1차 스프링식 및 2차 파열판식 안전장치 장착 ‘안전 확보’
진공기술이 생명…이동과정서 굴리거나 충격주지 말아야

모든 종류의 유기화합물 및 가연물 산소와 접촉 차단해야
안면보호구, 초저온용 보호 앞치마·안전장갑 착용은 필수

 

산소, 질소, 아르곤 등 -150℃ 이하의 액체가스를 충전하는 초저온용기는 기체가스를 충전하는 고압용기와 달리 아주 복잡한 구조로 돼 있다. 이로 인해 가스사용자는 물론 고압가스공급자들도 초저온용기의 구조 및 기능에 대해 제대로 숙지하지 못한 가운데 취급함으로써 오조작에 따른 사고가 빈번하게 발생하고 있다고 한다. 본보는 초저온용기의 취급부주에 따른 사고를 예방하기 위해 국내 유일의 초저온용기제조업체인 (주)한비의 천성흔 사장이 기고한 초저온용기의 구조 및 기능에 대한 소개와 함께 안전한 취급요령 등 자세한 내용을 게재한다.

 

 

▲ [그림1] 용기상부 배관도

 

▲ (주)한비 천성흔 사장
◇ 기능과 기능
초저온액화가스용기 구조의 핵심은 용기 자체의 시스템운전이라 할 수 있다. 기체 고압용기 같이 단순 조작으로 가스를 사용하고 중단하는 것이 아니다. 초저온용기는 용기의 압력이 높으면 낮게, 낮으면 높게 조정하도록 기능이 있고 사용자의 필요에 따라 용기에서 액화가스를 직접 취출해 사용하거나 기체로 전환해 사용할 수 있다. 국산 산업용 초저온용기를 중심으로 기능을 설명한다. 

 

압력계(Pressure Gauge) [그림1-1]
용기의 액화가스가 저장되는 내조의 압력을 나타낸다. 압력계는 부르돈관 작동 압력계 방식으로 국내산은 모델에 따라 눈금표시가 다른 압력계를 부착한다.

 

레벨계(Level Indicator) [그림1-2]
용기 내의 액화가스량을 나타내는 것이다. 레벨계의 기본원리는 플로트(Float) 방식이다. 용기 내에 액화가스가 저장되면 가벼운 아연봉으로 된 플로트가 스프링의 힘에 의해 가스의 양에 따라 나타내도록 돼 있다.

용기에 충전된 액화가스의 종류에 따라 비중이 달라지므로 플로트의 작동 또한 다르게 나타나서 가스의 종류에 따라 가득 충전 표시가 다르게 된다. 국내산은 레벨계 그라스에 가스 종류별 가득 충전 표시를 했다. 플로트 타입 레밸계는 참고용으로 사용하며 정확한 양을 측정하기 위해서는 저울 등을 이용해 무게로 측정하여야 한다. 레벨계 그라스의 재질은 폴리카보네이트로 압력에는 매우 강하나 충격에는 약하므로 충격을 피해야 한다.

특히 레벨계의 스프링은 세밀하게 작동하므로 특히 수직방향 충격이나 떨어뜨리면 고장의 원인이 된다.

 

1차 안전밸브(1st Safety Relief Valve) [그림1-3]
용기의 내조 기상부에 설치되어 압력이 과다하게 세팅압력<표1 참조> 이상이 되면 작동하여 압력을 배출하고 압력이 떨어지면 다시 잠기는 반복적 기능을 하며, 용기의 안전사용을 1차적으로 감당하는 중요한 부품이다.

<표1> 모델별 압력계 눈금 표시

용기종류

눈금표시

비 고

LP(저압)모델

0.6MPa

MPa×10.2=Kg/㎠

MP(중압)모델

3.5MPa

IP(준고압)모델

5.0MPa

HP(초고압)모델

5.0MPa


1차 안전밸브의 구조는 스프링의 탄성을 이용해 압력을 조정하도록 돼 있다. 스프링의 반복적 작동과 이물질의 유입, 겨울철 수분에 의한 동결, 바닷가 염분이나 산성이 많은 화공약품이나 공정에서 사용함으로써 산화 등으로 인해 스프링이 오작동하거나 고착돼 작동을 하지 못해 용기가 파열되는 사고가 발생할 수 있으므로 항상 작동여부를 점검해야 한다. <표2>

