▪ 서론
고압가스용기의 안전성을 확보하고 가스누출 폭발 사고를 미연에 방지하기 위하여 내압시험을 적용해왔다. 내압시험은 용기에 가스를 충전하여 사용했을 때, 용기가 놓여있는 환경조건의 변화 등으로 인해 용기 내 압력이 최고충전압력을 초과한 경우에도 일정한도의 압력에 견딜 수 있는 성능인지 아닌지를 검사하는 시험으로써 크게 영구팽창측정시험, 가압시험 및 누설시험으로 구분하며, 영구팽창측정시험 방법으로는 수조식과 비수조식 팽창측정법이 있다. 본고에서는 영구팽창측정시험의 결과에 크게 영향을 주는 부분을 중심으로 신뢰성 향상 방안에 대하여 제언하고자 한다.
▪ 본론
-영구팽창측정시험방법
영구팽창측정시험은 용기 재료의 경년변화에 따른 피로도 검사이며, 시험압력을 가한 후 용기의 팽창량을 측정하고, 시험 데이터를 기반으로 하여 성능을 판단한다. 따라서, 항상 정밀도가 높은 검사 데이터를 확보하는 것이 중요하고, 측정정밀도의 향상을 추구한 검사야 말로 가치가 있는 용기 영구팽창측정시험이라고 할 수 있다.
영구팽창측정시험 방법 중 수조식은 수조에 물을 가득 채운 뒤, 물을 채운 시험용기를 수조에 넣고, 용기에 소정의 압력까지 물을 주입하여 수조에서 측정 데이터를 얻는 방법으로, 비수조식보다 설비 설치비용이 크고, 소형용기 검사에 적합하다.
비수조식은 수조를 사용하지 않는 내압팽창 측정 장치로, 시험용기에 물을 가득 채우고, 용기에 소정의 압력까지 물을 주입하여 압입수량을 측정하여 데이터를 얻는 방법이며 설비가 간단하고, 압력용기류 등 대형용기에 적합하다.
-영구팽창측정시험을 위한 설비
시험설비는 팽창량 측정설비, 압력계, 수조, 가압펌프 및 잔가스 회수장치 등이 있다. 팽창량 측정 방법은 뷰렛과 전자저울(로드셀) 방식이 있다.
뷰렛 등 팽창량 측정기기는 수조(또는 검사용기)상부보다 위쪽 높이에 설치되어야 하며, 배관은 기포가 자연적으로 배출되는 구조여야 한다. 뷰렛은 시험과정의 액위(팽창량)에 따라 부드럽게 상하로 움직이는 슬라이딩 구조이며, 뷰렛의 눈금을 측정자의 눈높이에서 수평으로 측정할 수 있는 위치가 적정하다.
-압력원 및 압력계
압력원은 용기에 가압할 때는 맥동이 없고, 기포발생이 적으며, 규정압력이 정확하게 가해질 수 있어야 한다. 시험 압력으로 가압한 후 일정시간 대기하는 동안 밀림현상에 의하여 압력이 떨어지지 않아야 한다.
압력계는 당해 용기의 내압압력의 1.5배 이상 3배 이하의 최고 눈금이 있는 것으로, ‘KS B 7505 부르돈관 압력계’에 적합하여야 한다. 마스터게이지(master gauge)는 시험압력계 동등이상의 신뢰성을 가져야 하고, 압력계를 격리할 수 있어야 한다.
-수조식
수조는 물이 새지 않고 최상부에 공기 배출 밸브를 갖추어야 한다. 수조는 가압 시 용기 등의 파열에 대비한 안전장치를 부착하여야 한다.
수조식의 경우 뷰렛으로 연결되는 배관은 수조 중간부분으로부터 연결하여 수조내의 기포가 시험 중에 배출되지 않는 구조여야 한다. 용기 내에 주수하는 물은 자연압에 의해 용기에 채워질 수 있는 구조이고, 펌프로 가압하는 방식이어야 한다. 낮은 위치의 물을 펌프로 위쪽으로 올릴 경우 기포가 발생할 수 있으므로, 소형 수조를 설비위쪽에 설치하여 물이 중력에 의해 채워지는 것이 권장 된다.
-비수조식
비수조식 내압시험을 하기 위해서는“용기이외 압입수량”을 측정할 수 있도록 표준용기 혹은 지그가 필요하다. 용기이외 압입수량을 측정하는 방법은 표준용기를 사용하여 설비내의 전체 압입수량에서 표준용기내의 압입수량을 제외하여 계산하는 방법, 설비 제조자의 표준 SPEC, 압입수량 측정지그를 사용하는 방법이 있다. 펌프에서 용기까지의 배관(용기이외 압입수량)의 길이는 짧고 관경을 최소화 하고, 신축팽창을 최소화 할 수 있는 고강도의 재질을 사용해야 오차를 줄일 수 있다. 한국가스안전공사에서는 측정용 지그를 개발하여 특허 출원(10-2016-0092613호)하였으며, 검사기관에 보급하였다.
