이 글의 목적은 제약공장에서 에탄올·IPA·아세톤·헥산 등 유기용제를 취급할 때 작업자 노출을 낮추고 화재·폭발 위험을 관리하기 위한 환기 설계의 핵심 포인트를 현장에서 바로 적용할 수 있도록 체계적으로 정리하는 것이다.
1. 제약공장 유기용제 환기 설계가 어려운 이유
제약공장은 GMP 환경 유지가 필수이므로 온도·습도·청정도·차압(압력 캐스케이드)을 동시에 만족해야 하며, 여기에 유기용제 증기 관리까지 결합되어 설계 변수가 급격히 증가하다.
유기용제는 증기압이 높아 누출·개방·이송·혼합 과정에서 기체상으로 빠르게 이동하며, 공정·설비·작업자 동선 변화에 따라 발생원이 수시로 변동하는 특성이 있다.
따라서 “일반환기만 늘리는 방식” 또는 “국소배기만 달아두는 방식”은 단독으로 한계가 크며, 발생원 제어·압력 구획·방폭·모니터링·검증까지 포함한 통합 설계가 필요하다.
주의 : 유기용제 환기 설계는 작업환경측정 결과, 공정 조건, 취급물질의 SDS 정보(특히 증기압·인화점·폭발범위·허용기준), 설비 배치, 방폭 등급, 필터·덕트 재질, 배출 규제 조건을 동시에 반영해야 하며, 임의로 환기량만 증대하는 방식은 에너지 비용 급증과 실내 기류 교란을 유발할 수 있다.
2. 설계 목표를 먼저 “수치”로 정의해야 하다
2-1. 작업자 노출 관리 목표를 정량화하다
환기 목적은 크게 작업자 건강 보호와 화재·폭발 예방으로 분리되며, 두 목표는 설계 기준과 검증 방법이 다르다.
작업자 노출 관리는 공정별 대표 물질을 선정하고, 단기 노출이 우려되는 작업(개방, 샘플링, 세정, 드럼 교체 등)을 “작업 단위”로 쪼개서 노출 목표 농도를 설정하는 방식이 현실적이다.
이때 목표 농도는 법정 기준, 사내 기준, 공정 리스크 평가 결과를 근거로 설정해야 하며, 설계 단계에서는 목표 달성에 필요한 제어 방식(국소배기 우선, 보조 일반환기)을 구조적으로 결정해야 하다.
2-2. 폭발 위험 관리 목표를 정량화하다
폭발 위험 관리는 “실내 농도를 폭발하한(LEL) 대비 충분히 낮게 유지”하는 개념으로 접근해야 하다.
구체적인 목표 비율(예: LEL의 일정 비율 이하 유지)은 사업장 방폭 철학과 위험성 평가 결과에 따라 결정해야 하며, 물질별 LEL 값은 SDS 또는 신뢰 가능한 기술 자료를 근거로 사용해야 하다.
설계 목표가 정해져야 센서 경보 설정, 비상 환기 모드, 인터록(설비 정지·밸브 차단·점화원 차단)까지 일관되게 구성할 수 있다.
3. 유기용제 발생원을 “유출량” 대신 “발생 시나리오”로 모델링하다
환기량 산정에서 가장 흔한 실패는 누출량을 한 가지 숫자로 단순화하는 것이다.
제약공장에서는 정상 운전 중 상시 발생(탱크 통기, 펌프 씰, 혼합조 개방면, 건조기 배기 등)과 비정상 이벤트(호스 이탈, 밸브 오조작, 드럼 전도, 씰 파손)가 구분되어야 하다.
