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에너지관리기사 열설비법규 · 보일러 사고의 원인과 대책

Boiler Accidents: Causes and Measures

보일러 사고는 압력이 재료 강도를 넘는 파열 · 압궤 · 팽출, 미연가스가 일으키는 역화 · 가스폭발로 나뉘고, 가장 큰 뿌리는 저수위로 생기는 과열이다. 전열면이 물 밖으로 드러나면 냉각이 끊겨 금속 온도가 오르고 강도가 떨어져, 노통은 외압에 눌리고(압궤) 동체는 내압에 터진다(파열). 그림은 보일러 드럼의 수위와 안전저수위, 오른쪽의 금속 온도 막대예요. 1 ~ 5단계 버튼을 누르면 수위가 내려가며 전열면이 드러나고 금속 온도가 올라가는 과정이 단계별로 바뀌어요.

사고는 압력 · 과열 · 연소에서 온다

보일러는 고압 증기를 다루는 압력용기라 사고는 크게 세 갈래에서 온다. 압력이 재료 강도를 넘는 파열 · 압궤 · 팽출, 연소 중 미연가스가 일으키는 역화 · 가스폭발, 그리고 대형 사고 대부분의 뿌리인 저수위 과열이다. 원인을 알면 대책은 곧 안전장치와 취급 절차로 이어진다.

👀 사고를 부르는 공통 뿌리
①과열: 저수위 · 스케일 부착으로 전열면 냉각이 끊기면 금속 온도가 급히 오른다
②압력 초과: 안전밸브 불량 · 압력계 오작동으로 최고사용압력을 넘긴다
③연소 이상: 점화 지연 · 통풍 불량으로 미연가스가 노 안에 쌓여요
④부식 · 감육: 급수 수질이 나빠 두께가 얇아지고 강도가 떨어진다

사고 유형과 원인 짝짓기

보일러 사고 유형별 원인과 대책

보일러 사고 유형 분류
📋 압궤와 팽출의 방향 차이
①압궤는 외압(연소가스 쪽)이 이겨 안쪽으로 눌리는 것이다(노통 · 연관 같은 압축 부재)
②팽출은 내압(증기압)이 이겨 바깥으로 부푸는 것이다(수관 · 동체 같은 인장 부재)
③둘 다 과열로 금속 강도가 떨어진 것이 공통 원인이에요
④과열의 가장 큰 원인은 저수위라, 저수위를 막는 것이 사고 예방의 핵심이다

저수위 사고가 진행되는 과정

⚡ 저수위가 치명적인 까닭
①물은 전열면을 식히는 냉각재 역할을 한다
②수위가 전열면 아래로 내려가면 냉각이 끊겨 금속 온도가 치솟는다
③고온에서 강재의 항복강도는 절반 이하로 떨어져요
④그래서 안전저수위에 닿으면 연료를 자동으로 끊는 인터록이 꼭 있어야 한다

핵심 공식과 관계

동체 원주 방향 응력(후프 응력)
σ = P·D / (2t)
P = 내압 · D = 안지름 · t = 두께 · 압력이 크고 얇을수록 응력이 큼
안전율
S = σu / σa
σu = 인장강도 · σa = 허용응력 · 과열로 σu가 떨어지면 안전율이 무너짐
저수위 방어
수위 ≤ 안전저수위 → 연료 자동 차단
인터록으로 과열 사고의 뿌리를 끊음

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①압궤는 외압에 눌려 안쪽으로, 팽출은 내압에 밀려 바깥으로 생긴다(방향이 반대)
②과열의 가장 큰 원인은 저수위이고, 다음이 스케일 · 유막 부착이다
③파열은 최고사용압력 초과 · 부식 · 재료 결함에서 오고, 대책은 안전밸브와 수질 관리예요
④역화와 가스폭발은 미연가스가 쌓여 생기므로 프리퍼지로 막아요
⑤후프 응력 σ = P·D/(2t)이고, 과열로 강도가 떨어지면 안전율이 무너진다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 노통이 외압에 눌려 안쪽으로 찌그러지는 사고는? (답: 압궤)
②[기출유형] 보일러 과열 사고의 가장 큰 원인은? (답: 저수위)
③[기출유형] 내압 1 N/mm², 안지름 1000 mm, 두께 10 mm인 동체의 후프 응력은? (답: 1×1000/(2×10) = 50 N/mm²)
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