡입구·출입문과 재순환되지 않도록 지붕 상부·바람길을 고려해 배치한다. 필요한 경우 스택 높이 계산으로 재유입을 방지한다.
Q5. 측정은 무엇을 선택해야 하나?
개인시료를 기본으로 하고, 후드 전면·작업자 뒤편·실내 중앙 고정시료를 보완한다. 피크평가가 필요하면 단기 평균 또는 연속센서를 병행한다.