가연성가스 취급안전 (Ⅰ)
제 1 절 가스 개론
1. 용어의 정의
가. 가스의 분류
가스란 상온, 상압 상태에서 기체상태로 존재하는 물질을 말하며 취급상태와 고유의
성질에 따라서 다음과 같이 분류된다.
⑴ 취급상태에 따른 분류
㈎ 압축가스
수소, 산소, 질소, 메탄 등과 같이 상온에서 압축해도 액화하기 어려운 가스, 단지
상태변화 없이 압축한 것을 말한다. 용기에 충전할 때 이들 압축가스의 압력은 약
120㎏/㎠ 이상이다.
㈏ 액화가스
프로판, 염소, 암모니아, 탄산가스, 산화에틸렌 등과 같이 상온에서 압축하면 비교적
용이하게 액화하는 가스로 압축 액화시켜 용기에 충전했을 경우는 액체의 상태로 되어
있다.
㈐ 용해가스
용기에 다공 물질의 고체를 충전하고 용제를 주입하여 이것에 가스를 고압상태로 용해시킨
것이다. 아세틸렌이 대표적이며 단독으로 압축하면 분해 폭발을 일으킬 위험이 있으므로,
아세톤을 다공 물질의 고체에 침투시키고 여기에 아세틸렌을 용해가스의 상태로 충전한다.
⑵ 연소성에 따른 분류
㈎ 가연성 가스
폭발한계 농도의 하한이 10% 이하 또는 상·하한의 차가 20% 이상인 가스로서 다음에
해당하는 가스를 가연성가스라고 한다.
① 수소, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 프로판, 부탄 등
② 기타 섭씨 15℃, 1기압에서 기체상태인 가연성 가스
㈏ 지연성 가스 (조연성 가스)
산소, 공기 등과 같이 그 가스가 존재하는 경우에 다른 가연성 물질을 연소시킬 수 있는
물질을 말한다.
㈐ 불연성 가스
질소, 아르곤, 탄산가스 등과 같이 스스로 연소하지 못하며 다른 물질을 연소시키는
성질도 갖지 않은 가스를 말한다.
⑶ 독성에 의한 분류
㈎ 독성 가스
“쥐에 대한 4시간 동안의 흡입실험에 의하여 실험동물의 50%를 사망시킬 수 있는 물질의
농도, 즉 LC 50 (쥐, 4시간 흡입)이 2,000ppm 이하인 화학물질”로 산업안전보건법 안전
규칙 별표 1의 독성물질 정의하고 있으며 이에 해당하는 가스를 말한다.
㈏ 비독성 가스
독성가스 이외의 가스
나. 허용농도
근로자가 유해요인에 노출되는 경우 허용농도 이하 수준에서는 거의 모든 근로자에게 건강
상 나쁜 영향을 미치지 아니하는 농도로 정의되어 있으며, 보통 TWA 또는 STEL로 표시한다.
⑴ 시간가중 평균농도 (TWA : Time Weighted Average Concentration)
1일 8시간 작업을 기준으로 하여 유해요인의 측정농도에 발생시간을 곱하여 8시간으로
나눈 농도를 말한다.
TWA =
주) C:유해요인의 측정농도(단위:ppm 또는 ㎎/㎥)
`T:유해요인의 발생시간 (단위:시간)
⑵ STEL (Short Term Exposure Limit)
근로자가 1회에 15분간 유해요인에 노출되는 경우의 허용농도로 이 농도 이하에서는 1회
노출 간격이 1시간 이상인 경우 1일 작업시간 동안 4회까지 노출이 허용될 수 있는 농도
를 말한다.
⑶ 최고허용농도 (Ceiling 농도) : 근로자가 1일 작업시간동안 잠시라도 노출되어서는 아니
되는 최고 허용농도를 말하며, 허용농도 앞에 “C”를 붙여 표시한다.
다. 가스폭발
폭발을 공정별로 분류하면 “핵폭발”, “물리적 폭발”, “화학적 폭발”, “물리·화학적
폭발”로 분류하며, 폭발시 원인물질의 물리적 상태에 따라 분류하면 “기상 폭발”, “응상
폭발”로 분류한다.
기상폭발에서 가스폭발과 관련 있는 폭발의 종류는 다음과 같다.
⑴ 가스폭발 (혼합가스폭발)
가연성 가스와 공기 (또는 산소)가 폭발범위내에 존재할 때 점화원이 주어지면 폭발이
일어나는데 이를 일반적으로 “가스폭발”이라고 한다.
⑵ 분해폭발
에틸렌, 아세틸렌, 산화에틸렌 등은 고온·고압의 상태에서는 분해반응을 일으킨다. 이
때는 큰 발열을 동반하기 때문에 분해에 의해 생성된 가스가 열팽창되고 이때 상기는 압력
상승과 이 압력의 방출에 의해 폭발이 일어나는데 이를 “분해폭발”이라고 한다. 분해폭발
의 특징은 산소가 없어도 폭발이 일어나는 점이다.
⑶ 증기운폭발 (Unconfined Vapor Cloud Explo-sion)
대기 중에 대량의 가연성가스가 유출하거나 대량의 가연성 액체가 유출하여 발생하는 가스,
증기가 공기와 혼합해서 가연성 혼합기체를 형성하고 발화원에 의해 발생하는 폭발을
“증기운폭발”이라 한다. 이것은 개방된 대기 중에서 발생하기 때문에 “자유공간중의
증기운폭발”이라고 하며, “UVCE”라고 한다. 증기운폭발이 발생하는 과정은 유출한 물질
이 저장되어 있는 상태에 따라 달라지며 특히 압력과 온도에 따라 분류한다.
① 상온, 상압에서 액체이며 인화점이 상온보다 낮은 물질 (예:가솔린)
② 상온, 가압하에서 액화되어 있는 물질 (예:액화프로판, 액화부탄 등)
③ 그 물질의 비점 이상의 온도로 있지만 가압상태에서 액화된 물질
(예:반응기내의 벤젠, 헥산 등)
④ 대기압하에서 저온으로 하여 액화된 물질 (예:LNG)
①의 경우 유출한 액체는 지면으로부터 열이 공급되면 액면에서 연속적으로 증가가 발생
하여 주위로 확산된다. ②, ③의 경우는 고압하에서 기상과 액상의 평형상태에 있는 물질
이 대기압하에 유출되는 경우이며, 유출된 액체의 온도는 대기압의 비점까지 낮아진다.
이처럼 순간적으로 기화하는 현상을 Flash라고 한다. ④의 경우는 LNG와 같이 아주 낮은
온도에 있는 저온액화가스가 유출하면 지면 및 주위의 열에 의해 급속한 비등을 일으킨다.
지면의 온도가 저하되면 증발속도는 저하되지만 단시간에 대량의 가연성 증기운이 생긴다.
⑷ BLEVE(Boiling Liquid Vapor Explosion)
프로판 등의 액화가스의 고압용기 (탱크, 탱크로리 등)에 외부화재 발생시 내부의 액체는
높은 증기압이 발생하고 액체가 없는 탱크의 상부는 화염으로 가열되어 연성파괴를 일으킨
다. 탱크의 내부 압력이 대기압이 되면 액화가스가 갑자기 끓어올라 이 팽창력으로 파편이
멀리 날아가게 되며, 또한 발생한 증기는 곧 발화하여 부력으로 상승해서 화구 (Fire
Ball)를 형성한다. 이와 같이 액체가 비등하여 증기가 팽창하면서 폭발이 일어나는 현상을
BLEVE라고 한다.
⑸ 반응폭주
화학반응시 온도, 압력 등의 제어상태가 규정조건을 벗어나서 반응속도가 지수함수적으로
증대되고 반응용기 내의 온도, 압력이 급격히 증대하여 반응이 과격화되는 현상을 “반응
폭주”라고 한다. 보통 반응폭주가 일어나면 대부분 가연성가스의 누설에 의한 폭발이나
독성가스에 의한 중독피해 등이 발생하고 심한 경우에는 기기나 설비가 파괴되는 등의
피해가 발생한다.