비 수조식의 경우 용기 및 배관 내부에 남아 있는 기포가 시험결과에 큰 영향을 미친다. 기포를 제거하는 방법은 ① 충수관을 연장하여 용기 벽쪽으로 분사(그림참조), ② 예비가압 및 배압, ③ 용기를 흔드는 방법 등이 있으며, ①과 ②를 조합할 경우 기포를 효과적으로 제거할 수 있다. 충수관의 길이 연장은 필요에 따라 조정할 수 있으며 사진에서와 같이 2겹, 3겹으로 층층히 충수구멍을 만들어 사용할 수 있다. 개선된 충수관을 사용할 경우 잔존기포의 약 60%가 제거되고, 1Mpa까지 가압 및 배압(LPG용기의 경우)할 경우 나머지 기포가 제거된다.
-수질 및 온도관리
내압시험에서 수질은 매우 중요하다. 수질이 나쁠 경우 이물질이 측정기기에 영향을 주어 오차를 일으킬 수 있다. 또한 내압수 내에 용존산소가 있을 경우 물의 압축성에 영향을 주어 오차가 발생한다. 무엇보다도 이물질이 설비 내에 고착되어 부식이나 노후화를 촉진시킬 수 있다. 내압수를 정화하는데 비용이 소요되므로 검사 전에 용기 내부의 유분 등 이물질 제거와 외부를 세척하는 등 철저한 관리가 필요하다. 내압수를 저장하는 저수조는 유분, 부유물질과 침전물을 제거하는 구조이어야 하며, 필터를 사용하여 물을 정수한 깨끗한 내압수를 사용하여야 한다. 비수조식의 경우 설비, 내압수, 용기 및 작업장의 온도차이가 검사과정 중에 상호 영향을 미칠 수 있으며, 특히, 기온차가 심한 겨울철에는 온도 차이에 의한 오차를 줄이는데 주의를 기울여야 한다.
-잔가스 회수
용기내부에는 사용하고 남은 잔가스(액체, 기체 및 이물질)가 남아 있다. LPG 용기 재검사의 경우 잔가스는 그림에서와 같이 검사과정 중 4단계에서 발생하며, 회수된 잔가스는 도장설비 가열로, 난방용, 발전용 발전기 연료로 사용될 수 있다. 잔가스를 회수하여 재활용할 경우 쾌적한 작업장 및 환경오염을 줄이고, 연료비를 대폭 절감할 수 있으며, 무엇보다도 사고를 효과적으로 예방할 수 있다. 모 검사기관에서 액체 잔가스 회수 후 기체 잔가스를 회수 시스템을 적용한 결과 도장설비 가열로의 연료비를 크게 절감한 사례가 있으며, LPG용기 검사기관 전체에 적용할 필요가 있다.
-시험설비 신뢰성 확인
동일설비를 이용하여 동일용기에 대하여 반복하여 영구팽창측정시험을 할 경우 영구 증가율은 점점 감소하며 반복할수록 0에 가깝게 수렴한다. 시험결과 영구팽창율 데이터 값이 편차가 심할수록 설비 누설 등 여러 가지 요인에 의하여 설비 신뢰성은 낮다고 판단할 수 있다.
▪ 맺음말
한국가스안전공사에서는 LPG용기 검사설비를 중심으로 충수관 구조개선 기술개발, 용기이외 압입수량 측정용 지그 개발, 잔가스 회수시설 표준화에 의한 사고예방 등 내압시험설비의 신뢰성을 향상할 수 있는 기술을 개발하여 무료로 검사기관에 기술지원을 하고 있다. 향후에도 고압가스 용기 검사설비에 확대하여 적용하는 등 지속적으로 관심을 갖고 기술개발 및 검사기관을 지원할 예정이다.
고압가스용기는 고압의 가스가 충전되어 누출이나 용기가 파열될 경우 대형 사고를 유발한다. 특히 LPG용기는 취사용 연료로서 주택 등 생활환경 주변에서 항상 설치되어 사용되며, 사고가 발생할 경우 국민들이 직접적으로 피해를 입는다. 따라서 검사의 신뢰성을 확보하기 위해서는 표준설비 및 검교정, 철저한 검사 및 검사기관의 국민 안전에 대한 사명감이 요구된다.