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성분 | 연소방정식 | 산소량 | 연소생성물 생성비 | |
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CO2 | H2O | |||
메탄 | CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O | 2 | 1 | 2 |
에틸렌 | C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O | 3 | 2 | 2 |
에탄 | 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O | 3.5 | 2 | 3 |
프로필렌 | 2C3H6 + 9O2 → 6CO2 + 6H2O | 4.5 | 3 | 3 |
프로판 | C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O | 5 | 3 | 4 |
부틸렌 | 2C4H6 + 11O2 → 8CO2 + 6H2O | 4 | 4 | 3 |
부탄 | 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O | 6.5 | 4 | 5 |
표준상태(0℃, 1atm)의 가스 1㎥를 완전연소시키는 데 필요한 최소한의 공기를 이론공기량이라고 합니다. 그러나, 연료가 실제 완전연소하기 위해서는 이론공기량보다 20~50% 더많은 실제공기량이 필요합니다. 산소는 공기중에 약 21%가 존재하므로 필요한 이론 공기량은 다음과 같습니다.
가스연소현상
염공(불구멍)에서의 가스 유출속도가 연소 속도보다 빠르게 되었을 때, 가스는 염공에 붙어서 연소하지 않고 염공을 이탈 하여 연소하게 됩니다. 이러한 현상을 리프팅이라 하는데, 연소속도가 느린 LPG는 리프팅을 일으키기 쉬우며, 리프팅의 원인은 다음과 같습니다.
가스의 연소속도가 염공에서의 가스 유출속도보다 빠르게 되었을 때, 또는 연소속도는 일정하여도 가스의 유출속도가 느리게 되었을 때, 불꽃이 버너 내부로 들어가 노즐의 선단에서 연소하게 되는데, 이러한 현상을 역화라고 하며, 그 원인은 다음과 같습니다.
버너에서 황적색의 불꽃이 되는 것은 공기량의 부족 때문이며 황염이 되어 불꽃이 길어지고, 저온의 물체에 접촉하면 불완전연소를 촉진하여 일산화탄소(CO)나 그으름이 발생하므로 주의해야 합니다. 그러므로, 버너 특유의 내염과 외염으로 되는 불꽃이 될 때까지 1차공기의 공기조절기를 열어야 합니다. 공기조절기를 충분히 열어도 황염이 그대로 있으면 대개의 버너 노즐 구경이 너무 커서 가스의 공급이 과대하거나, 가스의 공급압력이 낮기 때문입니다.
또한, 용기에서 자연기화하는 경우, 잔량이 적을 때 황염이 발생하는 것은 가스성분의 변화(부탄가스의 증가)와 가스공급압력이 낮아지기 때문입니다.
가스의 연소는 산화반응으로서 이 반응이 진행하기 위해서는 충분한 산소와 일정온도 이상이어야 합니다. 이 조건이 만족하지 않았을 때 반응 도중의 중간 생성물(일산화탄소 등)을 발생하는데 이 상태를 불완전연소라 합니다. 불완전연소의 원인은 다음과 같습니다.
가스폭발의 3요소
가스폭발이 일어나려면 다음의 3가지 요소가 충족되어야 합니다.
다시 말해서 가스가 실내에 누출되었다 하더라도, 그 양이 적어 농도가 프로판의 경우 2.1%미만이거나, 그 양이 너무 많아 9.5%를 초과하면 불씨가 있어도 가스는 폭발하지 않습니다.
또 불속에 가스가 누출되고 있는 경우에도 건물내에서 가스호스가 녹아 가스가 누출되는 경우에는 가스는 폭발하지 않습니다. 왜냐하면 누출된 가스가 폭발범위에 도달되기전에 공기와 혼합되면서 불이 붙어 연소해 버리기 때문입니다. 따라서 이때는 불길이 더 커질 뿐 가스가 폭발하는 일은 일어나지 않습니다.
열에너지원으로 사용하는 연료가스는 포화탄화수소(CH₄, C3H8, C4H10, 등 CnH2n+2의 화합물), 불포화탄화수소(C2H2, C3H6 등 CnH2n-2의 화합물), CO, H₂등으로 구성되어있습니다.
연료가스는 제철소의 고열로(高熱爐)에서 발생되는 고로가스, 석탄을 건류(乾溜)하여 얻는 코크스가스,
원유를 정제할 때 나오는 유(油)가스, 메탄이 주성분인 천연가스(LNG),액화석유가스(LPG), 납사분해가스 등이 있습니다. 우리나라에서는 주로 LPG와 LNG를 연료용 가스로 사용하고 있습니다.