반응폭주가 일어나기 쉬운 공정은 다음과 같다.
① 암모니아 2차 개질로
② 에틸렌 제조시설의 아세틸렌 수첨탑
③ 산화에틸렌 제조시설의 에틸렌과 산소와의 반응기 등응상이란 액상과 고상을 말하며
응상폭발과 관련 있는 폭발의 종류는 다음과 같다.
⑴ 증기폭발
액체의 폭발적인 비등현상에 의해 발생하는 현상으로 증기운폭발과는 다른 현상이다.
즉 증기폭발은 액상과 기상간의 상변화가 급격히 일어날 때의 현상이다. 증기폭발에는
고열의 용융금속과 물이 접촉하여 발생하는 “수증기폭발”과 저온의 액화가스(LNG)가
물과 접촉하여 폭발적으로 비등하는 현상 등이 있다.
⑵ 전선폭발
고체상태에서 급속하게 액상을 거쳐 기상으로 전이 할 때도 폭발이 일어나는데 이를 전선
폭발이라고 한다. 전선폭발에는 알루미늄제 전선에 한도 이상의 대전류가 흘러 순식간에
전선이 가열되어 용융과 기화가 급속하게 진행되어 폭풍을 일으켜 피해를 준다.
2. 설비의 개요
일상생활 및 사업장에서 주로 사용하는 가스는 연료로서 사용하는 가연성 가스이며 이들 가스는 산업안전보건법, 고압가스안전관리법, 액화석유가스안전 및 사업관리법, 도시가스사업법에 의해 적용을 받고 있다.
가. 저장소
일정량 이상의 가스를 용기 또는 저장탱크에 의해 저장하는 일정한 장소.
나. 제조설비
가스 또는 액화가스를 제조하기 위한 설비로서 산업안전보건법 시행규칙 별표 3의 화학설비
및 그 부속설비.
다. 저장탱크
가스 또는 액화가스를 저장하기 위한 설비로서 고정 설치된 탱크.
라. 용기
가스를 충전하기 위한 것으로 이동할 수 있는 것.
마. 충전용기
가스 또는 액화가스의 충전질량이 1/2이상 충전되어 있는 상태의 용기.
바. 잔가스용기
가스 또는 액화가스의 충전질량이 1/2 미만 충전되어 있는 상태의 용기.
사. 냉동기
가스를 사용하여 냉동을 하기 위한 기기로서 일정 냉동능력 이상인 것
아. 불연재료
콘크리트, 벽돌, 슬레이트, 철재, 모르타르와 유사한 것
자. 방호벽
높이 2m 이상, 두께 12㎝ 이상의 철근 콘크리트 또는 이와 동등 이상의 강도를 가지는
구조의 벽
제 2 장 가연성 가스의 종류 및 성상
1. 개요
가스는 우리의 일상 생활에 꼭 필요하지만 잘못 취급하는 경우 화재 또는 폭발을 일으켜, 단 한 건의 사고로도 막대한 인적, 물적 손실을 입힌다. 그러므로 항상 가스에 대한 위험성을 인식하고 안전관리에 만전을 기하여야 하며, 이를 위해서는 가연성가스에 대한 물리·화학적인 성질에 관한 이해가 선행되어야 한다.
2. 주요 가연성가스의 성상
가. LPG (Liquified Petroleum Gas)
액화석유가스라고 하며, 석유탄화수소가스 중 쉽게 액화되는 탄화수소의 일종이다. 즉,
탄소수 3과 4의 탄화수소인 프로판, 프로필렌, n-부탄, i-부탄, n-부틸렌, i-부틸렌 및
부타디엔 등을 말한다. 상온, 상압에서 기체이나 끓는점이 비교적 낮으며 냉각에 의해서
쉽게 액화되며 또한 상온에서도 그다지 높지 않은 압력으로 압축하여도 액화할 수 있다.
그러므로 용기내에 액체형태로 충전하여 저장 혹은 운반하며 필요에 따라서 밸브를 열면
곧 가스가 발생되므로 극히 편리하여 다량으로 사용되어지게 되었다. 그러나 LPG는 편리
하기는 하나 누설이 되면 공기보다 무거워서 주위에 체류되어 불씨에 의해 화재 혹은
폭발로 이어져 사고나 재해를 입을 수 있으므로 특히 주의하여야 한다.
⑴ 물리적 성질
무색투명하고 물에 잘 녹지 않으며 알코올과 에테르에 잘 용해되고 석유류 또는 동식물류,
천연고무를 잘 용해시킨다. 증기의 비중은 공기의 약 1.5~2배로서 낮은 곳에 체류하기
쉽다. 액체인 경우는 물보다 가벼워 물을 1로 했을 때 0.5~0.58배이다. 순수한 LPG는
색깔이나 냄새가 전혀 없는 탄화수소이나 불순물이 일부 들어있는 냄새가 난다. 그러나
공기중 혼합비율의 용량이 1,000분의 1의 상태에서 감지할 수 있도록 냄새가 나는 물질을
섞어서 사용자에게 공급한다. 거의 무독성이나 다량으로 계속 흡입하면 졸음이 오거나
가벼운 마취성이 있다. 끓는 온도는 아주 낮아 프로판의 경우 -42.1℃에서, 부탄의 경우는
-0.5℃에서 끓고 20℃에서 프로판이 갖는 압력은 약 7㎏/㎠, 부탄은 약 1㎏/㎠ 정도가
된다. 비점에서 기화열은 프로판의 경우는 101.8 Kcal/㎏, 부탄이 92.09 Kcal/㎏으로
기화열이 커서 액체가 누설되어 피부에 닿으면 동상이 걸리므로 주의하여야 한다.
⑵ 화학적 성질
가연성으로 적당히 연소시키면 이산화탄소(CO2)와 수증기(H2O)로 되며, 이 경우 상당한
발열량을 내면서 연소한다. 프로판의 발열량은 12,200Kcal/㎏, 부탄은 11,820Kcal/㎏이다.
프로판의 연소범위는 2.1~9.5%, 부탄은 1.8~8.4%이다. 프로판은 700~750℃에서 열분해하며
프로필렌, 에틸렌, 메탄 및 수소로 열분해된다.
⑶ 용도
프로판은 가정용, 공업용 연료로 사용되며, 내연기관의 연료로도 많이 쓰인다. 또한 옥탄
가가 높기 때문에 자동차 연료로서도 사용되나 자동차 연료의 경우는 부탄을 주로 쓴다.
부탄은 상온, 약 2기압에서 액화하기 때문에 고압을 발생할 우려가 없으므로 자주 사용
된다.
⑷ 폭발성 및 인화성
공기나 산소와 혼합하면 폭발성 혼합가스가 되며 그의 폭발한계는 프로판은 공기중 2.1~
9.5%, 부탄은 1.8~8.4%로서 폭발하한계가 낮고 또 상온, 상압하에서는 기체로서 인화점이
낮아 소량 누설시에도 인화하여 화재 및 폭발의 위험성이 커 취급에 주의하여야 한다. 또
LPG는 전기절연성이 높고 유동, 여과, 분무시 정전기를 발생하는 성질이 있으며 이러한
정전기가 축적될 수 있는 조건에서는 방전스파크에 의해 인화될 위험이 있으므로 주의
하여야 한다.
나. 아세틸렌 (Acetylene, C2H2)
3중 결합을 가진 불포화탄화수소이며 대단히 반응성이 강하며 유기합성화학의 중요한 원료
였으나 최근 석유화학공업의 발전에 따라 대부분의 제품원료가 아세틸렌에서 보다 저가의
에틸렌, 프로필렌 등으로 바뀌게 되었으며 그 공업적인 중요성이 현저하게 저하되었다.
널리 사용되고 있으므로 취급에 있어서 주의하여야 한다.
⑴ 물리적 성질
무색의 기체이고, 순수한 것은 에테르와 같은 향기가 있으나 보통 공존하는 불순물인
탄화수소류 때문에 특이한 냄새가 난다. 비점과 융점이 거의 비슷하므로 고체 아세틸렌은
융해하지 않고 승화한다. 액체 아세틸렌은 불안정하나 고체 아세틸렌은 비교적 안정하다.
