최적의 미스트 제어 솔루션은 작업장의 고유한 공정을 고려하여 결정됩니다.

현대의 가공 센터(Machining center)는 이전 세대의 가공 센터와 다릅니다. 오늘날의 기계는 더 높은 압력으로 공급되는 금속 가공 유체를 통해 훨씬 더 빠른 공구 속도를 제공합니다. 이로 인해 미스트 집진기나 미스트 집진 시스템으로 포집해야 하는 더 작은 미스트 파티클(particle)(2 마이크론 이하) 수준이 높아집니다. 이런 작은 파티클(particle)은 모두 효과적으로 걸러내기가 어렵습니다. 금속 가공 유체(MWF) 미스트는 적절하게 관리되지 않으면 건강과 안전에 위험을 초래할 수 있으며, 직원을 유치하고 유지하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 미스트 집진 기술의 차이점을 이해하면 특정 프로세스에 최적화된 미스트 제어 시스템을 설계하여 더욱 안전한 작업 환경을 조성하는 데 도움이 됩니다.

미스트가 위험한 이유는 무엇인가요?

금속 가공 유체 미스트는 금속 가공 유체가 기계 가공이나 연삭 중에 기계적 힘을 받을 때 형성됩니다. 미스트는 높은 전달 압력, 공작 기계의 고속 이동, 공구와 작업물 사이의 마찰로 인해 공기 중으로 퍼집니다. 이러한 미스트는 작업 공간 주변 공기로 방출되어 흡입 위험을 초래하거나 눈 자극을 유발할 수 있습니다. 오늘날의 MWF 미스트 입자의 크기가 작기 때문에 흡입 위험이 커집니다. 어떤 경우에는 미크론 미만의 입자가 폐 깊숙이 침투할 수 있기 때문입니다.1

MWF 미스트에 장시간 노출되면 호흡기 질환을 포함한 다양한 건강 문제가 발생할 수 있습니다. 실제로 직업 관련 천식은 가장 흔한 직업병 중 하나로, 이로 인해 의료비와 근로자 보상에 상당한 비용이 발생합니다.2

직업 안전 및 건강 관리국(OSHA)은 이러한 위험을 인식하고 특정 유형의 미스트에 대한 허용 노출 한도를 규제합니다. 즉, 고용주는 OSHA 규정을 준수하기 위해 공기 질을 주의 깊게 관리해야 합니다.

1미국 환경 보호국: 입자(PM)의 건강 및 환경 영향

2질병 통제 예방 센터: 국립 직업 안전 보건 연구소(NIOSH): 금속 가공 유체

위험 완화

미국 산업안전보건연구원(NIOSH)이 권장하는 위험 제어 계층(Hierarchy of Controls) 방법은 MWF 미스트 노출에 대한 효과적인 제어 조치를 구현하기 위한 로드맵을 제공합니다.

이 계층 구조를 적용하여 회사는 프로세스가 위험을 제거하거나 대체할 수 없는 경우 노출을 줄이기 위해 국소 배기 벤틸레이션 시스템과 같은 실행 가능한 엔지니어링 제어를 구현해야 합니다.

금속 가공 유체 미스트를 위한 국소 배기 벤틸레이션 시스템의 예는 다음과 같습니다.

• 단일 시스템
• 셀룰러 시스템
• 중앙 집중형 시스템

적절한 엔지니어링 제어 시스템을 평가하고 선택하기 위해 사용 가능하고 정보에 입각한 리소스를 활용하는 것이 현명하고 권장되는 방법입니다. 이러한 시스템은 처음부터 기준을 충족하고 시간이 지남에 따라 효율성을 높일 수 있습니다. 국소 배기 벤틸레이션 시스템이 어떤 식으로든 변경되는 경우 엔지니어링 제어 시스템을 재평가해야 합니다.