정상 운전은 “연속 발생원”으로, 작업성 이벤트는 “간헐 발생원”으로, 비정상은 “비상 시나리오”로 분리하여 환기 모드를 설계해야 하다.
| 구분 | 대표 예시 | 설계 접근 | 검증 방법 |
|---|---|---|---|
| 연속 발생원 | 탱크 통기, 펌프 씰 미세 누출, 공정 배기 | 국소배기 우선 + 안정적 일반환기 보조 | 연속 모니터링, 작업환경측정, 밸런싱 |
| 간헐 발생원 | 샘플링, 드럼 교체, 세정, 개방 작업 | 작업 지점 포집(후드/부스) + 작업 절차 표준화 | 작업 시 농도 측정, 연기 시험, 현장 관찰 |
| 비상 시나리오 | 대량 유출, 호스 이탈, 밸브 파손 | 비상 환기 모드 + 점화원 차단 + 격리 | 인터록 시험, 경보 시험, 모의훈련 |
4. 기본 원칙은 “국소배기 우선, 일반환기 보조”이다
유기용제는 발생 지점 주변에서 포집하지 않으면 실내 전체로 확산되는 속도가 빠르다.
따라서 설계 우선순위는 국소배기(LEV)로 발생원을 직접 포집하고, 남는 잔류 농도를 일반환기(희석환기)로 낮추는 구조가 되어야 하다.
일반환기만으로 관리하려 하면 필요한 환기량이 과도해지고, 난기류로 인해 오히려 작업자 호흡영역에 증기를 끌어오는 역효과가 발생할 수 있다.
주의 : 국소배기 후드는 “설치 여부”보다 “실제 포집 성능”이 핵심이다. 후드 형상, 개구 면적, 포집 속도, 교란 기류, 작업자 위치, 장비 도어 개폐, 공정 열원에 따른 상승 기류를 모두 반영해야 하다.
5. 환기량 산정은 “질량수지”로 설계하고 “성능시험”으로 확정하다
5-1. 희석환기 기본 산정식은 질량수지이다
희석환기 설계의 출발점은 발생량(G)과 목표 농도(C_target)를 기반으로 필요한 외기 도입량(Q)을 계산하는 것이다.
다만 실제 공간은 혼합이 완전하지 않으므로 혼합계수, 공정 변동, 안전계수, 단기 피크를 반영해야 하며, 산정식은 “초기 추정치”로 사용하고 시운전 단계에서 측정으로 확정해야 하다.
# 희석환기 산정 개념(단위는 사업장 기준으로 통일해야 하다) # Q = G / (C_target - C_supply) # Q: 환기량(예: m3/h) # G: 유기용제 증기 발생량(예: mg/h 또는 g/h) # C_target: 목표 농도(예: mg/m3) # C_supply: 공급 공기 중 배경 농도(대개 0에 가깝다고 가정하되, 재순환 시 반드시 확인해야 하다) # 설계 절차 예시 # 1) 공정별 대표 작업을 정의하다 # 2) 작업 중 발생량 G를 보수적으로 산정하거나 측정값을 활용하다 # 3) 목표 농도 C_target을 기준에 따라 설정하다 # 4) Q를 계산하고, 기류/구획/압력조건과 충돌 여부를 검토하다 # 5) 시운전 시 농도 측정으로 Q와 국소배기 성능을 보정하다5-2. 국소배기는 “후드면 풍속”이 아니라 “포집 속도”가 핵심이다
국소배기 후드는 개구 면 풍속이 충분해도 작업 위치에서 포집이 안 되면 의미가 없다.
설계 단계에서는 후드 타입(캐노피, 슬롯, 플랜지형, 인클로저형, 다운드래프트 테이블 등)과 작업 형태를 매칭하고, 가능한 한 “부분 또는 완전 밀폐”로 전환해야 하다.
완전 밀폐가 어려운 작업은 플랜지 적용, 에어 커튼 보조, 작업 포지션 고정, 도어 인터록 등으로 포집 효율을 끌어올려야 하다.
6. 제약공장 특유의 압력 캐스케이드와 유기용제 구역 음압을 양립시키다
청정구역은 일반적으로 오염 유입을 막기 위해 양압을 사용하지만, 유기용제 취급 구역은 증기 확산을 막기 위해 인접 구역 대비 음압이 유리하다.
