발전·제철·석유·화학 등 공익성이 높은 산업시설은 사업 지속성이라는 측면에서 방재(防災)에 대한 대책이 강하게 요구된다. 이러한 시설에는 동력·제어를 위한 전선 및 케이블류가 다량으로 부설되어 있어 특히 화재와 관련된 방재에 관심이 높다. 일본에서는 건축기준법의 규정에 의해 1980년대 초반 무렵부터 산업시설에서 난연성의 전선 및 케이블이 채용되기 시작했다. 그 이전에 설치된 전선 및 케이블에 대한 대책으로는 주로 표면에 아스베스트(석면)를 포함한 연소(延燒) 방지재를 도포하여 방재 대책을 실시하는 경우가 많았다. 이 연소 방지재 도포 전선 케이블의 부설 교체 공사에서는 다량의 아스베스트(석면) 폐기물이 발생되기 때문에 표층을 제거함으로써 폐기물의 감용화(減容化)를 도모하는 것이 바람직하다. 그러나 연소 방지재 도포 전선 케이블, 특히 단심 케이블이 세 가닥으로 꼬인 형태인 트리플렉스 케이블(이하, CVT 케이블)은 표층 제거의 전(前) 단계에서 선을 하나하나 분할시키는 작업이 어려웠고, 감용화에도 곤란을 겪었다. 이 때문에 지금까지 CVT 케이블을 폐기하는 경우 케이블을 적당한 길이로 잘라 그대로 폐기처리해버리는 사례가 많았으며, 이에 따라 폐기물의 양이 방대해져 고액의 폐기비용이 소요되는 문제가 있었다. 더욱이 아스베스트(석면)가 부착되어 있지 않은 재이용 가능한 동선 부분도 폐기처리하고 있었다. 전기동 스크랩의 원가 가격은 1톤당 63만 엔 정도(2013년 1월 시점)이므로 재자원화(리사이클)의 장점이 크다. 이에 대한 대응으로 일본의 ㈜히타치 플랜트 테크놀로지에서는 연소 방지재가 도포된 CVT 케이블의 철거에 따른 폐기물 감용화(減容化) 및 케이블 동선의 재자원화를 실현하는 처리기술을 개발·확립했다.
연소 방지재 도포 CVT 케이블1980년대 초반의 케이블에서는 표면에 아스베스트(석면)를 포함한 연소 방지재를 도포하는 케이스가 주류를 이루었다. 현재 이 케이블들은 노후화에 의해 설비 갱신기를 맞이하고 있다. CVT 케이블은 저압용(600V)과 고압용(6600V)이 있으며, 도체의 공칭단면적 100~325mm2의 사이즈가 있다. [사진 1]에 연소 방지재가 도포된 CVT 케이블의 외관을 나타냈다. 백색물이 연소방지재이며, 장기간 경과에 의해 강력하게 유착된 상태이다. 이러한 CVT 케이블이 시설규모에 따라서는 총 길이 10km 정도 부설되어 있는 경우도 있다.
폐기물 감용화 및 케이블 동선 재자원화 처리기술연소 방지재가 도포된 CVT 케이블 철거에 따른 폐기물 감용화 및 케이블 동선의 재자원화를 도모한 본 처리 절차는 주로 「①CVT 케이블의 절단, ②CVT 케이블을 단심 케이블별로 분할, ③케이블을 피복재와 동선부로 분리, ④피복재를 칩상으로 가늘게 절단」하는 순이다. 이 중 ②와 관련해 지금까지 CVT 케이블을 분할하는 기술 및 장치가 없었고, 이것을 인력으로 실시할 시에 많은 노력을 요했다. 그리하여 히타치 플랜트 테크놀로지에서는 CVT 케이블을 보다 효율적으로 분할할 수 있는 장치를 개발하였으며, 이하 각각의 순서와 내용에 대해 자세히 설명하기로 한다.
CVT 케이블의 절단
연소 방지재 도포 CVT 케이블을 1m 단위마다 절단한다. 절단에는 고소작업을 상정하여 소형 경량 타입의 유압식 케이블 커터(절단기)를 이용했다. [사진 2]에 연소 방지재 도포 CVT 케이블의 절단 모습과 절단면을 나타냈다. 사진과 같이 케이블 단면이 손상되지 않고 깨끗하게 절단이 가능하며, 또한 작업시간은 20초/1가닥으로 매우 효율적이다.