※ 부취제 첨가
액화석유가스에는 공기중의 혼합비율이 용량으로 1/1,000상태에서 감지할 수 있도록 부취제를 첨가하여 충전하도록 법령에서 규정하고 있습니다. (LPG를 다량으로 흡입할 경우 경미한 마취성이 있으며 공기중의
부취제 농도는 프로판이 약 1,000ppm임)
액화천연가스
천연가스는 도시지역를 중심으로 배관을 통해 공급되는 도시가스의 주성분으로 사용되고 있으며, 그 사용량은 점차적으로 확대되고 있습니다. 천연가스는 지하에서 발생하는 탄화수소를 주성분으로 한 가연성 가스를 총칭합니다.
천연가스는 메탄(CH4)가스가 주성분이고, 약간의 에탄(C2H6) 등의 경질 파라핀계 탄화수소(탄소와 수소의 화합물을 총칭함)를 함유하고 있습니다. 천연가스를 액화한 것을 LNG라 하며, 우리나라의 경우 천연가스전이 없기 때문에 소비되는 가스 전량을 외국의 수입에 의존하고 있습니다.
천연가스는 표준상태(0℃,1atm)에서 메탄 1 kg당 부피는 약 1.4m3이나, 액상에서는 약 2.4ℓ(-162℃, 1atm)로 부피의 차이는 600배 정도의 차이가 있습니다. 다시 말해, 가스상태에서의 천연가스를 액화하면 그 부피가 1/600로 줄어든다는 것입니다. 이를 이용하여 천연가스를 외국에서 수입해 올 경우 액화된 상태로 운반하며, 국내에 저장할 경우에도 LNG저장탱크에 액화된 상태로 저장해서 사용하게 됩니다.
순수한 천연가스는 주성분인 메탄 외에도 황화수소, 이산화탄소 또는 부탄, 펜탄, 습기, 먼지 등이 함유되어있기 때문에 전처리 공정을 통해 유황, 습기, 먼지 등을 제거합니다.
LNG는 비점이 약 -162℃이며, 무색의 투명한 액체이고 비점이하의 저온에서는 단열용기에 저장할 수 있습니다. 액화천연가스로부터 기화한 가스는 무색·무취로 약 -113℃ 이하에서는 건조된 공기보다 무거우나, 그 이상의 온도에서는 가볍습니다. (공기와의 무게 비교치인 비중은 약 0.55정도임)
도시가스가 누출되었을 경우, 이것을 초기에 발견하여 응급조치를 하는 것이 폭발사고 방지의 조건인데, 그 한 가지 방법으로 가스를 공급할 때 부취제를 첨가합니다. 부취제는 한국가스공사에서 액화천연가스를 기화기에서 기화시킨 후 첨가하여 천연가스를 공급합니다.
구분 | 보르네오산 | 알라스카산 | |
---|---|---|---|
조성 (Vol %) | 메탄(CH4) | 88.1 | 99.8 |
에탄(C2H6) | 5.0 | 0.1 | |
프로판(C3H8) | 4.9 | - | |
부탄(C4H10) | 1.8 | - | |
펜탄(C5H12) | 0.1 | - | |
질소(N2 | 0.1 | 0.1 | |
액밀도(g/ℓ) | 465 | 415 | |
비점(℃,1atm) | -160 | -162 |
위의 표와 같이 천연가스의 조성은 산지에 따라 다르며, 조성이 다르기 때문에 비점, 발열량, 비중 등에서도 약간의 차이를 보이고 있다.
천연가스의 주성분인 메탄가스의 특성을 보면 다음과 같습니다.
구분 | 성질 |
---|---|
분자량 | 16 |
비중 | 0.55(공기=1) |
비점 | -162℃ |
임계온도 | -82.1℃ |
임계압력 | 45.8atm |
폭발범위 | 5 ~ 15% |
발화점 | 550℃ |
융점 | -182.4℃ |
천연가스는 황화합물ㆍ질소화합물이 함유되어 있지 않고, 액화천연가스로부터 기화한 가스는 메탄이 주성분이므로 연료로 사용할 때에는 그을음 등의 발생량이 적으며, 안정된 연소상태를 얻을수 있습니다. 주로 쓰이는 곳은 도시가스 연료 및 발전용 연료 외에 일반 공업용으로 널리 사용됩니다. 또한, LNG인수기지의 저장탱크에 액체상태로 저장된 천연가스를 사용자에게 공급하기 위해서는 기화를 시켜 기체상태로 공급합니다. 이때 기화기에서 천연가스가 액체에서 기체로 상태변화를 하기 위해서는 열(잠열)을 흡수하게되므로 기화기의 온도가 내려가게 됩니다. 이때 얻어진 차가운 열은 액화산소·액화질소의 제조, 냉동창고등에 일부 실용화되고 있습니다.
