이 글의 목적은 이소프로필알코올(IPA)을 사용하는 제조·세정·혼합 공정에서 폭발 위험을 체계적으로 낮추기 위한 실무 대책을 정리하여 현장에서 바로 적용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. IPA의 연소·폭발 특성 이해가 출발점이다
IPA는 상온에서 쉽게 증발하고 공기보다 무거운 증기를 형성하여 낮은 지점으로 흐르는 특성이 있다. 인화점이 낮고 폭발하한(LEL)이 낮아 작은 점화원에도 화재·폭발로 이어질 수 있다. 공정 위험을 줄이려면 물성치를 숫자로 이해하고, 목표 농도와 허용치, 감지기 경보치를 체계적으로 관리해야 한다.
| 항목 | 전형값 | 의미 |
|---|---|---|
| 분자량 | 60.1 g/mol | 가스 환산과 농도 계산에 사용한다. |
| 끓는점 | 약 82.5 ℃ | 상온에서 증발이 활발하다. |
| 인화점(폐쇄식) | 약 11.7 ℃ | 상온 대부분 조건에서 가연성 증기 구간에 들어간다. |
| 폭발 하한(LEL) | 약 2.0 vol% | 공기 중 이 이상이면 점화 가능성이 생긴다. |
| 폭발 상한(UEL) | 약 12 vol% | 상한을 넘으면 연소가 일어나지 않는다. |
| 자연발화온도(AIT) | 약 399 ℃ | 표면온도 관리의 기준이 된다. |
| 증기밀도(공기=1) | 약 2.1 | 바닥·피트·트렌치에 증기가 고인다. |
| 20 ℃ 증기압 | 약 4.4 kPa | 개방면에서 빠르게 농도가 상승한다. |
| 최소점화에너지(MIE) | mJ 단위(소형 정전기도 위험) | 정전기 관리가 필수이다. |
LEL을 질량농도로 환산하면 공정 환기 설계에 도움이 된다. 25 ℃ 기준 1 mol 기체는 약 24.45 L를 차지하므로, 2.0 vol%는 약 20,000 ppmv에 해당한다. 이를 질량농도로 바꾸면 20,000 × 60.1 / 24.45 ≈ 49,000 mg/m³ 수준이다. 공정 목표농도를 LEL의 10% 이하로 관리하면 약 4,900 mg/m³ 이하로 유지하는 개념이 된다.
2. 폭발로 이어지는 전형적 시나리오를 선제 파악한다
① 세정·와이핑 작업에서 대량 IPA를 개방 용기에 붓고 수건을 적시는 경우 증기가 작업자 높이까지 확산하여 점화원과 만나 폭발하는 경우가 있다.
② 혼합탱크 상부 뚜껑을 개방하고 배치 투입을 급격히 하면 액적 비산·정전기·국소적 고농도 층 형성으로 점화 위험이 커진다.
③ 드럼 간 이송을 중력 낙하로 빠르게 하면 액면 분리 구간에서 대전이 커지고 금속 간 잠깐의 접촉불량이 스파크로 이어질 수 있다.
④ 스프레이 공정에서 미스트가 형성되면 폭발 범위가 넓어지고 MIE가 더 낮아진 조건이 되어 점화가 쉬워진다.
⑤ 바닥 트렌치, 피트, 탱크맨홀 주변에 증기가 고이고, 비방폭 팬이나 히터의 온도·스파크가 점화원이 되는 경우가 있다.
3. 대책 프레임: 본질안전화 → 공학적 통제 → 관리·운영 → 비상대응 순으로 설계한다
폭발 위험 저감은 계층화하여 접근해야 한다. 제거·대체 같은 본질안전화가 최상위이며, 그다음이 설비·시스템 중심의 공학적 통제, 이후가 절차와 교육 같은 관리적 통제이다. 마지막은 비상 시 피해를 국한하는 대비체계이다.
4. 본질안전화: 물질·농도·공정형태를 바꿔 위험원 자체를 줄인다
가능하면 비가연 또는 낮은 인화성 대체제를 시험한다. 대체가 불가하면 수용액 농도를 공정 품질이 허락하는 최저로 낮춘다. 다만 수용액이더라도 표면에서 IPA가 먼저 증발하면 국소적으로 가연성 구간에 들어간다는 점을 항상 고려해야 한다. 개방면적을 줄이고 밀폐화·폐회로화로 증기 방출 자체를 최소화한다. 액면 낙하를 줄이는 바닥주입(bottom-filling)과 조용한 충전 방식으로 대전을 줄인다.