⑵ 화학적 성질
산소와 함께 연소시키면 3,000℃를 넘는 불꽃을 만들 수가 있으므로 용접용으로 중요
하지만, 이것을 압축하면 분해 폭발을 일으킬 수 있다.
C2H2 → 2C + H2
따라서, 아세틸렌은 압축하여 용기에 충전할 수 없으므로 석면, 목탄, 그 밖의 다공질
충전 등을 고압용기에 주입하고 이것에 아세톤 등의 용제를 스며들게 한 다음 아세틸렌을
용해 충전하여 운반, 사용한다. 아세틸렌은 중합하기 쉬운 탄화수소로서 그 3분자가
중합하면 벤젠이 얻어진다.
3C2H2 → C6H6(벤젠)
통상적인 상태에서 가압하면 위험하므로 질소, 메탄, 일산화탄소 또는 에틸렌 등의
희석제를 첨가하여 압축한다.
⑶ 용도
금속의 용접 또는 용단용에 많이 사용되고 있으며, 아세틸렌을 고온으로 가열하면 쉽게
분해하면서 발열하여 탄소와 수소가 생긴다. 이 탄소를 아세틸렌 블랙이라 하며 전지용
전극 등에 사용된다. 또한 유기합성화학 원료로서 아세톤, 초산, 초산비닐, 아크릴로
니트릴 등의 제조용으로 널리 사용되어 왔으나 석유화학공업의 발전에 따라 보다 저렴한
원료인 에틸렌, 프로필렌으로서 대체되어 가고 있는 추세이며, 향후 의약, 향료 등의
합성에 사용하게 될 것이다.
⑷ 폭발성 및 인화성
매우 연소하기 쉬운 기체로서 공기 또는 산소와 혼합하면 폭발범위가 넓은 혼합가스를
형성하고 폭발범위는 2.5~80%이다.
다. 에틸렌 (Ethylene, C2H4)
석유화학공업에 있어서 가장 중요한 제품이며 또한 석유화학공업의 중요한 원료가 되고
있다. 전에는 3중 결합을 가진 아세틸렌이 유기합성공업의 중요한 원료이었으나 석유시대
로의 돌입과 함께 원료 코스트 및 설비 집중 등의 장점 등으로 그 위치는 에틸렌으로 바뀌
었다. 특히 제조 공정상의 위험성이 매우 작아진 것은 특기되어야 할 것이다.
⑴ 물리적 성질
H2C = CH2 의 구조식을 가진 가장 간단한 형태의 물질이며 무색으로 독특한 방향족 냄새
를 갖고 있다. 가스 비중은 공기에 대해서 상온, 상압에서 0.975로 공기보다 약간 가볍다.
에틸렌은 물에는 거의 녹지 않으나, 알코올이나 에테르에는 잘 녹는다.
⑵ 화학적 성질
공기중에서 밝은 빛을 내면서 연소하며 또한 보유하고 있는 2중 결합 때문에 반응성이
풍부하여 적당한 촉매의 존재하에서 여러 가지 형태의 화학반응을 일으킨다. 에틸렌과
과격하게 반응하는 위험한 물질로서는 과산화벤젠, 사염화탄소, 염소, 이산화질소,
니트로메탄, 염화알루미늄 등이 있다. 사염화탄소는 과산화벤젠의 존재하에서 매우 격렬
하게 반응하며, 염소와는 빛 또는 자외선에 의해 폭발적으로 반응이 시작된다. 또한
이산화질소와는 불안정한 니트로화합물을 생성하고, 니트로메탄과는 염화알루미늄을 촉매
로 하여 상온에서 심하게 반응한다. 수소와도 발열적으로 반응하여 에탄이 생성되지만,
이 경우에는 니켈, 팔라디움 등을 촉매로 한 금속표면에서의 접촉반응이며, 촉매가 없으면
200℃ 이하에서는 반응하지 않고 안정하다. 또한 촉매의 존재하에서 중합하면 폴리에틸렌
으로 되어 금속과 착화합물을 형성하지만, 아세틸렌의 금속화합물과 강한 폭발성을 갖는
화합물은 생성하지 않는다.
⑶ 용도
폴리에틸렌의 제조이지만, 아세트알데히드, 산화에틸렌, 스틸렌, 염화비닐 등의 합성원료
로도 이용된다. 또한 과실의 숙성제로서도 사용되며 최근에는 아세틸렌이나 LPG대신 철강
의 용접, 용단용으로 이용되기도 하여 그 사용량과 사용치가 증가추세에 있다.
⑷ 폭발성 및 인화성
폭발하한계가 낮고 인화점도 아주 낮으므로 위험성이 크며 또한 보통상태에서는 대체로
안정하지만 고온, 고압하에서는 불안정하게 되어 산소가 없어도 분해폭발을 일으키는
경우가 있다. 이 때의 주요반응은 아래와 같다.
3C2H4 → 2C + 2C2H6 발열량 26.0Kcal/mol
`C2H4 → C + CH4 발열량 30.4Kcal/mol
`C2H4 → C + H2 발열량 12.5Kcal/mol
라. 암모니아 (Ammonia, NH3)
질산, 요소, 황산암모늄 등의 원료로서 공업상 극히 중요한 가스이다. 그러나 가연성과
극성으로 인하여 취급에 주의하여야 한다, 액체 암모니아가 누설될 경우에는 급격한 기화에
의해 고농도의 암모니아 가스로 되며 이것을 흡입하면 사망하는 경우도 있다.
⑴ 물리적 성질
상온, 상압에서는 자극이 강한 냄새를 가진 무색의 기체로 물에 용해한다. 비중은 0.771로
낮으며, 냉각에 의해서 액화되기 쉽고, 20℃에서는 8.46atm의 압력으로 액화암모니아가
된다. 물에 잘 용해하는 가스로 그 용해도는 염화수소보다 크며 0℃, 1atm의 압력에서는
물의 1,146배 만큼 용해한다. 상온에서는 물 1cc에 대해서 기체로 800cc의 암모니아를
용해시킨다. 암모니아수를 끓이면 암모니아는 완전히 기체가 되어 날아가 버린다. 계속
암모니아를 물에 녹이면 용액의 비중은 물보다 적어지며, 진한 암모니아의 비중은 약
0.89이다.
⑵ 화학적 성질
암모니아는 그 자체로는 비교적 안정하나 산이나 할로겐과는 극히 잘 반응한다. 예를 들면
황산과 염소와는 다음과 같이 반응한다.
2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
8NH3 + 3Cl → N2 + 6NH4Cl
암모니아는 산소중에서 황색염을 내면서 연소하여 질소와 물을 생성한다.
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
암모니아를 물에 녹이면 다음 식과 같이 수산화 암모늄을 발생하고, 이것이 다시 해리하여
수산이온(OH-)을 만들기 때문에 알칼리성 반응을 나타낸다.
NH3 + H2O → NH4OH → NH4+ + OH-
⑶ 용도
주로 질산 비료, 특히 황산암모늄의 제조에 이용되고 있다. 황산암모늄 외에 질산암모늄,
염화암모늄 등도 비료로 사용되고, 그 밖에도 나일론의 원료, 각종 아민류의 원료, 혹은
화학약품으로서 많은 용도를 갖고 있다. 무수암모니아는 흡수식이나 압축식 냉동기의
냉매로서 이용되고, 공기중에서 태우면 순수질소를 얻을 수 있다. 석유화학공업에서 원유
속에 들어있는 산을 중화시켜 증류탑, 응축기, 열교환기 및 저장탱크 등이 부식되지 않도
록 하는데도 이용한다.
⑷ 폭발성 및 인화성
가연성가스, 독성가스로서의 취급을 받고 있다. 공기중에서 쉽게 연소되지는 않으나 열을
받던가 화염에 접하면 연소한다. 공기중에서의 폭발한계는 15~28%이다.