또한 DME, 메탄올 등의 화학제품 원료로도 사용되고 있으며, 액화천연가스를 고압하에서 기화시킨 후 팽창터빈을 구동시켜 동력으로 회수 하는 데에도 사용되고 있습니다.
구분 | 성질 |
---|---|
연료 | 도시가스 발전용 연료 공업용 연료 |
한냉 이용 | 액화산소 및 액화질소의 제조 냉동창고 냉동식품 저온분쇄(자동차 폐타이어, 대형폐기물, 플라스틱 등) 해수 담수화 냉각(발전소 온ㆍ배수의 냉각) |
화학공업 원료 | DME, 메탄올 등의 제조 |
액화천연가스로부터 기화된 가스는 공기 또는 산소와 혼합되면 폭발성분위기가 형성되므로 취급에 주의가 필요하며, 이 가스가 기화할 때는 기상 및 액상의 조성이 변할 수 있으므로 주의해야 합니다.
액화천연가스의 주성분인 메탄은 다른 지방족 탄화수소에 비해서 연소속도가 느리며, 최소발화에너지, 발화점 및 폭발하한계 농도가 높습니다. 그러나 인화폭발의 위험성이 높으므로 누출 및 유출이 안 되도록 특별한 주의를 해야 합니다.
액화천연가스가 공기중으로 누출 및 유출될 경우 일반적으로 온도가 낮은 상태이기 때문에, 공기중의 수분과 접하면 수분의 온도가 낮아져 응축현상이 일어나 안개가 발생하므로, 이것에 의해 가스 및 액의 누출을 눈으로 쉽게 확인할 수 있습니다.
또한, 액화천연가스는 낮은 전기저항을 가지고 있어 유동, 여과, 적하 및 분무 등에 의한 정전기의 발생은 다른 가연성 가스보다 높습니다. 그러므로 액화천연가스를 취급할 때에는 만일의 경우에 대비하여, 접지 및 접속에 의해 정전기의 축적을 방지해야 합니다.
천연가스는 그 자체로는 독성이 없으나 질식성이 있으므로 고농도로 존재할 경우에는 공기중의 산소농도 저하에 의한 질식현상(산소결핍증)에 주의 하여야 합니다.
현재 우리나라에서도 대기 오염등의 공해가 큰 사회문제로 되고 있습니다. 대기 오염이 발생하는 가장 큰 원인의 하나로, 석유가 연소할 때 생기는 유황산화물이나 질소 산화물을 들 수 있습니다.
우리나라에서는 전 에너지의 절반 이상을 석유로 처리하고 있으므로 대기오염이 발생하기 쉬운 환경에 놓여있습니다. 그러나 천연가스는 연소할 때 나오는 유해물질이 적어, 공해 방지를 위해서도 적합한 연료입니다.
도시가스
도시가스는 배관을 통하여 수요자에게 공급하는 연료가스를 말합니다. 석유 정제시에 나오는 납사를 분해시킨 것이나, LPG, LNG를 원료로 사용합니다.
현재 우리나라에서 사용하고 있는 도시가스의 연료는 2가지가 사용됩니다. LNG가 많이 사용되며, LNG 공급배관이 설치되지 않은 곳에서는 LPG+공기의 혼합가스가 도시가스 연료로 사용되고 있습니다.
공급지역 제주도에는 아직 LPG+Air 방식의 도시가스를 공급하고 있으며 이외 지역의 모든 도시가스에는 천연가스가 공급되고 있습니다.
구분 | 메탄 | 프로탄 | |
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분자식 | CH4 | C3H8 | |
분자량 | 16.04 | 44.09 | |
색취 | 무색무취 | 무색착취 | |
액체비중 | 물=1(4℃) | 0.415(-164) | 0.508(15) |
가스밀도 | g/ℓ(1atm 21℃) | 0.664 | 1.826 |
가스비중 | 공기=1(1atm 21℃) | 0.5544 | 1.5503 |
비점 | B.P(℃) | -161.5 | -42.07 |
융점 | M.P(℃) | -184.0 | -187.71 |
증기압 | ㎏/㎠(℃) | 초저온(1.5~15) | 1.8(-20), 3.8(0), 7.4(20), 10.0(30) |
폭발범위 | 공기중(V%) | 5~15 | 2.1~9.5 |
임계온도 | ℃ | -82.1 | 96.8 |
임계압력 | ㎏/㎠ | 45.8 | 42.0 |
발화점 | ℃ | 537 | 466 |
발열량 | k㎈/㎏ k㎈/m3 | 13,274 9.494 | 12,042 23.673 |
연소방정식 | CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O | C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O |
최근 5년간(2011~2015) 발생한 가스사고는 총 610건으로 우리나라의 연평균 가스사고는 매년 1.6% 씩 감소 추세에 있으며, 이 중 LP가스 사고는 426건이 발생하여 전체 가스사고의 69.8%를 차지하고 있습니다.
