1 천연가스용 부취제 2 도시가스 시설 정압기

[그림자]

 - 석탄가스 냄새의 THT(tertahydrotheophene) -

1. 개요.

19세기 말부터 석탄가스를 중심으로 시작된 가스산업은, 그 후 석유의 사용의 편리성 및 유용성에 의한 사용량 증가에 따라 석유 중심으로 에너지 중심이 형성되었다. 그러나 석유 매장량의 한정과 지구온난화, 환경오염문제 등으로 천연가스의 환경친화적인 장점에 의하여 국내에서 1990년대 말부터 그 사용량이 급격히 증가하여 이제는 산업용, 일반 국민용 연료로서 그 지위를 굳히게 되었다.

메탄가스가 주성분인 천연가스의 안전한 사용을 위하여 가스 기기, 배관, 저장시설에서 안전장치가 필수적이지만 또한 가스가 누설되었을 때 그 특이한 냄새로 말미암아 냄새를 인지하여 응급조치를 가능케 하는 메신저로서 부취제는 중요하다. 전세계적으로 많이 첨가하는 부취제 성분에는 THT와 TBM(tertiary butyl mercaptan)이 있다. 이중에 석탄가스 냄새의 특성을 가진 THT에 대하여 살펴보고자 한다.

2. 부취제의 법적 기준이 제정된 배경

가스를 생산·소비하면서 1920년대 이후로 미국과 유럽에서 취기성 물질에 관한 지속적인 연구가 진행되었으며, 이 기간 동안에 미국은 천연가스에 냄새 나는 물질 첨가에 관한 연구 개발을 주도해왔다. 그러나 천연가스 자체에는 가스냄새의 탄화수소 화합물 또는 머캡탄, 자극성 냄새의 황화수소 등의 취기성 물질이 존재한다는 이유로 천연가스 회사들은 취기성 물질을 가스에 첨가하는 것에 대한 반대의 의견이 있었다.

철강 파이프, 옥시아세틸렌, 전기용접 기술의 발달로 원거리까지 고압의 천연가스를 운반 가능하게 되면서 천연가스는 사용이 급격히 증가하여 미국의 경우 사용지역이 중서부지역까지 확대되었다. 이차세계대전 이후에 가스의 운송시스템은 미국의 북동부지역까지 확장되었으며 천연가스의 사용량이 제조가스의 사용량보다 많아지게 되었다.

 
<사진> 천연가스용 부취제 설비

이와 같이 가스의 사용량이 증가하면서 1937년 영국에서 가스 냄새 인지를 못하여 일어난 293명 사상자를 낸 가스 폭발사고로 취기성 물질의 첨가에 관한 논란은 사라지고 각 나라별로 가스에 냄새나는 물질 첨가에 대한 법규가 제정되었고 도시가스사업법시행규칙[별표 6] 6항나목에 가스는 공기중의 혼합비율의 용량이 1,000분의 1의 상태에서 감지할 수 있는 물질을 혼합하며 이를 위한 장치를 할 것으로 명문화되어 있다. 

3. THT의 물성

THT는 상온에서 액체상이며 비점에 비하여 상대적으로 휘발성이 높은 편이다. 특히 최소인지농도가 1.0 ppb로서 매우 낮은 농도에서도 톡 쏘는 경고성의 석탄가스 냄새를 지니고 있다. 폭발한계는 1.1 %~12.1 %로 연소성 물질이나 이미 극미량의 농도에서 강한 냄새를 가지고 있기 때문에 폭발에 의한 사고보다 누출시 악취에 의한 주위 민원이 예상이 된다. THT등이 들어 있는 용기를 잘못하여 엎지르거나 흘리면 강한 가스 냄새가 남으로 Cu²⁺, Fe²⁺ 등이 첨착된 활성탄 등이 존재하는 파괴탑에 강제 흡인시켜 냄새를 제거해야한다.

<표> THT의 일반물성 

물성	외관	비중(15℃)	비점(℃)	응고점(℃)	인화점(℃)	증기압(mmhg)  20(℃) 30(℃) 40(℃)	유황함유율wt %
물성값	무색투명	0.9987	121.7	-96.1	18	13 25 40	36.4

독성은 경구 투여시에 LD₅₀가 1,860~5,200(mg/kg)이며, LC₅₀ (쥐,호흡기/4hr) 6,270ppm(유해가스는 LC₅₀〈5,000ppm임)로서 독성물질은 아니지만 악취성에 의하여 인체 노출 한계는 10 ppm에 해당된다.

도시가스 시설에서의 정압기

1. 정압기의 개요
정압기란 도시가스 공급시 가스의 공급압력을 제한된 영역에서 고압에서 중압으로, 중압에서 저압으로 적당한 압력으로 감압하여 소비처에 필요한 압력으로 공급하기 위하여 사용되는 것이다. 시간별 가스 수요량의 변동에 따라 공급압력을 소요 압력으로 감압하기 위한 감압장치, 안전장치, 감시 장치 등이 조합된 하나의 설비 (Unit)를 말한다.

