IPA 정전기 폭발·화재 위험 저감 대책 완벽 가이드

이 글의 목적은 이소프로필알코올(IPA) 사용 공정에서 발생하는 정전기 착화 위험을 체계적으로 진단하고, 설비·작업·관리 측면의 실무 대책을 단계별로 제시하여 현장에서 즉시 적용 가능한 표준을 제공하는 것이다.

1. IPA 정전기 착화 위험의 본질 이해

IPA는 인화성 액체로서 증기가 공기와 혼합되어 가연 범위에 들어가고, 미소 에너지의 방전에 의해 착화될 수 있다. 정전기는 액체 이동, 여과, 교반, 분무, 충전 및 드레인 과정에서 누적되며, 방전이 발생하는 위치와 시간에 따라 증기-공기 혼합기의 농도가 하한에 근접할 경우 점화원이 된다. IPA는 작업장 온도 범위에서 높은 증기압을 보이며, 낮은 최소점화에너지(MIE)를 가진 전형적 용매 계열에 속한다.

1.1 주요 물성 및 위험 지표

항목	대표 값	설명	정전기 대책 의미
플래시 포인트	약 12°C	이 온도 이상에서 인화성 증기 발생이 충분함	대부분의 실온에서 인화성 분위기 가능성 높음
하한/상한 폭발한계(LFL/UFL)	약 2.0% / 12.7% vol	공기 중 체적비 농도 범위	환기 목표를 LFL의 25% 이하로 설정
최소점화에너지(MIE)	약 0.65 mJ	정전기 방전 에너지와 직접 비교	아주 작은 방전으로도 착화 가능
자가착화온도(AIT)	약 399°C	외부 점화원 없이 가열 시 착화	가열부, 열표면 관리 필요
증기압(25°C)	약 4.4 kPa	포화증기 농도 약 43,000 ppm	정지·개방 시 국소 농도 급상승 가능

주의 : 표의 값은 설계·관리 기준을 세우기 위한 대표값이다. 구체 설계 시에는 최신 SDS와 설비 조건에 맞는 보수적 값을 적용한다.

1.2 정전기 발생 메커니즘 요약

액체의 난류 유동·관내 전단·분무 및 자유낙하 중 계면에서 전하 분리 현상이 발생한다.
비전도성 재질 용기·호스·필터는 전하를 오래 보유하여 축적을 가속한다.
저습 환경에서 표면 저항이 증가하여 전하 소산 속도가 느려진다.
접지·본딩이 미흡하면 금속부 재료 간 전위차가 커져 방전 스파크가 발생한다.

2. 위험 평가 절차

2.1 공정 분해와 점화원 파악

공정 단계 분해: 저장→이송→충전→교반→세정/도포→건조→폐액 처리로 나눈다.
점화원 후보 도출: 정전기 스파크, 전기기기, 열표면, 핫워크, 메커니컬 스파크를 목록화한다.
농도·체류 평가: 각 단계별 국소 환기량, 체적, 배출 위치, 누설 시나리오를 정량화한다.

2.2 농도·환기 1차 산정

증기 발생량을 G [m³/min], 목표 실내 농도를 C [v/v]로 두면 필요 환기량은 다음으로 근사한다.

Q_required = G / C [m³/min]

여기서 C는 보수적으로 0.25 × LFL 이하로 둔다. 예를 들어 LFL 2.0%일 때 목표 C ≤ 0.5%로 설정한다.

2.3 포화증기 농도와 위험 구간 확인

C_sat (ppm) ≈ 10^6 × (P_vap / P_atm)

25°C 기준 IPA의 포화증기는 약 43,000 ppm 수준이므로, 밀폐·국소 공간에서 일시적으로 LFL을 초과할 수 있음을 가정하여 설계한다.

2.4 정전하 소산 시간

표면 또는 벌크 재료의 정전하 소산 특성은 유전율 ε, 비저항 ρ로 근사한다.

τ ≈ ε × ρ

τ가 클수록 전하가 오래 잔류한다. 고저항 폴리머 호스·라이너는 τ가 매우 크므로 도전성 또는 정전기 소산형 재질로 대체한다.

3. 설비 엔지니어링 대책

3.1 본딩·접지 표준

대상	목표	측정 기준	점검 빈도
금속 용기·탱크 사이 본딩	저항 10 Ω 이하	저항계로 단자-단자 측정	월 1회 및 작업 변경 시
설비 대지 접지	접지 저항 100 Ω 이하	접지저항계(3극법)	반기 1회
IBC/드럼 클램프	클램프-금속 간 도통 확인	연속성 시험(부저)	매 작업 전
호스·노즐	내부 나선/도전층 연속성	양단 저항 < 1 MΩ	분기 1회

주의 : 본딩·접지는 “연결”만으로 충분하지 않다. 페인트·산화막·오염물은 접촉저항을 급증시킨다. 이빨형 클램프와 도전성 접촉면 확보가 필수이다.