미스트 집진기의 작동 방식

미스트 집진기의 주요 기능은 공기 흐름에서 미스트와 액적을 제거하는 것입니다. 이 작업을 완수하려면 미스트 집진기가 작은 물방울을 끌어 모아 더 큰 물방울로 합치고 수집된 유체를 효과적으로 배출해야 합니다. 미스트 물방울은 단계적 미디어, 정전기 집진, 관성 분리 등 여러 가지 방법을 통해 공기 흐름에서 포집될 수 있습니다. 더 작은 미스트 입자를 더 효율적으로 수집해야 할 필요성으로 인해 미디어 기반 필트레이션이 기존 기술을 대체하여 많은 공정 소유자에게 표준 솔루션이 되었습니다.

미스트 제거를 위한 주요 메커니즘으로 필터 미디어를 사용하는 집진기는 일반적으로 여러 단계의 중력 배수(Drain)를 사용합니다. 이를 통해 생성된 물방울의 양과 파티클(particle) 크기에 따라 각 단계에서 특정 필터 미디어(media)를 선택할 수 있습니다.

미스트 필트레이션의 주요 과제 중 하나는 물방울 배수(drain)의 필요성과 집진 효율 사이의 균형을 맞추는 것입니다. 더 작고 촘촘하게 뭉친 섬유를 사용하면 필트레이션 효율을 높일 수 있지만, 대부분의 기성 필터에 사용되는 작은 섬유는 섬유를 함께 고정하기 위해 수지가 필요하며, 수지는 합쳐진 액체가 효과적으로 배출되는 것을 방해합니다. 

이는 작고 빽빽하게 뭉친 섬유로 만든 필터가 포획된 입자로 쉽게 막힐 수 있어 문제가 될 수 있으며, 이로 인해 압력 강하가 증가하고 포집 속도가 낮아지며 필터 수명이 짧아질 수 있습니다(그림 1).

큰 섬유로 필터 여과지를 만들면 배수(Drain) 특성은 크게 개선되지만, 미스트 방울(특히 작은 방울)을 포집하는 여과지의 성능은 심각하게 저하됩니다. 수지 없는 결합으로 크고 작은 섬유를 유리 혼합물로 혼합하여 설계된 고급 필터 매체는 뛰어난 배수 성능을 제공합니다(그림 2). 

필트레이션 미디어(media)의 단계

고효율과 효과적인 배수(Drain)를 모두 달성하는 데 도움이 되는 한 가지 방법은 여러 단계의 층상 필트레이션을 활용하는 것입니다. 이러한 필터 단계 중 하나라도 제대로 배수(Drain)되지 않으면 막혀서 포집량이 감소할 수 있습니다.

1. 상당수의 미스트 집진기는 프리 필터층을 사용합니다. 프리 필터층은 일반적으로 큰 섬유, 메시 또는 스크린으로 구성되어 있어 가장 큰 방울을 포집하여 쉽게 배수(Drain)시킵니다.
2. 보조층 또는 기본층은 나머지 방울의 대부분을 고효율 미디어(media)로 포집하지만, 여전히 양호한 배수(Drain) 특성을 유지합니다.
3. 최종(애프터) 필터로는 보통 HEPA 필터(0.3 미크론 입자에 대해 99.97% 효율) 또는 DOP 필터(0.3 미크론 입자에 대해 95% 효율)가 사용됩니다.

섬유 여과지를 사용하는 일부 미스트 콜렉터는 백 필터에 고각 여과지(Lofted media)를 사용합니다. 이러한 필터는 수지 함량이 높지 않아 파편(Swarf)이나 끈적한 미스트가 있어도 배수(Drain)가 잘 이루어지며, 일정 수준의 효율도 제공합니다. 하지만 구조는 그리 안정적이지 않습니다. 시간이 지나면 필터 미디어(media)의 섬유가 서로 눌려 뭉치게 되어 압력 강하가 증가하고 풍량(airflow)이 감소하며, 필트레이션 효율도 떨어지게 됩니다.

미스트 포집 시스템 설계

가장 높은 효율을 위해 HEPA 애프터 필터를 사용하더라도, 적절하게 설계된 전체 시스템을 갖추는 것이 중요합니다. 특정 프로세스의 요구 사항을 충족하는 국소 배기 벤틸레이션 미스트 집진 시스템을 설계하려면 다음 요소를 고려하세요. 