^ 정압설비의 내부 모습

2.정압기의 종류
(1) 직동식 정압기
직동식 정압기는 본체 내에서 직접 또는 하류 측 배관에서 따온 감지라인(Sensing line)을 통해 조정압력을 스프링이 감지하여 압력을 조절하는 것으로 작동에 필요한 3요소(감지부, 부하부, 제어부)가 정압기 본체 내에 들어가 있으며, 조정압력은 다이어프램이 감지하여 밸브(플러그)를 움직이게 된다. 직동식 정압기의 특징은 구조가 간단하고, 경제적이며, 유지관리가 용이하여 널리 쓰이고 있으나, 스프링 및 다이어프램 효과와 같은 특성 등으로 인하여 출구 압을 일정하게 유지하기가 어려운 것이 단점이다. 일반적으로 단독주택 등 소용량의 단독 정압기에 주로 사용된다.

< 직동식 조정기

^ 직동식 조정기 내부

(2) 파이롯트식 정압기
파이롯트식 정압기에는 언로딩(Unloading)형과 로딩(Loading)형의 2가지로 나눌 수 있으며, 파이롯트의 설치목적은 2차측의 미세한 압력을 감지하여 다이어프램에 로딩(구동)압력을 증폭시켜 보내주는 것으로서 국내에서 사용되는 것은 A.F.V(언로딩 : Unloading) 와 피셔식(로딩: Loading)이 대부분이다.

파이롯트 정압기는 출구압력이 비교적 안정된 형태로 공급이 되는 우수한 특징이 있으며, 대량수요처 및 지구정압기 등에 주로 사용 된다. 또한, 비슷한 크기의 직동식, 정압기 보다 대용량이 요구되는 유량제어 범위가 양호한 정압기이다



①엑시얼- 플로우(A.F.V = Axial flow valve) 정압기
메인 다이어프램과 메인밸브를 고무슬리이브(Rubber sleeve) 1개로 해결한 매우 간단하고, 소형이며, 경량인 정압기이다. 가스수요가 전혀 없을 때는 출구측 압력(2차압력)이 상승하여 파 이롯트 다이어프램이 위쪽으로 밀려 올라가 파이롯트 밸브가 닫힌다. 그러면 1차압력이 고무 슬리이브와 몸체(Body)사이에 도입되고 이 때문에 고무 슬리이브 상류측(구동압력)과 차압이 없어져, 고무 슬리이브는 수축하여 케이지(Cage)에 밀착되어 가스를 완전히 차단한다.

②피셔(Fisher)식 정압기
파이롯트 로딩형 정압기의 작동원리와 같으나, 닫힘 방향의 응답성 이 좋아지도록 개량한 것으로서 2차측의 부하가 전혀 없을 때는 2차압력이 상승하여 파이롯트의 공급밸브가 닫히고 배출밸브는 열려 메인 다이어프램의 구동압력이 저하되기 때문에 메인 밸브 는 스프링의 힘에 의해 닫혀진다.

3. 정압기 부속시설의 종류 및 관리요령

(1) 자기압력 기록계
정압기는 압력기록장치(자기압력기록계)에 의해서 표시된 기록지로 작동상황을 확인할 수 있으므로 기록지의 교체작업은 1주일에 1회 이상 실시하고 동시에 작동상황을 확인한다.

(2) 불순물 제거장치(Filter) 청소
배관 내의 먼지(녹, 철분 등)나 가스중의 불순물을 제거하기 위해 정압기의 1차측(입구측)에 필터가 설치되어 있다. 따라서 정압기의 필터는 입구와 출구의 차압이 0.3㎏/㎠ 이상 시 또는 규정압력 이하로 저하되는 경우 청소 또는 교환하여야 한다.


(3) 이상 압력 상승 경보(통보)장치의 선정
정압기의 고장(이상압력 상승 = 밸브시트의 파손, 먼지 류가 밸브 시트부에 부착, 스프링의 파손 등)에 의하여 1차측(입구측) 의 가스가 2차측(출구측)에 유입하여 2차측의 배관 압력이 상승 하면 연소불량, 가스메타(Gas meter)파손, 배관의 누출 등 위험한 상태가 되므로 이들의 사고를 방지할 목적으로 설치하는 것을 이상 압력 상승 경보장치라고 한다.

(4) 누출점검
정압기 및 배관의 이음부에서 가스가 누출되는지 여부를 수시로 점검하고 누출개소가 발견되면 즉시 수리하여야 한다.

(5) 분해점검
정압기의 분해점검은 정기적인 분해점검과 고장시 분해점검으로 구분할 수 있으며, 정기적인 분해점검은 2년에 1회(단독 정압기는 3년에 1회)이상 실시하도록 관련 법규에 규정되어 있다.

(6) 침수방지조치
침수의 우려가 있는 지하의 정압기는 침수방지조치를 하여야 하며, 주기적으로 침수여부를 확인한다.

(7) 동결방지조치
정압기 중 특히 지상에 설치된 것은 보온조치를 제대로 해 주지 않으면 가스 중 수분이 동결하여 정압기능을 저해할 우려가 있으므로, 면포, 거적 등으로 감싸주거나 적당한 동결방지조치를 해 주어야 한다.