마. 수소 (Hydrogen, H2)
⑴ 물리적 성질
상온에서 무색, 무미, 무취로 가연성 독성이 없다. 가장 밀도가 작고 가벼운 기체이며,
공기보다 약 7/100배 가볍다. 수소 1리터의 무게는 표준상태에서 0.0899g이며, 공기
중에는 약 0.01% 들어 있다. 수소는 확산속도가 대단히 커서 미세한 틈 사이로는 잘 확산
한다. 수소의 끊는점인 -252.8℃에 이르면 투명하고 향기가 없는 액체로 되고, 헬륨을
제외한 모든 가스가 액체상태인 온도에서는 고체상태가 된다. 액체수소의 온도가 극히
낮으므로 연성의 금속재료를 쉽게 취화시킨다. 탄소강은 액체수소의 온도에서는 연성을
잃어버리므로 액체수소에 사용할 수가 없으며 액체수소에 적합한 재료는 오스테아니트계
니켈-크롬강, 구리, 구리-실리콘합금, 알루미늄, 청동이 적합하다.
⑵ 화학적 성질
물의 성분원소로서 광범위하게 존재하며 또한 석유 등의 탄화수소를 비롯해서 유기화합물
의 성분원소의 하나이다. 산소 또는 공기 중에서 점화하면 격렬하게 폭발하여 물을 생성
한다. 연소할 때 발열량은 아주 높다.
2H2 + O2 → 2H2O +11.56kcal
⑶ 용도
공업용으로 널리 사용되는 가스이다 주로 메타놀과 암모니아 제조에 대량으로 소요되며,
유기화학분야에서 식용유와 어유 등의 수소화에 이용되고, 산과 알데히드를 수소화시켜
알코올을 만든다. 환원성을 이용하여 텅스텐, 몰리브덴 등 금속의 제련에도 중요한 역할을
하며 촉매용 니켈의 환원 등에 사용되고 있다. 또한 연료가스의 주성분으로서 연료로도
사용되는데 인조보석이나 석영유리제조시 2,000℃ 이상의 수소불꽃을 사용한다. 이러한
수소불꽃은 금속의 용접과 절단에 사용된다. 또한 액체수소는 로케트나 미사일의 추진용
연료로 중요하다.
⑷ 폭발성 및 인화성
공기중에서 연소할 때 연한 청색을 나타내며 그 불꽃은 거의 보이지 않는다. 대기압하에서
공기와 홉합되거나 산소와 혼합된 경우 점화온도는 대략 560℃ 전후이며, 폭발범위는 대기
압하에서 4.0~75Vol%, 산소중에서는 4.0~94Vol%이다. 폭굉범위는 상온, 상압 상태에서
공기와는 18.3~59.0 Vol%, 산소와는 15.0~90.0Vol%이다. 수소와 산소의 부피비 2:1로
혼합된 기체를 폭명기 (Detonation Gas)라고 한다.
바. 메탄 (Methane, CH4)
파라핀계의 탄화수소 중 가장 간단한 형태의 화합물이며, 비교적 안정한 물질로 자연계에
대량으로 존재하고 있다. 천연가스, 유전가스, 석탄가스, 탄광의 갱도 내에서 발생하는
가스 등은 거의 메탄이 주성분이며 유기물질의 부패나 분해에 수반하여 항상 발생하는
가스로 탄광이나 하수구 등의 폭발사고의 원인이 되기도 한다.
⑴ 물리적 성질
무색, 무취의 가연성가스로 공기보다 가벼우며 물에는 약간 녹으나 알코올이나 에테르에
잘 녹는다. 공기중의 폭발범위는 5~15%이다.
⑵ 화학적 성질
공기 중에서 푸른색 불꽃을 내며 잘 연소한다.
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 212.8 kcal
고온에서 수증기와 반응하면 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 생성한다. 할로겐에 의해서
그 수소가 치환되기 쉬우며 메탄과 염소의 반에서는 염화메틸, 염화메틸렌, 클로로포름,
사염화탄소와 같은 4종의 염소화합물을 생성한다.
⑶ 용도
주요 용도는 연료이지만 순메탄을 사용되는 경우는 드물다. 메탄은 수소의 제조원료로서
중요하며 암모니아, 메탄올 등의 제조에도 이용된다. 메탄가스 중에서 아크 방전을 하면
아세틸렌을 얻어지며 프라스마젯트나 염소염의 급행에 의해서도 만들 수가 있으므로 근래
에는 아세틸렌의 제조원료로서도 그 중요성이 높아지고 있다. 또한 전자장치 이용되는
특수 카아본블랙은 고순도의 메탄을 연소시켜 만든다.
⑷ 폭발성 및 인화성
공기 또는 산소와 혼합하여 폭발성 가스를 형성하므로 취급에 특별한 주의가 필요하다.
다른 지방족 탄화수소에 비해서 연소속도가 느리며 최소발화에너지, 발화점 및 폭발 하한
계가 높으나 인화 폭발의 위험성이 적지 않으므로 누설, 유출이 안되도록 해야 한다.
사. 산소 (Oxygen, O2)
지각중에서 가장 다량 (약 50%) 존재하는 원소이다. 공기중에 약 21% 함유되어 있으며,
생물의 생명과 연료의 연소에 필요불가결의 가스이며 폭발사고에도 중요한 관계를 맺고
있다.
⑴ 물리적 성질
상온에서 무색, 무취의 기체이며 물에 약간 녹는다. 산소는 기체, 액체, 고체를 불문하고
상자성을 나타낸다. 상온에서는 2분자로 1분자를 만들며 1리터의 무게는 1.429g, 비중은
공기를 1로 하여 1.11이다. -182.97℃에서 액화하지만 액체산소의 비중은 1.13의 푸른
액체로서 진공중에서 급격히 증발시키면 온도가 강하하여 일부분은 고체로 된다.
⑵ 화학적 성질
화학적으로 활발한 원소이며 희가스, 할로겐 원소, 백금, 금 등의 귀금속 이외의 모든
원소와 직접 화합하여 산화물을 만든다. 순산소중에서는 공기중에서보다 심하게 반응한다.
황, 인 마그네슘 등은 공기중에서 보다 심하게 연소한다. 또 알루미늄선, 철선, 동선 등도
빨갛게 가열하여 산소중에 넣으면 눈부시게 빛을 내며 연소한다. 또 수소와는 격렬하게
반응하여 폭발하고 물을 생성한다. 탄소와 화합하면 이산화탄소와 일산화탄소를 생성한다.
산소-수소불꽃은 2,000~2,500℃의 온도에 달하며 산소-아세틸렌 불꽃은 3,500~3,800℃에
달한다. 산소는 그 자신은 폭발의 위험은 없지만 조연성가스로서 안전상 특별한 주의가
필요하다. 기름이나 그리스 같은 가연성 물질은 발화시 산소중에서 거의 폭발적으로 반응
한다. 만일 유지류가 묻어 있을 때에는 사염화탄소 등의 용제로 세정하고 충분히 건조시킨
다음 사용하여야 한다.
⑶ 용도
생명유지와 연소 유지의 특성이 있어 치료의 목적으로도 널리 사용되며 질식상태나 타가스
에 의한 마취로부터의 소생 등 의료계에 널리 이용되고 있다. 산소는 높은 고공 비행이나
깊은 바다에 잠수시 호흡용과 연료원으로 사용된다. 산업용으로는 산소제강이나 고로용
산소 등 철강업에 사용되며, 고압용기에 충전되어서 산소-아세틸렌 불꽃, 산소-프로판염
등으로서 용접이나 절단용으로 쓰이고 있다. 인조보석 제조와 로케트 추진의 산화제로
또는 액체산소 폭약 등에도 쓰이고 있다.
⑷ 폭발성 및 인화성
물질의 연소성은 산소농도나 산소 분압이 높아짐에 따라 현저하게 증대하고 또한 연소속도
의 급격한 증가, 발화온도의 저하, 화염온도의 상승 및 화염길이의 증가를 가져온다. 폭발
한계 및 폭굉한계도 공기중과 비교하면 산소 중에서는 현저하게 넓고 또 물질의 점화에너지
도 저하하여 폭발의 위험성이 증대한다. 이것은 가연성 가스에서 뿐만 아니고 가연성 액체
및 가연성 분체에 있어서도 같은 현상이 일어난다. 산소를 화학반응에 사용하는 경우는
과산화물 등이 생성되어 폭발의 원인이 되는 경우가 있으므로 주의할 필요가 있다.