<표2> 1차 안전밸브 세팅압력

용기종류

세팅압력

비 고

LP(저압)모델

0.15MPa

진공이 완전 파괴된 상태에서 40℃의 대기온도에서 -200℃의 용기 내부로 전달되는 열량에 증발되는 가스의 량에 충분한 용량으로 설계

MP(중압)모델

1.60MPa

IP(준고압)모델

2.40MPa

HP(초고압)모델

3.24MPa


아울러 1차 안전밸브는 제조업체에 세팅한 압력을 절대 변경시켜서는 안 되며 가연성가스를 충전, 사용 경우에는 반드시 유도관을 연결하여 안전한 곳에서 가스방출이 되도록 해야 한다.


파열판(Rupture Disc, 2nd Safety Disc) [그림1-4]
용기의 기상부에 위치해 1차 안전밸브의 오작동이나 멈춤으로 용기의 압력이 계속 상승할 경우나 용기의 주변에 화재 등으로 용기의 표면온도가 800℃ 이상 되고 진공이 파괴되어 버린 경우에도 용기 내의 압력이 내압시험압력 이하가 되도록 하기 위한 이중 안전장치이다.

파열판의 세팅압력<표3 참조>은 1차 안전밸브의 세팅압력 이상과 용기의 내압시험압력 이하에서 작동하도록 돼 있다. 파열판이 작동하면 용기의 압력은 완전 소진되며 국내산 초저온용기의 규격품으로 교체해야 한다.

<표3> 파열판 세팅압력

용기종류

세팅압력

비 고

LP(저압)모델

-

MPa×10.2=Kg/㎠

MP(중압)모델

2.23MPa

IP(준고압)모델

3.43MPa

HP(초고압)모델

4.42MPa



압력의 완전 소진 후 즉시 교체하면 용기 내의 액화가스는 잔존하고 있으므로 압력을 상승시켜 다시 사용하면 된다. 일반적으로 파열판이 작동하는 것은 용기의 압력이 1차 안전밸브의 세팅압력 이상 되어도 1차 안전밸브가 작동하지 않거나, 오랜 기간 압력에 의한 파열판의 피로현상, 초저온과 대기의 접촉으로 급격한 온도차에 의한 파열판 금속조직의 변화, 파열판의 부식 등이 원인이 될 수 있으므로 상시로 점검하여야 한다.

파열판을 규격품이 아닌 다른 제품을 사용하면 용기의 안전사용에 위험하므로 필히 규격품을 사용해야 한다. 또 가연성가스, 독성가스 등을 충전하여 사용하는 용기는 반드시 유도관을 설치하여 안전한 곳에서 가스가 방출되도록 해야 한다.

승압기능(Pressure Build Up) [그림1-5-1]
용기에서 가스를 사용할 경우 압력이 떨어지게 될 것이다. 사용자의 사용(세팅)압력 이하로 떨어지면 퍼규레터(Pergulator)가 작동해 용기 스스로 압력을 상승시키는 기능이다. 퍼규레터(국내 제조업체에서 부르는 고유어로 승압과 감압을 함께 기능하는 조정기)는 용기의 종류에 따라 설정 압력이 세팅돼 있다.
퍼규레터와 연결된 Shut-Off 밸브[그림1-5-2]는 퍼규레터의 동작을 조정하는 것으로 가스를 사용할 때는 항상 열어 놓아 사용압력을 유지하게 하고 작업이 끝나면 잠가야 한다. <표4>

<표4> 승압 및 감압 세팅압력

용기종류

승압 세팅압력

감압 세팅압력

MP(중압)모델

1.24MPa

1.34MPa

IP(준고압)모델

1.90MPa

2.00MPa

HP(초고압)모델

2.55MPa

2.65MPa

감압기능(Economizer) [그림1-6]
승압기능과 반대의 기능으로서 용기의 압력이 사용(세팅)압력 이상 되면 조정기가 열려 용기 상부의 기체가스가 먼저 사용되어 용기의 압력을 떨어지게 하는 기능이다.
한편 용기의 압력이 높아 낮추려면 기체가스를 취출하여야 한다.

액체사용밸브(Liquid Use Valve) [그림1-7]
액화가스를 충전하거나 사용할 때 사용하는 밸브다. 액화가스 저장시설에서 용기에 충전할 때나 충전된 용기에서 액화가스를 사용하고자 할 때 사용하는 밸브이며 사용이 끝나면 잠가야 한다. 밸브에 부착된 니플의 규격은 충전소마다 다르다.