이 충돌을 해소하려면 “유기용제 취급을 청정등급 핵심 구역 밖으로 이동”하거나 “국소 인클로저로 위험을 구획 내부에서 종결”하는 방식이 필요하다.
예를 들어 원료 계량·혼합에서 유기용제를 개방 취급한다면 해당 작업을 별도 국소배기 부스 내에서 수행하고, 부스 자체를 음압으로 운영하여 청정동선과 분리하는 구성이 효과적이다.
| 설계 이슈 | 문제 양상 | 현장 적용 해법 | 검증 포인트 |
|---|---|---|---|
| 양압 청정구역 | 외부 오염 유입 차단이 목적이다 | 청정구역 외부에 용제 취급을 배치하거나 인클로저로 격리하다 | 차압, 문 개폐 시 기류 방향, 파티클 트렌드 |
| 용제 취급 구역 | 증기 확산 차단이 목적이다 | 인접 구역 대비 음압, 국소배기 우선 적용하다 | 연기 시험, VOC 센서, 냄새 민원 여부 |
| 동선/물류 | 드럼/IBC 이동으로 문 개방이 잦다 | 에어락, 전실, 롤업도어 인터록을 적용하다 | 개방 이벤트 로그, 차압 회복 시간 |
7. 방폭 관점에서 환기 설계를 구조화하다
7-1. 점화원 관리와 환기는 분리할 수 없다
유기용제 증기 관리가 필요한 구역은 전기·계장·팬·모터·센서 등 점화원이 존재하는 모든 요소를 함께 검토해야 하다.
환기 설계자는 “환기 덕트 내부”까지 가연성 혼합기가 형성될 가능성을 고려해야 하며, 팬 위치(흡입측/토출측), 스파크 가능 부품, 정전기, 필터 하우징 등까지 설계 범위에 포함해야 하다.
7-2. 비상 환기 모드와 인터록을 설계 단계에서 정의하다
정상 환기만으로는 비정상 대량 유출을 커버하기 어렵다.
따라서 VOC/LEL 센서 또는 공정 인터록 신호를 기반으로 비상 환기 풍량을 증대하고, 동시에 공정 설비 정지, 이송 밸브 차단, 점화원 차단을 연동하는 논리가 필요하다.
인터록이 작동하면 차압·기류가 급변하므로, 청정구역 오염 리스크를 줄이기 위한 전실 제어와 도어 인터록까지 포함해야 하다.
주의 : 재순환 공조를 사용하는 청정공조 시스템에 유기용제 취급 구역의 공기가 혼입되면 설계 의도와 무관하게 위험이 확산될 수 있다. 유기용제 취급 구역은 가능한 한 재순환을 배제하고, 불가피하면 배경 농도 모니터링과 안전 로직을 필수로 포함해야 하다.
8. 덕트·후드·필터·팬의 재질과 내화학성을 놓치면 실패하다
유기용제 환기는 풍량만 맞추면 끝이 아니며, 장기간 운전에서 부식·팽윤·누설·정전기·응축·슬러지 축적 문제가 반복적으로 발생할 수 있다.
덕트는 취급 물질과 온도 조건에 맞는 재질을 선정해야 하며, 실링 재료와 가스켓도 용제에 의해 팽윤되거나 경화될 수 있으므로 자재 승인 절차가 필요하다.
필터는 파티클 용도와 VOC 용도를 혼동하기 쉽다. HEPA는 VOC를 제거하지 못하므로, 필요 시 흡착 방식(활성탄 등) 또는 공정 특성에 맞는 처리 설비를 별도로 구성해야 하다.
9. 응축과 액적 발생을 고려한 배기 설계를 적용하다
유기용제 증기는 온도 저하 또는 포화 조건에서 응축될 수 있으며, 응축액은 덕트 내부에 축적되어 화재 위험과 누설 위험을 키울 수 있다.
특히 건조기·농축기·증발기·진공 라인의 배기는 용제와 수분이 혼합될 수 있어 응축 거동이 복잡하다.