제 3 장 가연성 가스의 연소·폭발특성
1. 개 요
공기 또는 산소와의 작용으로 빛과 열을 내면서 연소하는 가스를 가연성가스라 한다. 이때 연소라 하는 말은 가연성가스의 산화반응을 의미한다. 가연성 가스가 원치 않는 경우에 연소할 때, 또한 연소시 조건이 밀폐된 공간이었을 때 가연성가스의 연소현상은 연소반응에 다른 빛과 열의 발산 및 부피팽창으로 인하여 주변의 모든 설비가 따라서 연소되거나 파괴되어 재해를 가져오게 된다.
2. 연소 및 폭발의 정의
가. 가스의 연소
⑴ 연소의 정의
산소와 가연성물질과의 결합에 의해서 생성되는 급격한 산화반응으로 빛과 열을 수반한다.
일반적으로 가연성가스가 산소와 결합한다고 하는 것은 연소한다는 것을 의미한다.
⑵ 연소의 조건
[그림 1] 연소의 3연소
⑶ 연소방정식
탄소와 수소로 이루어진 탄화수소계 가연성가스의 연소방정식은 일반적으로 다음과 같이
나타난다.
CmHn+(m+)O2 뺪 mCO2+H2O
나. 연소 범위 : <표 2> 참조
다. 폭발
연소는 산소와 가연성 물질과의 결합에 의해 생성되는 급격한 산화반응으로 빛과 열만을
수반하는 반면에 폭발은 빛과 열뿐만 아니라 폭풍을 동반한다.
라. 폭굉 (Detonation)
관내 또는 공간에 체류되어 있는 가연성 혼합가스가 연소범위내에 있을 때 이 혼합가스의
일부분에 화염이 있으면 이것은 인접한 부분의 미연소가스에 현저한 온도 상승을 일으키고
이 때문에 연소속도는 점점 가속되어 폭연이라는 현상이 일어난다. 조건에 따라서 이 화염
의 속도는 음속을 초과하는 일정한 속도에 도달하게 되는데 이러한 현상을 폭굉이라고
한다. 폭굉속도는 가연성가스의 종류, 혼합가스의 종류, 혼합가스의 압력, 조상에 따라
일정한 값이 된다.
3. 연소 이론
가. 인화점
가연물을 가열하면 가연성 증기가 발생하는데 공기 중의 산소와 혼합하여 혼합기체가 되었
을때 불씨에 의해 불이 붙는 최저의 온도를 인화점이라고 하며 일반적으로 점도 및 비중이
클수록 인화점은 높다.
나. 발화점
가연성 물질을 공기 중에서 서서히 가열했을 경우 어떤 온도 이상이 되면 부근에 화염,
전기불꽃과 높은 온도의 화원 (발화원)이 없어도 자연히 연소하기 시작하는데 이 때의
온도를 착화점 또는 발화점이라 한다.
4. 불완전 연소
가. 불완전 연소 개요
연소의 기본조건이 산소이므로 연소시 산소량은 계속 줄어들고 탄산가스의 양이 계속 증가
된다. 이와같이 산소량이 부족하여 일산화탄소가 발생되는 경우로 불완전 연소라 한다.
불완전 연소의 원인을 요약하면 다음과 같다.
⑴ 1차 공기와 2차 공기의 흡입부족, 공기조절불량, 연소기 주위를 다른 기물로 둘러싸고
있는 경우
⑵ 연소기에 이물질이 끼어 있을 때 또는 냄비 밑부분과 연소기의 불구멍이 너무 접근해
있는 경우
⑶ 배기가 불충분한 경우
⑷ 환기가 불충분한 경우
⑸ 압력조정기가 불량하여 정상압력으로 공급하지 못할 경우 또는 배관저항 (특히 콕크류의
저항)에 의해 이상저압으로 공급되고 있는 경우
⑹ 공급압력에 맞지 않는 연소기구를 사용할 경우 즉,연소기 사용압력과 압력조정기의 조정
압력이 일치하지 않을 경우
⑺ 불꽃이 저온도의 물체에 접촉하여 온도가 떨어질 경우
나. 불완전 연소의 일반적 현상
⑴ 노란 불꽃 (Yellow Tip)
분젠식 버너에서 1차 공기가 부족하면 속불꽃의 선단에 적황색 부분이 늘어나는데 이것은
공기 부족에 의한 불완전 연소의 전형적인 예이다.
⑵ 리프팅 (Lifting)
버너 염공에 보내지며 혼합기에서 분출되는 가스분출속도가 연소속도보다 크게 되면 불꽃
이 염공으로부터 간격이 멀어지는 현상으로 LPG·LNG 등의 연소속도가 느린 가스에서
일어나기 쉽고 발생원인은 다음과 같다.
① 1차 공기가 너무 많을 경우
② 공급가스의 압력이 높을 경우
③ 버너의 염공이 작거나 막혔을 경우
⑶ 역화 (Flash Back)
가스 연소 중 염구로부터 혼합기의 분출속도가 연소속도보다 작아 불꽃이 버너 내부로
들어가면서 소음을 발생시키는 현상으로 수소·아세틸렌 등과 같이 연소속도가 빠른 가스
에 일어나기 쉽고 발생원인은 다음과 같다.
① 1차 공기가 적을 경우
② 공급가스의 압력이 낮을 경우
③ 염공이 크거나 부식에 의해 확대되었을 경우
다. 일산화탄소 (CO) 중독
⑴ 일산화탄소 중독
생가스 중의 일산화탄소 (천연가스에는 포함되어 있지 않다)나 연소기의 불완전 연소에
의해서 발생되는 일산화탄소를 포함한 공기를 호흡할 때 일어나는 것으로서 그 증상은
농도나 호흡한 시간에 따라 크게 달아지는데 대체로 다음과 같이 증상이 나타난다.
⑵ 일산화탄소의 성질
무색, 무미, 무취의 기체로서 비중은 0.97, 발열량은 3,018Kcal/N㎥이다. 인체의 혈액
중 산소의 운반체인 헤모그로빈과 결합력이 산소의 약 250배나 되어 소량이라도 흡입하면
중독을 일으킨다.
라. 불완전연소에 의한 일산화탄소 중독
가스가 연소할 때 필요한 공기 중의 산소가 환기불량 등에 의해 농도가 낮아지면 가스는
불완전 연소하여 일산화탄소를 발생한다. 이와 같은 사고를 “산소결핍사고”라 하고 환기
설비가 불비한 가옥을 “산결주택”이라고 한다. 그러나 원래 산소결핍사고라고 하는 것은
사람이 호흡하는 공기 중의 산소농도가 이상하게 낮아져서 호흡곤란 등의 증상을 일으키는
현상을 말한다.
마. 일산화탄소 중독시의 조치
⑴ 응급조치
① 될 수 있는 한 빨리 신선한 공기 중으로 옮긴다.
② 중증 이상으로 호흡력이 약화되어 있을 때는 인공호흡을 시킨다.
③ 산소호흡기로 산소를 흡입시킨다. 산소 중에 5% 정도의 탄산가스가 섞이면 호흡작용을
촉진시킬 수 있다.
④ 안정을 취하도록 한다.
⑵ 중증인 경우에는 의사의 진찰을 받게 하고 하이폰 등의 내복주사를 놓거나 그밖에 적당
한 치료를 받게 한다.
제 4 장 가연성 가스의 취급설비의 기술상기준
1. 제조설비의 기술상의 기준
가. 화학설비 및 시설의 안전거리에 관한 기준
⑴ 단위공정시설 및 설비간의 안전거리
여러 종류의 화학설비가 하나의 집단을 형성하여 제품을 생산하는 시설 및 설비 (이하
“단위동정시설 및 설비”라 한다.)들로 사업장이 구성되었을 경우에는 각각의 단위공정
및 설비간의 안전거리를 10m 이상 유지하도록 하여야 한다. 다만, 제조공정상 단위공정
시설 및 설비로 구분하기가 곤란한 경우에는 그러하지 아니하다.