3.2 배관·충전·저장 설계

충전 방식은 바닥하부(bottom loading) 또는 노즐을 액면 아래까지 삽입하여 자유낙하 및 분무를 회피한다.
여과는 정전기 발생이 크므로 대체 공정 검토 또는 여과 전·후 유속을 낮추고 도전성 하우징을 적용한다.
호스는 정전기 소산형(표면저항 10⁶~10⁹ Ω/□) 또는 도전성(10³~10⁵ Ω/□) 등급을 선택한다.
IBC·드럼 상단의 배기 포트를 도전성으로 하고, 금속 덕트로 접지된 국소배기와 연결한다.
탱크 상부 질소 퍼지 또는 블랭킷을 적용하여 산소 농도를 낮추고 정지·비작업 상태의 농도 상승을 억제한다.

3.3 환기·제어 기준

국소배기 후드 캡처 속도는 작업 유형에 맞게 0.5~1.0 m/s 범위에서 검증한다.
배기량은 목표 농도 0.25×LFL 이하로 유지하도록 산정하고, 연속식 LEL 센서로 피드백 제어한다.
배기 덕트 내부는 금속 재질·연속 접지로 설계하며 라이너를 피한다.

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3.4 전기·방폭 등급

분류된 위험구역 내 전기설비는 해당 방폭 등급으로 선정한다.
이동형 전원·연장선은 위험구역 반입 금지 또는 방폭형으로 제한한다.

3.5 바닥·가구·포장재 정전기 관리

항목	권장 기준	비고
바닥재 표면저항	10⁵~10⁹ Ω	정전기 소산형 바닥재
작업대·렉	접지 연결	도전성 매트 사용
포장·와이프	정전기 방지형 사용	폴리백은 소산형 등급

4. 운전·작업 절차 대책

4.1 충전·배출 표준작업절차(SOP)

작업 전 본딩·접지 연속성 확인 후 체크리스트 서명한다.
질소 퍼지 또는 국소배기 가동을 확인한다.
노즐을 액면 아래로 삽입하고 유량을 단계적으로 상승시킨다.
유속 상한을 설정한다. 소형 드럼 충전 시 1 m/s 이하, 대용량 라인 1~3 m/s 범위에서 실측 검증한다.
충전 중 LEL 표시기를 상시 감시하고 경보 설정은 10%LEL, 차단은 20%LEL로 둔다.
중단 시 잔류 전하 소산 시간을 확보한 뒤 분리·개방한다.

4.2 휴대 용기 취급

플라스틱 깔때기·주전자 사용을 금지하고 금속 도전성 장비로 대체한다.
금속 드럼 뚜껑·번지 캡은 도전성 패스 확보 후 개봉한다.
휴대형 카트도 접지 스트랩 또는 도전성 바퀴를 채택한다.

4.3 세정·와이핑 작업

정전기 방지 와이프를 사용하고, 분무 대신 적심·닦아내기 방식을 우선한다.
분무가 불가피하면 저압 대입경 노즐로 에어로졸 생성을 최소화한다.
세정 중 인접 열원·스파크 가능 작업을 일시 중지한다.

4.4 청소·유출 대응

흡착제는 정전기 소산형을 사용하고, 회수 용기는 금속 접지형으로 준비한다.
배풍기 가동 후 격리·점화원 통제→누출 차단→흡착 회수→폐기 용기 밀봉 순으로 수행한다.

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5. 환경·인적 요소 관리

5.1 상대습도 및 대전 억제

작업장 상대습도 45~60%를 유지하여 표면저항을 낮춘다.
이온화 송풍기를 가연성 증기 영역 외부에 위치시키고, 공정에 따라 방폭형 모델을 선정한다.

5.2 개인보호구(PPE)

정전기 소산형 작업복·안전화·장갑을 사용한다.
합성섬유 상의는 마찰대전이 크므로 방염·소산형 원단을 적용한다.

5.3 교육·허가제

핫워크·전기작업·개방작업은 허가서를 통해 위험구역 격리·LEL 확인·질소 블랭킷 확인 후 승인한다.
신규·변경 작업은 작업 전 위험성평가(JSA/TRA)를 실시한다.

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6. 계측·모니터링

고정식 LEL 센서와 휴대형 가스를 병행하여 층류·정체영역을 커버한다.
본딩·접지 모니터(연속 그린/옐로 램프)로 실시간 상태를 표시한다.
정전위계로 인체·장비 표면 전위를 스팟 측정하여 관리치 초과 시 원인 분석한다.

7. 계산·치크리스트 예시

7.1 환기량 산정 예시

가정: 세정 공정에서 IPA 증기 배출량 G = 0.05 m³/min, 목표 농도 C_target = 0.5% = 0.005 v/v라면 필요 환기량은 다음과 같다.