5. 환기·희석 설계: “LEL의 10% 이하”를 기준으로 역산한다
목표는 정상운전 중 농도를 LEL의 10% 이하로 유지하고, 이상 시 경보·정지 인터록이 작동하도록 설계하는 것이다. 필요 공기량은 물질 방출량 E(kg/s)와 허용농도 C_allow(kg/m³)로 Q = E / C_allow로 1차 추산한다. 배경농도와 비균질성, 난류, 체류영역을 감안하여 안전계수를 둔다.
예시 계산이다. 개방 세정대에서 IPA가 3.0 g/min 방출된다고 가정한다. 이는 0.00005 kg/s이다. 목표농도를 LEL의 10%로 두면 4,900 mg/m³, 즉 0.0049 kg/m³이다. Q = 0.00005 / 0.0049 ≈ 0.0102 m³/s, 즉 약 36.7 m³/h가 된다. 실제 설계에서는 연무화, 국소포집 효율, 작업자 호흡권 보호를 고려하여 최소 수배의 여유를 둔 국소배기 후드와 일반환기를 병행한다.
국소배기는 오염원에 최대한 가깝게 설치하고, 전면개구부 속도를 일정하게 유지한다. 개방槽에는 다운드래프트 또는 슬롯형 후드를 적용하고, 확산·역류를 줄이는 가림판을 설치한다. 배기팬·모터·스위치는 방폭 사양을 적용한다.
6. 질소 퍼지·블랭킷: 산소를 제한하여 점화 가능성을 낮춘다
밀폐 혼합탱크·저장탱크에는 질소 블랭킷을 적용하여 산소농도를 제한한다. 퍼지 방식은 연속 블리드, 간헐 퍼지, 진공-질소 교대 퍼지 등 설비 상황에 맞춰 선택한다. 퍼지 전·후 산소농도를 연속 측정하여 설정치 이하로 유지하고, 산소센서·질소공급 밸브·교반기·가열기 등에 인터록을 건다. 탱크 급·배기 라인에는 화염역류방지기와 폭발방산(또는 억제) 장치를 검토한다.
7. 점화원 통제: 정전기·전기·기계·열원 모든 경로를 끊는다
정전기 관리이다. 모든 금속 설비·드럼·IBCs·이송라인을 상호 본딩하고 신뢰성 있는 접지를 유지한다. 비전도성 호스·라이너는 피하고, 전도성 또는 정전기 소산형 자재를 사용한다. 인체 대전 저감을 위해 導電성 안전화와 도전성 바닥재·매트·왁스를 적용한다. 유속은 초기 충전 시 낮게, 액면이 파이프를 덮은 후 점차 높이는 단계운전을 적용한다. 필터·스트레이너·스프레이 노즐처럼 대전이 큰 부품에는 바이패스와 속도제어를 설계한다.
전기 점화원이다. 위험구역은 공정 기반으로 구획하고, 해당 구역에는 방폭 전기기기를 사용한다. 이음부·커넥터·스위치·센서·저울·휴대단말기 등 소형 전기기기도 범위에 포함한다. 유지보수 시에는 전원 차단과 purging 후 작업허가 절차를 적용한다.
기계·열 점화원이다. 마찰·충격·베어링 과열·정지마찰 등으로 고온부가 생기지 않도록 축정렬·윤활·온도감시를 한다. 가열기·히터·열풍기는 폭발위험구역에서 배제하거나 적정 사양으로 이격 설치한다. 표면온도는 공정 물질의 자연발화온도보다 충분히 낮게 관리한다.
8. 공정 밀폐·이송 설계: 조용한 충전, 폐회로, 하부주입을 표준으로 한다
드럼·탱크 이송은 밀폐 커플러와 드럼펌프를 사용하고, 통기관을 별도 확보하여 내압상승·에어레이션을 방지한다. 하부주입으로 스플래시를 줄이고 기포가 섞이지 않게 한다. 탱크 내부에는 평활한 유입디퓨저를 적용한다. 배관은 불필요한 절곡·급격한 단면 변화·사행을 피하고, 호스는 길이를 최소화하며 마모·균열을 정기 교체한다.
9. 감지·알람·인터록: “감지→경보→정지”의 자동 연쇄를 만든다
LEL 센서를 위험구역의 대표지점에 배치하고, 확산·기류를 고려하여 저지대·작업자 호흡권·잠재 정체구역을 포함한다. 일반적으로 경보 1단은 낮은 설정치, 2단은 더 높은 설정치로 두고, 2단에서는 비본질 기능을 단계 정지하도록 설계한다. 교반기·가열기·충전밸브·스파크 위험 설비는 자동 정지 대상에 포함한다. 센서는 정기 교정·기능시험을 수행한다.