⑵ 플레어스택의 설치
㈎ 가연성 또는 인화성 가스를 연소시켜 대기로 방출하는 설비를 사업장내에 설치하고자
할 대에는 플레어스택으로부터 수평반경 20m 내에 단위공정시설 및 설비, 위험물질저장
탱크 또는 위험물질 하역시설 등을 설치하여서는 아니된다. 다만, 다음 각호와 같이
화재 및 폭발을 방호할 수 있는 안전상의 조치를 하였을 경우에는 그러하지 아니하다.
① 단위공정시설 및 설비, 위험물질 저장탱크 또는 워험물질 하역시설 등이 불연재로
시송된 건축물 (지붕이 있는 경우에 한한다) 내부에 설치된 경우
② 단위공정시설 및 설비, 위험물질 저장탱크 또는 위험물질 하역시설 등에 자동화재
탐지 및 소화설비 또는 원격조정에 의하여 작동하는 소화설비를 설치한 경우
㈏ 플레어스택은 플레어스택에 의한 복사열로 인하여 시설물이 가열되거나 근로자 작업에
장해를 주지 않도록 충분한 높이를 유지하여야 한다.
⑶ 위험물 저장탱크의 설치
가연성 또는 인화성물질을 저장하는 탱크류 (공정구역내의 중간 탱크류 제외)를 집단으로
설치하는 때에는 단위공정시설 및 설비, 보일러 또는 가열로 등으로부터 20m 이상의 안전
거리를 유지하여야 한다. 다만, 가연성, 인화성물질을 단지 연료로만 사용하거나 또는
다음 각호와 같이 화재 및 폭발을 방호할 수 있는 안전상의 조치를 하였을 경우에는 그러
하지 아니하다.
① 탱크류의 단위공정시설 및 설비,보일러 또는 가열로등의 사이에 방호벽을 설치한 경우
② 탱크류주위에 자동화재탐지, 소화설비 또는 원격조정에 의하여 작동하는 소화설비를
설치한 경우
③ 탱크류에 살수 설비를 설치한 경우
⑷ 사무실 등의 설치
근로자가 상주하는 사무실, 연구실, 실험실, 정비실 및 식당 등을 사업장내에 별도로 설치
하는 때에는 방폭지역내에 설치하여서는 아니되며 또한 단위공정시설 및 설비, 위험물질
저장탱크, 위험물질 하역설비, 보일러 또는 소각로 등의 외면으로부터 20m 이상의 안전
거리를 유지하여야 한다. 다만, 다음 각호와 같은 경우에는 그러하지 아니하다.
① 보일러의 주용도가 난방용일 경우
② 단위공정시설 및 설비, 위험물질 저장탱크, 위험물질 하역설비, 보일러 또는 소각로
등과 마주보고 있는 사무실 등의 벽을 방호벽 또는 이와 동등 이상의 구조로 하는 경우
③ 사무실을 제어실과 공용으로 사용하고 안전규칙 제335조의 각호의 조치를 한 경우
나. 안전밸브 등의 설치에 관한 기술상의 지침
⑴ 용어의 정의
① 안전밸브 : 입구쪽의 압력이 설정압력에 도달되었을 때 자동적으로 스프링이 작동하면
서 유체가 분출되고 일정압력 이하가 되면 정상상태로 복원하는 밸브
② 안전밸브를 대처할 수 있는 방호장치:파열판을 말하며 파열판은 입구쪽의 압력이 설정
압력에 도달되었을 경우 파열하면서 유체가 분출하도록 용기 또는 배관에 설치한 얇은
판막
③ 설정압력 : 설계상 분출압력 또는 분출개시 압력으로서 이름판에 표시된 압력
⑵ 적용 대상
① 안전밸브 등을 설치하여야 할 화학설비 및 부속설비
㉠ 압력용기 ㉡ 관형 열교환기
㉢ 왕복동 압축기, 원심압축기등의 압축기류
㉣ 왕복동 펌프 등과 같이 토출측의 막힘으로 인한 압력상승이 관련기기의 설계압력을
구조적으로 초과할 수 있도록 제작된 펌프류
㉤ 배관재의 액체가 2개 이상의 밸브에 의해 차단되어 대기온도에서 액체의 열팽창에
의해 구조적으로 배관파열이 우려되는 배관
㉥ 기타 이상화학반응, 밸브의 막힘 등 이상상태로 인한 압력상승으로 당해 설비의 설계
압력을 구조적으로 초과할 우려가 있는 화학설비 및 부속설비
② 상기 규정에 의한 적용대상 화학설비 간에 역지밸브,자동밸브,수동조작밸브 등과 같은
차단밸브가 없는 경우에는 하나의 화학설비로 보아 안전밸브 등을 설치할 수 있다.
⑶ 파열판의 선정기준
① 파열판을 선정하여야 할 기준
㉠ 반응폭주 등 급격한 압력상승의 우려가 있는 경우
㉡ 독성물질의 누출로 인하여 주위 작업환경을 오염시킬 우려가 있는 경우
㉢ 운전중 안전밸브에 이상물질이 누적되어 안전밸브의 작동이 안될 우려가 있는 경우
② 반응기, 저장탱크 등과 같이 대량의 독성물질이 지속적으로 외부로 유출될 수 있는
구조의 경우에는 파열판과 안전밸브를 직렬로 설치하여야 한다.
⑷ 설치위치
① 적용대상 화학설비의 취급·저장하는 물질이 액상과 기상으로 존재하는 경우, 안전밸브
등은 보호대상 화학설비의 상부 증기공간 또는 증기공간과 연결된 배관에 설치하여야
한다.
② 열팽창 안전밸브는 정상액면보다 낮은 액면 공간에 설치하여야 한다.
⑸ 설치방법
① 적용대상 화학설비에서 안전밸브 등의 인입 후렌지까지의 인입배관 압력손실은 설정압력
의 3% 이하이어야 한다.
② 안전밸브 등의 인입배관 공칭 치수는 안전밸브 등의 인입 후렌지 공칭 치수와 같거나 그
이상이어야 한다.
③ 2개 이상의 안전밸브 등이 하나의 연결부위에 설치되어 필요한 분출량을 배출하도록 된
경우, 연결부위의 내부단면적은 각 안전밸브등의 인입단면적 합계와 같거나 그 이상이어야
한다. 다만, 예비로 설치된 안전밸브 등에는 적용하지 아니한다.
④ 점도가 높거나 응고되기 쉬운 물질 또는 결빙에 의하여 안전밸브 등의 막힘이 있을 수
있는 경우에는 안전밸브 등과 그 인입배관 및 토출측 배관에 이를 방지하기 위해 가열·
단열 등 적절한 조치를 하여야 한다.
⑤ 파열판과 안전밸브가 직렬로 설치되는 경우에는 파열판과 안전밸브 사이에 파열판의
파열 또는 누출을 탐지할 수 있는 압력지시계 또는 경보장치를 설치하여야 한다. 다만,
독성물질의 경우에는 파열판과 안전밸브사이에 경보장치를 설치하여야 한다.
⑹ 차단밸브 설치
안전밸브 등의 전·후단에는 차단밸브를 설치하여서는 아니된다.
다. 안전밸브의 설정압력 및 배출
⑴ 용어의 정의
① 소요분출량 : 실제로 발생 가능한 모든 압력상승 요인에 의하여 각각 분출될 수 있는
유체의 량
② 배출용량 : 각각의 소요분출량 중 가장 큰 소요분출량
③ 설계압력 : 용기 등의 최소 허용두께 또는 용기의 여러 부분의 물리적인 특성을 결정
하기 위하여 설계시에 사용되는 압력
④ 최고허용압력 : 용기의 제작에 사용된 재질의 두께를 기준으로 하여 용기상부에서의
허용 가능한 최고의 압력
⑵ 설정압력
보호하려는 용기 등의 설계압력 또는 최고허용압력 이하이어야 한다. 다만, 다음 각 항의
경우와 같이 배출량이 커서 둘 이상의 안전밸브를 설치하는 경우에는 그러하지 아니하다.