이 경우 배기 라인 보온, 드레인 포트, 응축수 트랩, 세정 설비, 점검구 설치를 설계에 포함해야 하며, 드레인 배출은 폐수·폐용제 처리 체계와 연동해야 하다.
10. 작업공간 기류 설계에서 “사람이 서는 자리”를 기준으로 하다
제약공장 현장에서는 작업자가 후드 앞에 서고, 팔을 뻗고, 용기를 기울이고, 뚜껑을 여닫는 동작이 반복된다.
이 동작은 후드로 들어가는 기류를 깨뜨리는 대표적인 교란 요인이다.
따라서 후드 전면에 강한 횡풍이 생기지 않도록 급기 디퓨저 위치와 풍량을 조정하고, 작업자 뒤쪽에서 앞으로 밀어주는 형태의 기류가 형성되지 않도록 공조 토출 패턴을 설계해야 하다.
| 교란 요인 | 현장 증상 | 개선 설계 | 확인 방법 |
|---|---|---|---|
| 급기 횡풍 | 후드 밖으로 증기가 새어 나가다 | 급기 방향 전환, 토출 속도 완화, 디퓨저 위치 변경하다 | 연기 시험, 작업자 체감, VOC 트렌드 |
| 문 개폐 | 차압 붕괴로 역류가 발생하다 | 에어락, 도어 인터록, 차압 회복 제어를 적용하다 | 차압 기록, 문 개방 이벤트 로그 |
| 작업자 동작 | 호흡영역 농도가 순간 상승하다 | 인클로저 확대, 플랜지, 작업 포지션 표준화하다 | 개인 시료, 단기 측정, 관찰 |
| 열원 상승기류 | 증기가 위로 퍼져 천장에 축적되다 | 상부 포집, 열원 차폐, 배기 위치 최적화하다 | 상부 센서, 열화상/연기 관찰 |
11. 시운전·밸런싱·성능검증을 설계 산출물로 포함하다
유기용제 환기는 설치 후 “실제 풍량이 설계대로 나오는지”와 “실제 농도가 목표대로 관리되는지”가 확인되어야 하다.
따라서 설계 도면과 시방서에는 TAB(Testing, Adjusting, Balancing) 범위, 측정 포인트, 허용 오차, 인수 기준을 명확히 포함해야 하다.
국소배기는 후드별 풍량만 맞추는 것이 아니라, 포집 성능을 연기 시험 등으로 확인하고 필요 시 후드 형상과 배플을 조정해야 하다.
또한 필터 교체, 덕트 청소, 팬 베어링 점검, 방폭 설비 점검, 센서 교정 등 유지관리 항목을 인수 단계에서 운영팀에 이관해야 하다.
# 인수 기준 예시 체크리스트(사업장 절차에 맞게 조정해야 하다) # 1) 각 후드/인클로저 설계 풍량 대비 실제 풍량 오차 확인하다 # 2) 주요 구역 차압(정상/비상 모드) 유지 여부 확인하다 # 3) 연기 시험으로 포집 방향과 누설 여부 확인하다 # 4) VOC/LEL 센서 경보점, 인터록 연동, 비상 환기 모드 작동 확인하다 # 5) 운전 상태에서 작업환경측정 또는 단기 측정으로 목표 농도 달성 확인하다 # 6) 정전/비상정지 시 안전 상태로 전이되는지 확인하다 # 7) 유지관리 접근성(필터 교체, 점검구, 드레인) 확인하다12. 운영 단계에서 효과를 유지하는 핵심은 “변경관리”이다
제약공장은 제품 변경, 배치 스케줄 변경, 원료 변경, 설비 증설이 빈번하며, 이런 변화가 유기용제 발생 패턴을 바꾼다.
따라서 환기 설계의 성능을 유지하려면 변경관리(MOC) 절차에 “환기 영향 평가”를 포함해야 하다.