10. 작업허가·절차·교육: 사람의 변동을 절차가 흡수하도록 만든다
화기작업·밀폐공간·전기작업·탱크개방 등 고위험 활동은 작업허가제를 운영한다. “가동 전 점검→가동 중 순찰→가동 후 정리”의 3단계를 표준화한다. 신입·협력업체 교육에는 연소기초, LEL 개념, 정전기 통제, 장비 사양 준수, 비상정지 버튼 위치 훈련을 포함한다. 모의훈련 시에는 실제 기류·농도 변화를 측정하여 교육 자료로 활용한다.
11. 세정·와이핑·랩 작업에서의 특화 대책
세정제는 가능한 한 소포장 디스펜서로 소량 분출하고 즉시 닫는다. 와이핑 천은 사용 직후 금속 안전캔에 밀폐 보관하고, 교대 종료 시 전량 배출한다. 실험실에서는 소형 통풍캐비닛 또는 케미칼 후드 내에서만 개방 취급하고, 일반 환풍기·가정용 선풍기는 사용하지 않는다. 초음파 세정기·가열 건조기 사용 시 증기 누출·과열 인터록을 확인한다.
12. 폐기물·잔액·수거용기 관리
잔액·세정천·흡착재는 금속 뚜껑식 안전캔이나 방폭형 배출함을 사용한다. 용기는 비우기 전에 충분히 환기된 장소에서 질소로 헤드스페이스를 치환하고, 뚜껑을 닫은 후 라벨을 명확히 부착한다. 서로 반응 가능한 산화제·산과의 혼재를 금지한다.
13. 설비 점검·유지보수·검증
접지 연속성, 호스 도전성, 본딩 클립 상태, 배기 풍량, 센서 교정, 인터록 시험, 경보 이력 검토를 정기적으로 수행한다. 변경관리는 설계변경(MOC) 절차를 통해 리스크 재평가 후 반영한다. 설비 세척·개방 시 purge→잠금/표지→가스측정→감시자 배치 순으로 관리한다.
14. 계산·치트시트: 현장에서 바로 쓰는 핵심 수치
가. LEL 2.0 vol% ≈ 20,000 ppm v이다.
나. mg/m³ 환산은 “ppm × 분자량 / 24.45”이다.
다. 목표 농도는 LEL의 10% 이하로 두고, 경보·정지 단계는 내부 기준으로 더 보수적으로 설정한다.
라. 하부·저지대에 증기가 모이므로 공기 취입은 상부·배기는 하부를 병행한다.
15. IPA 사용 공정 표준작업(SOP) 샘플
작업 전 점검이다. ① 배기팬·LEL 센서 자가점검 기록 확인 ② 본딩·접지 클립 체결 상태 확인 ③ 주변 화기·히터 반입 금지 표지 확인 ④ 비상정지 버튼·소화기 위치 재확인 ⑤ 빈 드럼·용기 통기관 개방 확인 ⑥ 질소 공급압·조정밸브 위치 확인 ⑦ 작업허가서 유효성 확인을 수행한다.
작업 중 관리이다. ① 충전은 초기 저유속→액면 피복 후 증속 ② 개방부는 즉시 덮개 닫기 ③ 유출 즉시 흡착재로 둘러싸기 ④ LEL 표시값 상시 감시 ⑤ 냄새·어지러움 등 이상 시 즉시 대피 ⑥ 금속 도구만 사용 ⑦ 휴대 전자기기 사용 금지를 준수한다.
작업 후 정리이다. ① 잔액 회수·밀폐 ② 세정천 안전캔 보관 ③ 바닥 세척·건조 ④ 점검표 서명·인계 ⑤ 경보·인터록 작동 여부 주간회의 공유를 수행한다.
16. 자주 틀리는 포인트와 사고유형
① “70% 수용액이라 안전하다”는 오해이다. 상온에서 여전히 쉽게 점화되며 미스트화되면 위험이 커진다.
② 플라스틱 깔때기·호스 사용이다. 비전도성 재질은 정전기 축적 위험이 높다.
③ 일반 모터팬·가열기 사용이다. 스파크·고온 표면이 점화원이 된다.
④ 후드 켜진 상태로 스파크 공구 사용이다. 국소배기가 있어도 점화원은 점화원이다.