○ 충전할 때 : 액화가스 저장시설에서 용기에 충전할 경우의 호스(플렉시블)는 초저온용 약 19mm(3/4“) 구경의 충전압력에 충분히 견딜 수 있는 것으로 가능한 짧은 게 좋다.

○ 사용할 때 : 용기에서 액화가스를 취출하여 사용하고자 할 경우는 대부분 대기식 기화기를 사용하여 기체가스로 전환한 후 사용한다. 용기와 기화기의 간격은 될 수 있으면 짧은 것이 좋으며(최대 3m 이내) 충전압력에 충분히 견딜 수 있는 초저온용 호스를 사용해야 한다.

기체배출밸브(Vent Valve) [그림1-8]
용기 내 기상부의 가스를 배출하기 위한 밸브다. 용기가 소정의 압력을 초과하여 상승한 경우 밸브를 열어 내릴 수 있으며, 수동 충전 시에는 감압용으로 자동 충전 시에는 충전구로 사용되기도 한다.

기체사용밸브(Gas Use Valve) [그림1-9]
용기에서 기체가스를 직접 취출해 사용하는 밸브다. 용기에는 자체 기화기능을 가진 모델(VLC모델)과 기화기를 연결해 액화가스를 취출해 기체가스로 전환해 사용하는 모델(DLC모델)이 있다. 자체 기화기능은 용기의 외조 내부에 코일을 감아 대기의 열에 의해 기화되어 기체가스로 사용할 수 있도록 한 것이다. 용기의 기화 기능은 2N㎥/h 용량으로 설계돼 있다.

참고로 시간당 기화량은 용기의 액화가스량은 압력에 따라 다르다. 특히 국내산 초저온용기는 VLC모델에만 기체사용밸브가 부착된다.

진공봉절구(Vacuum Disc : 외조파열판) [그림1-10]
용기 외조의 상부경판에 위치하며 진공작업을 완료 후 외부의 공기가 흡입되지 않도록 막아주는 금속판이다. 진공봉절구의 금속판은 진공을 유지하도록 하는 기능과 용기가 사고 등으로 인해 급격한 충격을 받거나 외부의 화재 등에 노출돼 내조의 누출이 있을 경우 진공이 파괴돼 금속판이 빠져나와 용기의 폭발을 방지하도록 하는 공용의 기능을 한다.

국내산 초저온용기의 진공봉절구는 오랜 기간 사용을 통해 이미 안전도가 검증된 우수한 설계로 용기의 수리를 간편하고 저렴하게 하며 진공을 오래 보존하게 한다. 국내산 초저온용기의 진공봉절구 금속판은 0.5~1bar 이하가 되면 작동하며 이 진공봉절구는 국내제조업체 외에 절대 조작하면 안 된다.
 

◇안전취급요령

일반사항
국내 초저온용기제조업체의 제품은 설계 기술상 4배의 안전율을 적용했다. 용기 내부에는 상당한 충격에도 견딜 수 있는 매우 튼튼한 지지 시스템으로 만들어졌다. 그러나 불의의 사고를 미연에 방지하고 용기 수명을 연장하기 위해 용기의 취급에 관한 제반사항을 숙지하여야 한다.

산소 함량이 23%가 넘는 산소부화 분위기에서 가연물은 급속히 연소하게 되고 폭발할 수 있다. 통상의 공기 속에서 비가연물이라 하는 물질들도 그러한 분위기에서는 급속히 연소할 수 있다. 모든 종류의 유기화합물이나 다른 가연물들을 산소와 접촉을 차단해야 한다.

특히 유분, 석유, 포, 나무, 타르, 석탄먼지 또는 이러한 가연물을 포함한 먼지 등과 산소를 취급하는 곳에서는 가연성가스와 마찬가지로 금연은 물론이고 화기취급 등을 제한해야 한다.

질소, 아르곤, 탄산 등의 가스는 산소의 함량을 떨어뜨리게 돼 노출되는 경우에는 호흡곤란을 비롯해 산소결핍에 따른 심한 뇌손상을 주거나 심할 경우 사망에 이르게 할 수도 있다.