CVT 케이블의 분할절단한 CVT 케이블을 단심 케이블마다 분할한다. 분할 작업의 목적으로 [사진 3]에 보이는 CVT 케이블 분할 장치를 개발했다. 본 장치는 주로 △케이블 가이드 △분할날 △유압 실린더로 구성된다. 케이블 가이드는 CVT 케이블을 세팅하고, 분할 시의 왜곡을 방지하는 역할을 한다. 또 각 케이블의 사이즈에 대응하기 위해 케이블 가이드 내에 더 좁은 케이블 가이드를 겹겹이 포개어 가이드 내경을 3단계로 변경할 수 있는 구조를 취했다. 가이드 내부에는 케이블 분할 시 케이블의 움직임을 방해하지 않도록 테프론시트를 붙여 케이블과의 마찰을 경감시키고 있다. 분할날은 단심 케이블간의 연결부를 분할하는 역할을 한다. 절단날(칼날)의 재질은 S45C를 사용하며, 담금질(열처리) 및 칼끝에 크롬도금 처리를 하고 있다. 칼끝은 날이 케이블에 파고들지 않도록 하기 위해, 그리고 날의 마모(흠)을 막기 위해 예각으로 하지 않고 1mm폭의 면으로 하고 있다. 분할 시 칼날에 걸리는 응력분포의 시뮬레이션 결과를 [그림 1]에 나타냈다. 칼날에 걸리는 최대 응력치는 약 220MPa이며, 안전율 2를 고려한 응력 440MPa에서의 반복수는 [그림 2]의 S-N선도에서 약 90,000회가 된다. 이 결과로부터 1개의 칼날로 약 10,000m분의 케이블을 절단할 수 있다는 예측을 얻었다. 유압 실린더부는 분할날에 CVT 케이블을 밀어붙여서 CVT 케이블를 분할하는 역할을 한다. 실린더 동작은 전동유압펌프로 제어하고, 조작은 리모컨에 의해 실시한다. 조작은 버튼을 누를 때에만 실린더가 전진 또는 후진하는 수동제어와 한 번의 버튼 조작에 의해 실린더가 말단까지 전진하여 그 후 다시 말단까지 후진동작을 하는 자동제어기능을 가진다. 또 안전대책으로서 비상정지버튼을 설치하고, 유압의 상한치를 4.0MPa, 동작속도를 1.0m/s로 제어했다. 이 장치에 의해 케이블 가이드에 설치한 1m의 CVT 케이블을 유압 실린더로 분할날에 밀어 넣어 [사진 4]에서 보이는 바와 같이 단심 케이블마다 분할이 가능하다.
단심 케이블의 분리분리된 단심 케이블을 피복재와 동선부로 분리한다. 분리에는 이하에 설치된 날에 의해 칼집을 넣어 피복재와 동선부로 분리하는 박선기(剝線機)를 사용했다. 또 이 대상 케이블에는 연소 방지재가 도포되어 외경이 울퉁불퉁하고 커지기 때문에 삽입 가이드 구멍을 긴 구멍 구조로 하고 있다. 단심 케이블을 박선기(剝線機)의 삽입 가이드 구멍에 삽입함으로써 [사진 5]에서 보이는 바와 같이 케이블을 동선부와 피복재로 분리했다. 분리된 동선부는 아스베스트(석면)가 부착되어 있지 않기 때문에 그대로 재사용할 수 있다.
케이블 피복재 세단(細斷)마지막으로 폐기물을 감용화하기 위해 연소 방지재가 도포된 케이블 피복재를 칩상으로 세단(細斷)한다. 세단에는 [사진 6]의 분쇄기를 이용했다. 분쇄기에는 회전날과 고정날이 있으며, 회전날과 고정날에 의한 세단력으로 피복재를 가늘게 절단한다. 장치는 상부에서 피복재를 투입하고, 세단 후 스크린 개방루프 구멍을 통과하여 필요한 입도(粒度)를 얻은 세단물(細斷物)이 하부로 배출되는 구조로 되어 있다. 가대는 분쇄물을 직접적으로 드럼통에 충진 가능하도록 제작했다. 또한, 수납용기로서 드럼통을 이용한 것은 당초 적용 예정이었던 시설이 원자력발전소였기 때문에 그 시설의 기준에 적합하게 하려고 했기 때문이다. 또 세단 시 분진 대책으로서 난연성과 대전방지성이 우수한 연질염화비닐필름의 방진 커튼에 의해 장치와 드럼통을 칸막이하여 송풍기에 의해 집진하는 구조로 하였다.
처리기술의 폐기물 감용율 검증
처리기술의 폐기물 감용율을 검증하기 위해 다음 3가지 케이스의 처리에 따른 드럼통 1개당 폐기물 충전량(充塡量) 및 철거 케이블을 10km로 한 경우의 필요한 드럼통수를 구했다. 충전량은 드럼통 1개당 충전(充塡) 가능한 케이블의 길이로 나타냈다. 케이스①: 기존에서의 처리와 동일하게 케이블을 절단하고 그 상태 그대로 드럼통에 충전한 경우, 케이스②: 피복재와 동선으로 분리하여 피복재를 세단하지 않고 드럼통에 충전한 경우, 케이스③: 이번 기술로서, 피복재와 동선을 분리시킨 후 피복재를 15mm 지름으로 세절하고, 드럼통에 충전한 경우이다. 드럼통의 충전조건으로서 충전량을 200kg까지 제한했다. [사진 7]에 각 케이스별 드럼통 충전 모습, [표 1]에 각 케이스별 드럼통 1개당 충전량을 나타냈다. 기존 처리인 케이스①에서는 동선이 분리되지 않아 드럼통 용량이 채워지기 전에 질량이 200kg을 넘어버린다. 그 때문에 드럼통 1개당 충전 가능한 케이블의 길이는 작아진다. 케이스②에서는 피복재만을 폐기하면 되기 때문에 케이스①과 비교해 드럼통 충전량이 증가하여 약 26% 감용화(volume reduction)됐다. 이번 기술인 케이스③에서는 케이스②의 피복재 부분을 더욱 잘게 세절하기 때문에 대폭적인 감용이 가능하게 되었다. 케이스①과 비교하면 약 5배의 충전량이 증가함에 따라 필요한 드럼통의 수도 약 80% 감용되었다.
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일본의 ㈜히타치 플랜트 테크놀로지는 향후 케이블의 갱신 시기를 맞은 공장 및 발전소를 대상으로 동(銅)의 재자원화 및 석면 함유 폐기물 저감을 부가가치로 한 케이블 부설 교체 공사의 수주를 목적으로 하고 있다.
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