2015년 가스사고는 총 118건이 발생하여 전년(120건) 대비 1.7% 감소하였으며, 인명피해는 총 133명(사망 18명, 부상 115명)이 발생하여 전년 150명(사망 13명, 부상 137명) 대비 11.3% 감소하였습니다.
가정용 연료인 LP가스와 도시가스가 전체 사고의 90% 이상을 차지하고 있으므로 가정에서의 자율적인 가스안전 관리가 매우 주요하며, 가스공급자 및 사용자가 안전 수칙을 철저하게 준수한다면 이러한 사고들은 충분히 예방 할 수 있습니다.
(단위:건)
구분 | 계 | 2011년 | 2012년 | 2013년 | 2014년 | 2015년 |
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계 | 610 | 126 | 125 | 121 | 120 | 118 |
LP가스 | 426 | 95 | 85 | 86 | 76 | 84 |
도시가스 | 123 | 25 | 31 | 20 | 28 | 19 |
고압가스 | 61 | 6 | 9 | 15 | 16 | 15 |
가스 보일러는 연소시 많은 공기를 필요로 하게 되므로 실내공기 부족 등으로 인한 일산화탄소 중독과 같은 사고의 위험이 상당히 높습니다. 사고의 주요원인으로는 가스보일러의 급·배기 설비미비, 전용보일러실을 설치하지 않았거나 사용자가 부주의하여 보일러실의 급기구를 막아놓은 채 사용하는 등 안전의식이 결여되어 발생하는 것이 대부분입니다. 이러한 사고를 예방하기 위해서는 한국가스안전공사에서 실시하는 온수보일러 및 온수기 시공자교육을 받고 행정관청에 등록을 마친 유자격 전문시공업소에 의뢰하여 올바르게 설치하고 안전수칙을 지켜 사용하여야 합니다.
가스렌지나 난방기에는 최근 성능이 우수한 안전장치들이 부착되어 사용중의 실수로 인한 폭발, 화재사고의 비율은 줄어든 반면, 겨울철에 쓰던 난로를 철거하여 갈무리하는 시기에 뒷마무리를 제대로 하지 않아 일어나는 사고가 늘어나고 있습니다. 즉, 가스연소기를 철거한 후에는 배관의 마감조치(배관 끝부분을 캡이나 플러그로 막는 조치) 또는 난로 전용콕의 고정 잠금조치(테이프 등으로 핸들을 고정)를 하여야 하는데 그렇게 하지 않아 가스가 누출되거나 전용콕을 잘못 조작하여 폭발, 화재가 발생하고 있는가 하면, 이사철에 가스설비를 무자격자가 함부로 철거하거나 설치하여 사고가 종종 발생되고 있습니다.
또 가정에서 사용자 취급부주의에 의해 발생되는 사고의 대부분은 밸브, 콕의 잘못된 개방, 불완전한 잠금 또는 연소기의 미숙한 사용 등에서 비롯되는 것이므로 연소기를 사용하기 전에는 먼저 가스가 누출되지 않았는지 확인하고, 사용중에는 점화상태를 확인하며, 사용후에는 밸브와 콕이 제대로 잠겼는지를 확인해야 합니다. 난방기용 중간밸브는 퓨즈콕을 사용하는 것이 바람직합니다.
가정에서 발생되는 가스사고 중 압력조정기의 결함에 의해서 발생되는 경우가 있는데 그 주요원인은 제품 자체의 노후 또는 작동불량에 의한 것입니다. 그러므로 사용자는 수시로 가스 공급자에게 가스용품의 상태를 점검받아 안전한 상태에서 가스를 사용해야 합니다.
압력조정기와 같은 제품을 새로 구입할 때는 반드시 한국가스안전공사의 검사품(검사필증 부착)또는 KS제품인가를 확인합니다.
출처: 가스안전공사
http://www.kgs.or.kr/kgsmain/gaslife/basic/gas_basic04.jsp
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첫댓글 글에도 있지만 밀폐된 방이나 공간에선 가스가 2-5%만 유출되도 폭발될수 있죠
이제 겨울철이라서 가스 사고가 많아질텐데 시민들이 조금이라도 대비하면 좋겠습니다.