Q_required = 0.05 / 0.005 = 10 m³/min

공간 체적이 50 m³이면 시간당 환기회수(ACH)는 (10 × 60) / 50 = 12 ACH가 된다. 국소배기와 일반환기의 조합으로 달성한다.

7.2 충전 유속 상한 점검

배관 내 직경 D = 25 mm, 충전 유량 Q = 10 L/min일 때 평균 유속 v는 다음과 같다.

A = π × (0.025 m / 2)^2 = 4.91e-4 m² v = (10e-3 m³/min) / 4.91e-4 m² = 20.4 m/min ≈ 0.34 m/s

소형 드럼 충전 시 1 m/s 미만 목표를 만족한다. 교반·여과 동시 수행 시 총 정전기 발생을 고려해 더 낮게 운전한다.

7.3 본딩·접지 체크리스트

점검 항목	기준	결과 기록
IBC-충전스테이션 본딩 저항	< 10 Ω	_____ Ω
스테이션-대지 접지 저항	< 100 Ω	_____ Ω
호스 양단 도통	< 1 MΩ	_____ Ω
클램프 치핑/접촉면 상태	양호	OK/NG
LEL 고정식 알람 시험	10%/20% LEL	OK/NG

8. 공정 변경 및 관리 체계

8.1 변경관리(MOC)

배관 재질·호스 등급·여과기 교체·질소 퍼지 조건 변경 시 전기적 등가 여부를 검토한다.
임시 배관·임시 전원 사용 시 방폭·접지 검증을 선행한다.

8.2 정비·검사 주기

본딩·접지 측정: 월간, 결과 추세 관리한다.
LEL 센서 교정: 월간 점검·분기 교정한다.
바닥 표면저항 시험: 반기 1회 수행한다.

9. 실패모드와 대책 매트릭스

실패모드	원인	결과	대책
충전 중 스파크 방전	본딩 불량·노즐 프리폴	증기 착화	액면하 충전, 본딩 저항 측정, 유속 제한
여과 시 농도 상승	분무화·난류	LEL 접근	여과유량 저감, 밀폐 하우징+국소배기
건조 시 대전	저습·기류	표면 대전	RH 45~60%, 이온화 송풍기
유출 대응 중 폭발	비도전성 흡착재·플라스틱 용기	스파크	소산형 흡착재, 금속 접지 용기

10. 비상 대응

경보 10%LEL 발령 시 작업 중지·환기 강화·원인 추적을 시행한다.
20%LEL 상시 차단 인터록으로 전원·펌프를 정지시킨다.
화재 발생 시 폼·CO₂·분말 소화기를 사용하고 물 분무로 증기 억제하되 유출 확산을 방지한다.

주의 : 소화 후 재점화 위험이 있으므로 열표면 냉각과 농도 재확인을 반복한다. 재가동 전 공정 전 구간 LEL 측정을 수행한다.

11. 표준 운영 패키지(SOP 템플릿)

11.1 작업 전

1) LEL 센서 교정 상태 확인 2) 본딩·접지 시험 기록 3) 질소 퍼지/국소배기 가동 확인 4) 가연성 영역 출입 통제, 비방폭 장비 반입 금지 5) 상대습도·온도 확인

11.2 작업 중

1) 노즐 액면하 유지, 유속 상한 준수 2) LEL 10% 경보 시 일시 정지 후 원인 제거 3) 용기 교체 시 전하 소산 대기(≥30 s) 후 분리 4) 휴대용 기기의 접지 스트랩 확인

11.3 작업 후

1) 밸브/캡 밀봉, 누설 점검 2) 잔류 증기 LEL < 10% 확인 3) 체크리스트 업로드 및 이상 리포트

12. 현장 자주하는 질문(FAQ)

플라스틱 드럼을 써도 되는가?

권장하지 않는다. 금속 드럼은 본딩·접지가 용이하여 전하 축적을 최소화한다. 부득이하게 플라스틱을 사용할 경우 내면 도전층·외부 본딩 스트랩·도전성 라이너 등 추가 대책이 필요하다.

질소 퍼지와 환기는 함께 운전해야 하는가?

그렇다. 질소 퍼지는 탱크 내부 산소 농도를 낮추어 점화 위험을 줄이고, 환기는 외부 공간 농도 제어에 기여한다. 상호 보완적으로 설계한다.

이온화 송풍기는 폭발 위험을 높이지 않는가?

방폭 등급에 부합하고, 가연성 증기 영역 외부에 설치하며, 접지·필터 유지보수를 준수하면 정전기 저감에 유효하다.

허용 유속 기준은 어떻게 정하는가?

용기 크기·도체 여부·여과 유무·액체 전도도를 고려하여 보수적으로 0.5~1 m/s에서 시작해 LEL·전위 측정 결과로 최적화한다.

바닥 저항 측정은 왜 필요한가?

인체·장비에서 발생한 전하가 바닥을 통해 소산되도록 하기 위함이다. 표면저항 10⁵~10⁹ Ω 범위 유지가 바람직하다.

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