① 외부화재가 아닌 다른 압력상승요인에 대비하여 둘이상의 안전밸브를 설치할 경우에는
하나의 안전밸브는 용기등의 설계압력 또는 최고허용 압력의 1.05배 이하에 설정하여야
한다.
② 외부화재에 대비하여 둘 이상의 안전밸브를 설치할 경우에는 하나의 안전밸브는 용기
등의 설계압력 또는 최고허용압력 이하로 설정하여야 하고 다른 것은 용기 등의 설계
압력 또는 최고허용압력의 1.1배 이하로 설정하여야 한다.
⑶ 소요 분출량
① 정변위 (Positive Displacement) 펌프 및 압축기의 토출측 배관의 밸브가 차단된
경우 : 펌프 및 압축기의 최대용량
② 용기 등의 모든 출구가 차단된 경우 (Closed Outlets) : 유입되는 유체가 액체인
경우에는 최대 토출량, 유입되는 유체가 스팀 또는 증기인 경우에는 유입되는 스팀 또는
증기의 유량에 최대 운전조건에서 발생되는 량을 가감한 량
③ 응축기로 유입되는 냉각수 또는 환류액이 증단된 경우 : 에너지 및 물질수지를 고려
하여 소요분출량을 결정하여야 한다.
④ 공냉식 냉각기의 휀의 작동이 중단된 경우 : 공냉식냉각기의 열교환용량의 70%에 해당
하는 량
⑤ 자동밸브가 고장난 경우
㉠ 용기 등의 인입배관에 설치된 자동밸브가 고장시에 열린 상태로 되는 경우에는 최대
유입량과 용기 등에서 정상적으로 배출되는 유출량과의 차
㉡ 용기 등의 인입배관 및 출구배관에 설치된 각각의 자동밸브가 고장시에 열린 상태로
되는 경우에는 최대유입량과 최대유출량과의 차
㉢ 용기 등의 출구배관에 설치된 자동밸브가 고장시에 닫힌 상태로 되는 경우에는 최대
유출량
⑥ 전원공급이 중단된 경우 : 전원공급 중단으로 인한 영향을 고려, 소요분출량을 결정
하여야 한다.
⑦ 열교환기의 튜브파열의 경우 : 열교환기 동체의 압력, 동체측 유체의 종류, 튜브측
유체의 종류에 따라 소요분출량을 결정하여야 하나, 일반적으로 튜브단면적에서 흐를 수
있는 유량의 2배로 한다.
라. 화염방지기 설치 등의 기술상의 지침
⑴ 용어의 정의
① 화염방지기 : 화염의 흐름을 차단하는 장치
② 통기관 : 화학설비가 진공 또는 가압상태가 되지 않도록 대기로 개방된 배관을 말한다.
③ 소염소자 : 화염방지기 내부에 설치되는 금망, 소결금속, 다공판, 주름리본, 기타 금속
이나 무기재료를 이용한 것으로서 화염을 차단시키는 역할을 하는 것
④ 액봉식 화염방지기 : 소염소자를 사용하지 않고 통기관 끝부분을 액체에 담금으로써
외부의 화염이 전달되지 않도록 한 것
⑵ 적용 대상
보호대상 화학설비에서 인화성물질 등을 최대 속도로 인입·배출할 때 당해 설비에 전공
또는 가압상태가 되지 않는 충분한 용량이어야 한다.
⑶ 화염방지기의 성능
화염방지기는 보호대상 화학설비에서 인화성 등을 최대 속도로 인입·배출할 때 당해 설비
에 진공 또는 가압상태가 되지 않는 충분한 용량이어야 한다.
⑷ 화염방지기의 구조
① 소염소자식 화염방지기
㉠ 본체는 금속체로서 내식성이 있어야 하며, 폭발 및 화재로 인한 압력과 온도에 견딜
수 있어야 한다.
㉡ 소염소자는 내식, 내열성이 있는 재질이어야 하고, 이물질 등의 제거를 위한 정비
작업이 용이하여야 한다.
㉢ 가스켓은 내식·내열성 재질이어야 한다.
② 액봉식 화염방지기
㉠ 본체는 불연성이어야 하고, 담금 액체에 대하여 내식성이 있어야 한다.
㉡ 담금액체는 물, 비독성 또는 불연성 액체로서 보호대상 화학설비에서 취급하는 인화성
물질 등에 대하여 화학적으로 안정하여야 한다.
⑸ 설치장소
화염방지기는 인화성 등을 저장·취급하는 화학설비 등의 통기관에 설치한다.
⑹ 설치위치
① 보호대상 화학설비의 연결된 통기관의 끝단에 설치하여야 한다.
② 보호대상 화학설비의 통기관에 브레더밸브가 있는 경우는 당해 보호대상 화학설비와
브레더밸브사이에 화염방지기를 설치하여야 한다. 다만, 화염방지기의 성능을 갖는
밸브인 경우에는 이를 적용하지 아니한다.
③ 화염방지기가 결빙되어 막힐 우려가 있는 경우에는 화염방지기에 보온 등 적절한 결빙
조치를 하여야 한다.
마. 가스누출경보기설치에 관한 기술상의 지침
⑴ 선정 기준
① 가스누출감지경보기를 설치할 때에는 감지대상 가스의 특성을 충분히 고려하여 가장
적절한 것을 선정하여야 한다.
② 하나의 감지대상 가스가 가연성이면서 독성인 경우에는 독성가스를 기준으로 하여
가스누출감지경보기를 선정하여야 한다.
⑵ 설치장소
① 건축물 내·외에 설치되어 있는 가연성 및 독성물질을 취급하는 압축기, 밸브, 반응기,
배관 연결부위 등 가스의 누출이 우려되는 화학설비 및 부속설비 주변
② 가열로 등 발화원이 있는 제조설비 주위에 가스가 체류하기 쉬운 장소
③ 가연성 및 독성물질의 충진용 설비의 접속부의 주위
④ 방폭지역내에 위치한 변전실, 배전설비, 제어실 등
⑤ 기타 특별히 가스가 체류하기 쉬운 장소
⑶ 설치위치
① 가스누출감지경보기는 가능한 가스의 누출이 우려되는 누출부위 가까이 설치하여야
한다.
② 가스 누출감지경보기의 경보기는 근로자가 상주하는 곳에 설치하여야 한다.
⑷ 경보설정기
① 가연성가스 누출감지경보기는 감지대상 가스의 폭발하한계의 25% 이하, 독성가스 누출
감지경보기는 해당 독성가스의 허용노동 이하에서 경보가 울리도록 설정하여야 한다.
② 가스누출감지경보의 정밀도는 경보설정치에 대하여 가연성가스 누출감지경보기는 ±25%
이하, 독성가스 누출가스감지경보기는 ±30% 이하이어야 한다.
⑸ 성능
① 가연성가스 누출감지경보기는 담배연기 등에, 독성가스 누출감지경보기는 담배연기,
기체세척유가스,등유의 증발가스, 배기가스 및 탄화수소계 가스, 기타 잡가스에는 경보가
울리지 않아야 한다.
② 가스누출감지경보기의 가스 감지에서 경보발신까지 걸리는 시간은 경보농도의 1~6배시
보통 30초 이내일 것. 다만, 암모니아, 일산화탄소 또는 이와 유사한 가스 등을 감지하는
가스누출감지경보기는 1분 이내로 한다.
③ 경보정밀도는 전원의 전압 등의 변동율이 ±10%까지 저하되지 않아야 한다.
④ 지시계 눈금의 범위는 가연성가스용은 0에서 폭발하한계값, 독성가스는 1에서 허용농도
의 3배값이어야 한다.
⑤ 경보를 발신한 후에는 가스농도가 변화하여도 계속 경보를 울려야 하며, 그 확인 또는
대책을 조치할 때에는 경보가 정지되어야 한다.