예를 들어 용제 농도가 높은 공정으로 전환되면 국소배기 재밸런싱, 센서 경보점 검토, 비상 모드 풍량 검토가 함께 수행되어야 하다.
현장에서 바로 쓰는 유기용제 환기 설계 체크리스트
| 항목 | 필수 확인 내용 | 자주 놓치는 포인트 | 권장 산출물 |
|---|---|---|---|
| 대표 물질 선정 | SDS 기반 물성, 사용량, 작업 빈도 확인하다 | 혼합용제, 불순물, 세정제 누락이 발생하다 | 물질 목록, 공정별 사용 매트릭스 |
| 발생 시나리오 | 연속/간헐/비상으로 분류하다 | 드럼 교체, 샘플링 피크가 과소평가되다 | 작업 분석서, 위험성 평가 |
| 국소배기 설계 | 인클로저 우선, 포집 성능 중심으로 설계하다 | 후드 전면 횡풍과 작업자 동작 교란이 발생하다 | 후드 도면, 풍량표, 연기 시험 계획 |
| 일반환기 설계 | 질량수지 기반 산정 후 측정으로 보정하다 | 혼합 불균일로 사각지대가 생기다 | 환기량 산정서, 급배기 평면도 |
| 차압/구획 | 청정구역과 용제구역의 목적을 분리하다 | 문 개폐 이벤트로 차압 붕괴가 반복되다 | 차압 계획도, 에어락 설계서 |
| 방폭/인터록 | 점화원 관리와 비상 모드 연동을 설계하다 | 센서 교정 누락으로 경보 신뢰도가 떨어지다 | 인터록 로직, 시험 절차서 |
| 시운전/검증 | TAB와 농도 검증을 인수 기준에 포함하다 | 풍량만 맞추고 포집 성능 확인이 누락되다 | 인수 기준서, 기록지 양식 |
FAQ
제약공장 유기용제 환기는 일반환기만 늘려도 되는가?
일반환기 증대만으로는 발생원 근처의 고농도 영역을 제어하기 어렵고, 필요한 환기량이 과도해지기 쉬우며, 기류 교란으로 노출이 악화될 수 있다. 발생원 포집을 위한 국소배기를 우선 적용하고, 잔류 농도를 일반환기로 보조하는 구조가 합리적이다.
청정구역 양압을 유지하면서 용제 증기 확산을 막는 방법은 무엇인가?
유기용제 개방 취급을 청정 핵심 구역 밖으로 이동하거나, 작업을 국소 인클로저/부스 내부에서 수행하여 위험을 구획 내부에서 종결해야 하다. 인접 구역으로의 확산을 막기 위해 용제 취급 구역은 국소적으로 음압 운영을 적용하고, 에어락과 도어 인터록으로 차압 붕괴를 줄여야 하다.
VOC 센서는 어디에 설치해야 효과적인가?
센서는 목적에 따라 위치가 달라야 하다. 작업자 노출 관리는 호흡영역 근처와 발생원 인근이 중요하고, 폭발 위험 관리는 증기가 축적될 가능성이 있는 상부 또는 환기 사각지대와 비상 대응 동선에 유리한 위치가 중요하다. 설치 전에는 기류 방향과 축적 가능 위치를 연기 시험과 현장 관찰로 확인해야 하다.
환기 덕트에 응축이 생기면 어떻게 해야 하는가?
응축은 덕트 내부 축적과 누설, 화재 위험을 키울 수 있으므로 보온, 드레인 포트, 트랩, 점검구, 필요 시 전처리(응축/세정) 설비를 포함해야 하다. 배출되는 응축액은 폐수·폐용제 처리 체계와 연동되어야 하다.
설계 환기량은 어떻게 검증해야 하는가?
풍량은 TAB로 확인하고, 포집 성능은 연기 시험 등으로 확인하며, 최종적으로는 운전 조건에서 농도 측정으로 목표 달성을 검증해야 하다. 설비 변경이나 제품 변경이 있을 때는 변경관리 절차로 재검증이 수행되어야 하다.