국내산 초저온용기는 엄격한 제조기준과 검사기준에 의해 품질관리를 철저히 하고 있으나 사용자의 부주의한 취급에 의해 발생한 손상에 대해 보증할 수 없다. 용기는 항상 수직상태로 세워져 있어야 하며 용기를 이동하거나 적재할 경우 굴리거나 충격을 주면 아니 된다.

혹시 용기를 넘어뜨리거나 떨어뜨리는 경우에는 즉시 서서히 수직 상태로 세워 놓고 기체배출밸브를 열어 용기 내부의 압력과 액화가스를 완전히 배출한 후에 ‘용기전도’라는 적색 글씨 태그를 부착하여 제조업체로 보내 용기의 안전상태 점검을 받아야 한다.

▲ 다양한 국산 초저온용기들

취급사항
초저온용기의 취급은 매우 세심한 주의를 필요로 한다. 안면보호구, 초저온용 안전장갑, 초저온용 보호 앞치마 등을 착용하고 바지는 안전화 외부 발등을 덮을 수 있도록 착용(발목 덮개를 사용하면 더 좋음)하여 액화가스가 튀어도 안전화 속으로 들어가지 않게 해야 한다.

용기에 한번이라도 에틸렌이나 천연가스(메탄)를 충전하였던 용기에는 산소를 충전하면 안 된다. 이것은 금속표면의 미세한 구멍으로 가연성가스가 들어가서 산소와 반응, 폭발할 위험이 있기 때문이다.

또한 용기에 사용할 모든 부품은 반드시 산소 세정을 한 후에 사용해야 한다. 압축공기용으로 사용해 왔던 부품을 초저온용기용으로 사용하면 안 된다.

용기를 움직일 때는 소정의 운반구를 사용하고 눕혀서 저장 및 수송하면 안 된다. 용기를 옮기려고 하면 굴리지 말고 양쪽의 링스포트에 있는 구멍에다 후크를 걸고 수직으로 올라가도록 끈을 조정하여 장비로 옮겨야 한다. 국내산 초저온용기 핸드링에는 4개의 스포트에 두개의 구멍이 대칭되도록 튼튼한 구조로 설계되어 있어 급격한 충격이 아니면 구부러지거나 휘는 현상이 없다.
 

사용상 주의사항
용기마다 정해진 최고 사용압력(각 모델별 1차 안전밸브 세팅압력) 이상을 초과해 사용하지 않도록 해야 한다. 특히 탄산은 약 4bar 이하가 되면 드라이아이스가 되므로 주의가 필요하다. 사용처에서 1차 안전밸브의 설정을 임의로 조정하여 사용압력을 높여 사용하는 것은 매우 위험하므로 절대 해서는 안 된다.

액화가스를 취출하여 기체상태의 많은 양의 가스를 사용할 경우에는 반드시 기화기를 설치해야 한다. 사용자의 사용조건(사용량, 사용압력 등)에 따라 용기와 기화기를 선정하고 용기와 기화기의 거리는 최대한 가깝게 설치한다.

용기에 액화가스를 충전할 때는 안전장구의 착용과 충전절차에 의해 충전을 한다. 충전량을 초과해 충전해서는 안 되며 액화가스가 기화되어 기체로 변하면 약 600배 이상의 부피로 늘어나 용기의 압력상승이 빨라지고 위험하므로 규정량을 충전해야 한다. <표5>
 

<표5>충전완료 시 용기의 압력과 가스별 충전량 (DM175 기준)

구분

충전량(㎏)

LO2

LN2

LAr

 2㎏/㎠

168

119

201

 3㎏/㎠

166

117

201

 4㎏/㎠

163

114

200

 5㎏/㎠

161

112

197

 6㎏/㎠

159

111

194

 7㎏/㎠

156

109

191

 8㎏/㎠

155

107

189

 9㎏/㎠

153

105

187

10㎏/㎠

151

104

185

국내산 초저온용기의 고유모델 설명
예) DLC(VLC)175-LP, MP, IP, HP 등
○ DLC(Development Liquied Cylinder) : 용기 자체에 승압기능이 있는 모델
○ VLC(Vaporizer Liquid Cylinder) : 용기 자체의 승압기능에 기화기능을 추가한 모델
○ 175 : 용기의 설계용량
○ LP(저압), MP(중압), IP(준고압), HP(초고압)  

저작권자 | 가스신문 무단전재 및 재배포 금지 구독신청