⑤ 드럼 교체 시 본딩·접지를 깜박하는 경우이다. 잠깐의 이탈이 사고로 이어진다.
17. 현장 점검 체크리스트(일상·주간·월간)
| 주기 | 점검항목 | 방법 | 기준 | 조치 |
|---|---|---|---|---|
| 일일 | 본딩·접지 클립 체결 | 육안·당김 | 이탈·부식 없음 | 즉시 교체·재체결 |
| 일일 | LEL 표시값 | 표시장치 확인 | 평상시 0~저농도 | 이상 상승 시 원인조사·정지 |
| 일일 | 배기 풍량 | 애너모미터/지시 | 설계치 이상 | 필터 청소·팬 점검 |
| 주간 | 호스 도전성·균열 | 육안·저항계 | 균열·비전도 없음 | 교체 |
| 주간 | 안전캔 밀폐상태 | 육안·냄새 | 누설·개방 없음 | 교체·밀폐 |
| 월간 | 센서 교정·기능시험 | 시험가스·시뮬레이션 | 경보·정지 정상 | 재교정·수리 |
| 월간 | 인터록 연동 시험 | 시나리오 테스트 | 차단·정지 정상 | 로직 수정 |
| 월간 | 접지 연속성 확인 | 연속성 시험 | 연속성 확보 | 클램프·도체 보수 |
18. 교육자료 핵심 슬라이드에 넣을 문장
“IPA는 냄새보다 빠르게 고인다. 바닥부터 배기하고, 점화원은 원천 배제한다.”라고 정리한다. “LEL의 10% 이하”라는 수치와 “정전기 관리가 방폭의 절반”이라는 메시지를 반복한다.
19. 비상대응 카드 요약
① 경보 울리면 즉시 작업 중지·점화원 제거 ② 환기는 유지하되 비방폭 설비는 가동 금지 ③ 유출은 비점화성 흡착재로 둘러싸고 금속 도구로 회수 ④ 응급환자는 신선한 공기로 이동 ⑤ 상황 종료 후 원인·재발방지 대책을 문서화한다.
20. 현장 적용을 위한 체크리스트(프린트 1장용)
□ LEL 센서 교정일자 확인하였나 □ 본딩·접지 전부 체결되었나 □ 드럼 충전은 하부주입·저유속으로 시작하였나 □ 질소 블랭킷·퍼지 설정치 확인하였나 □ 국소배기 풍량·개구면 속도 확인하였나 □ 금속 안전캔 준비·뚜껑 닫힘 상태인가 □ 휴대 전자기기 반입 금지 안내하였나 □ 비상정지 버튼 위치 숙지 여부 확인하였나 □ 화기작업·전기작업 허가증 확인하였나 □ 작업 후 청소·잔액 밀폐·기록·인계 완료하였나로 점검한다.
FAQ
IPA 70% 수용액은 불연성인가?
아니다. 70% 수용액은 여전히 가연성이며 증기·미스트가 발생하면 점화 위험이 충분하다. 개방면적을 줄이고 국소배기·정전기 통제를 동일하게 적용해야 한다.
LEL 센서 경보치는 어떻게 잡아야 하나?
평시 목표는 LEL의 10% 이하로 운전하고, 내부 기준에 따라 1·2단 경보와 단계적 정지를 설계한다. 공정 특성·대피시간·정지시 안전성 등을 반영하여 자체 기준을 문서화한다.
질소 퍼지 시 산소농도는 얼마로 관리하나?
설비·공정에 맞는 설정치를 내부 기준으로 정하고, 산소센서로 연속 모니터링하며 인터록을 연동한다. 산소농도 목표를 낮출수록 안전여유는 커지지만 품질·부식·비용 영향을 함께 검토해야 한다.
정전기 저감을 위해 호스 유속 제한이 필요한가?
초기 충전은 저유속으로 시작하여 액면을 덮은 뒤 점차 증속하는 단계운전이 바람직하다. 호스·필터·노즐 등 대전이 큰 요소가 있으면 더 보수적으로 운전한다.
어떤 소화기가 적합한가?
IPA는 유류화재에 해당하므로 일반적으로 분말, 이산화탄소, 포 소화기를 준비한다. 소화기는 접근성·유량·교육 상태를 함께 확인한다.
소량 실험실 작업에도 방폭 설비가 필요한가?
소량이라도 가연성 구간과 점화원이 동시에 존재하면 위험해진다. 후드 내 취급, 정전기 통제, 비방폭 기기 반입금지 원칙은 동일하게 적용한다.