• 운전 시간 사이클 타임
• 금속의 종류와 공정
• 금속 가공 유체의 종류
• 유체 압력
• 파편의 존재
• 미스트의 종류, 크기, 양
• 효율성 및 미스트 완화 목표(CFM 요구 사항)
• 집진기 구성 가능성 및 옵션(기능)
• 시설 필요 사항

목표는 필요한 최소한의 풍량(airflow)으로 미스트가 있는 공기를 포집하는 시스템을 설계하는 것입니다. 풍량(airflow)이 너무 낮으면 포집 결과가 충분하지 않고 미스트가 섞인 공기가 열린 문 밖으로 스며나와 작업 공간의 공기나 구역으로 퍼질 수 있습니다. 풍량(airflow)이 너무 높으면 과도한 공기가 집진기를 통해 끌려가면서 에너지가 낭비되고 필터 수명이 크게 단축될 수 있습니다. 풍량(airflow)을 최적화하려면 시스템 전체의 정압 손실을 극복하는 동시에 적절한 후드 포집 속도를 유지할 수 있도록 팬 크기를 적절하게 조정하는 것이 중요합니다.

크기 조정 방법 

효율적인 운영과 일관된 미스트 포집을 보장하는 핵심 요소는 시스템의 지정된 풍량(airflow) 및 정압 요구 사항을 달성하도록 집진기 팬의 크기를 조정하는 것입니다. 이는 일반적으로 분당 입방 피트(CFM)와 inchW.G로 측정됩니다. 필요한 풍량(air flow)을 결정하는 데는 다양한 방법이 사용됩니다.

공기 교환: 밀폐형 기계의 폐쇄형 도어 미스트 격리에 사용됩니다.

계산: 기계 인클로저 용량 ft3 x 분당 3~5회 교환 = 총 풍량(air flow) CFM

개방 공간 크기: 밀폐형 기계의 닫힌 문이나 열린 문 격리에 사용됩니다.

계산(수직 문): 모든 개방 공간 ft2 x 50 FPM = 총 풍량(air flow) CFM 계산(지붕이 있는 수직 문): 모든 개방 구역 ft2 x 75 FPM = 총 풍량(air flow) CFM

주변 지역 크기: 소스 캡처 시스템이 옵션이 아닌 경우에만 사용됩니다.

계산: 객실 용량 ft3 x 교환당 10/20분 = 총 풍량(airflow) CFM

밀폐형 장비의 최적 규격 산정 방식은 요구되는 성능에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 기계 문을 닫은 상태에서 미스트를 억제하고 시각적으로 명확한 수준을 달성하려면 공기 교환 방법이 더 좋습니다. 반대로, 개방형 공간 방식은 문이나 공간이 열려 있어도 기계 내부의 공기압을 음압으로 유지하여 격리하는 방식입니다. 추가적인 적용 분야나 설계 요소도 고려해야 할 수 있습니다. 산업용 공기 컨설턴트는 특정 적용 분야에 대해 추가적인 지침을 제공할 수 있습니다.

이러한 현상은 미스트 집진 시스템 구매자에게 어떤 의미일까요?

미스트를 효과적으로 제어하고 직원을 보호하기 위한 최적의 방안을 결정할 때는 고려해야 할 요소가 많습니다. 미스트가 어떻게 생성되는지와 그에 따른 위험을 충분히 이해하면, 다양한 미스트 집진 시스템을 평가하고 작업장의 공정에 가장 적합한 시스템을 선택할 수 있으며, 전체 시스템이 지속적인 효율을 발휘하도록 최적화되어 있는지도 확인할 수 있습니다. 자격을 갖춘 전문가에게 문의하거나 Donaldson에 제품 및 애플리케이션 지원을 요청하여 애플리케이션에 가장 적합한 미스트 완화 솔루션을 확보하세요.

더 많은 리소스

금속 가공 유체 - 표준 | 직업안전보건국(osha.gov)

산업용 벤틸레이션: 권장 실무 매뉴얼(ACGIH 1998)은 배기 공기 재순환에 대한 일반 지침을 제공합니다.