⑹ 구조
① 충분한 강도를 지니며 취급 및 정비가 쉬워야 한다.
② 가스에 접촉하는 부분은 내식성의 재료 또는 충분한 부식방지 처리를 한 재료를 사용
하고 그 외의 부분은 도장이나 도급처리가 양호한 재료이어야 한다.
③ 가연성가스 누출감지경보기는 방폭성능을 갖는 것이어야 한다
④ 수신회로가 작동상태에 있는 것을 쉽게 식별할 수 있어야 한다.
⑤ 경보는 램프의 점등 또는 점멸과 동시에 경보를 울리는 것이어야 한다.
바. 제조시설의 구조 및 설비
⑴ 내부반응 감시장치
반응기 또는 이와 유사한 설비로서 현저한 발열반응 또는 2차반응에 의해 폭발 등의 재해
발생 가능성이 큰 설비에는 온도, 압력 및 유량 등을 정확히 계측하고, 정상적 반응조건
에서 벗어날 경우 경보를 발할 수 있는 온도감시장치, 압력감시장치, 유량감시장치 및
내부반응감시장치를 설치하고 이상발생시 자동 기록될 수 있도록 한다.
⑵ 위험사태 발생조치
특수반응설비에는 이상사태발생시 원재료 공급을 차단하거나 내용물을 긴급방출하기 위한
장치 및 불활성 가스, 냉각용수 또는 반응억지제 등을 공급하기 위한 장치 등을 설비한다.
⑶ 인터록 기구
가연성 가스의 제조설비에는 설비가 오조작되거나 비정상운전시 제조설비 및 기구를 제어
할 수 있는 장치를 설치한다.
⑷ 가스 누설감지 및 경보장치
가스가 체류할 위험이 있는 장소에는 가스종류에 따른 적합한 가스누설감지 경보기를
적절히 설치한다.
⑸ 긴급 차단장치
가연성가스 설비 중 특수반응설비 또는 발생한 사고가 다른 제조설비에 파급될 우려가 있는
설비에는 긴급차단장치를 설치하여 계기실에서 원격조작하거나 자동적으로 조작되도록 설치
한다.
⑹ 긴급이송 설비
가연성가스의 설비중 특수반응설비와 긴급차단장치를 설치한 설비에는 가스의 종류, 량,
성질, 상태, 온도, 압력 등에 따라 이상사태 발생시 내용물을 긴급하고 안전하게 이송할
수 있는 설비를 설치한다.
⑺ 밴트스택
방출되는 가스의 종류, 량, 성질, 상태 및 주위 상황에 따라 안전한 높이와 위치에 설치한
다. 방출가스가 독성가스인 경우 중화 조치후 방출하고, 가연성인 경우에는 방출된 가스가
지상체류하여 폭발한계에 도달하지 않도록 적절한 높이로 한다.
⑻ 플레어스택
① 연소능력은 긴급이송된 가스를 안전하게 연소할 수 있도록 한다.
② 발생되는 복사열이 다른 제조시설에 나쁜 영향이 없도록 안전한 높이 및 위치에 설치
한다.
③ 발생하는 최대열량에 장시간 견딜 수 있는 재료 및 구조로 설치한다.
④ PILOT버너는 항상 점화상태로 둔다.(폭발방지)
⑼ 저장탱크
① 저장능력 500톤이상의 경우 방류둑을 설치한다.
② 방류둑 내측 및 그 외면으로부터 10m 이내에는 안전상 지장이 없는 설비 외에는 설치
하지 않는다.
③ 5,000ℓ 이상의 용량의 탱크에 설치한 배관에는 정장 외면으로부터 10m 이상 떨어진
위치에서 조작할 수 있는 긴급차단장치를 설치한다. 가스를 이입하기 위해 설치된 배관
에는 역류방지 밸브로 대신 할 수 있다.
⑽ 계기실
① 발생할 위험에 대해 안전한 위치에 설치한다.
② 외부가스 침입을 막을 수 있도록 필요 압력을 유지하고, 출입문은 2중문으로 한다.
③ 발생한 위험에 대해 안전한 구조이며, 출입문이나 창문은 내화성 구조로 한다.
⑾ 불활성 가스
제조시설 상태에 따라 모든 시설이 위험한 상태가 된 경우 가스를 외부로 방출시키거나
가스 차단 등을 위한 응급조치 운전에 충분한 양 및 압력의 질소 또는 그 밖의 불활성
가스나 시스템을 보유한다.
⑿ 폭발방지 장치
액화석유가스 저장탱크에는 폭발방지장치를 설치한다. 단, 지하저장탱크인 경우는 제외
한다.
⒀ 물분무 시설
시설의 규모상태 및 주위 상황들에 따라 적절한 곳에 물분무시설을 설치한다. 주변에
화기를 취급하는 시설에는 수막 또는 이와 동등한 능력을 갖는 시설을 설치한다.
사. 배관시설
⑴ 재료 및 구조
① 재료는 가스의 종류, 성질, 상태, 온도 및 압력등에 상응하는 적절한 재질을 사용한다.
② 구조는 수송가스의 중량, 배관 및 부속 자재의 무게,토압,수압, 열차하중, 자동차하중,
부력 등을 고려하고, 풍하중, 설하중, 온도변화의 영향, 진동의 영향, 지진의 영향 등을
고려하여 응력에 대한 안전성이 있어야 한다.
⑵ 신축흡수 조치
필요부분에 적절한 배관 신축흡수 조치를 한다.
⑶ 누설확산 방지 조치
① 배관의 주위상황에 따라 필요장소에는 2중관으로 한다.
② 2중관에는 가스누설검지 경보장치를 설치한다.
⑷ 운영상태의 감시
배관장치에 운영상태를 감시하는 장치를 설치하고, 이상상태 발생시 경보 가능토록 한다.
⑸ 안전제어 장치
① 압력제어장치, 가스누설감지 경보장치, 긴급차단장치 및 비정상 운전시 압축기 또는
펌프가 작동되지 아니하는 제어장치를 설치한다.
② 이상상태 발생시 압축기, 펌프, 긴급차단장치 등을 자동이나 수동으로 정지, 폐쇄하는
제어장치를 설치한다.
⑹ 기 타
① 배관상에 가스누설검지 경보장치를 설치한다.
② 시가지, 주요하천, 호수 등을 횡단하는 배관에는 긴급차단장치를 설치한다.
③ 긴급차단장치의 구간마다에는 불활성가스등으로 치환할 수 있도록 조치한다.
④ 배관상에 안전용 접지등을 설치한다.
⑤ 구조물과 배관을 절연시키는 장치를 설치한다.
⑥ KSC 9609 (피뢰침)에 정하는 규격의 피뢰설비를 설치한다.
⑦ 비상전력 공급이 가능하도록 한다.
2. 공급설비의 기술상의 기준
가. 일반안전 설비
⑴ 경계표시
울타리 및 경보소등의 필요시설을 설치하고, 가스공급시설에 경계표시를 한다.
⑵ 통신설비
상호연락 체제 확립 및 시설을 구축한다.
⑶ 가스의 체류방지
통풍구 또는 강제 통풍 시설을 설치한다. (제조소 및 공급소내)
⑷ 가스누설감지 경보기
누설가스 체류 예상지역에 검지기를 설치하고 작업자가 상주하는 위치에 경보설비를 설치
한다.
⑸ 전기 시설을 방폭 구조로 한다.
⑹ 화기설비와의 거리:8m를 유지한다.
⑺ 정전기 제거
정전기 제거 장치를 설치한다.
⑻ 가스의 치환
가스발생 설비, 가스정제설비, 가스홀더 및 그 부대설비에 가스지환설비를 설치한다.
⑼ 기타
차단장치, 계측장치, 경보장치, 오조작방지장치, 인터록기구, 비상전력, 계기실 등을 설치
한다.
나. 가스발생 설비
⑴ 압력상승 방지장치
파열판, 안전밸브 또는 제어장치나 이에 준하는 압력상승방지장치를 설치한다.
⑵ 긴급정지 장치
긴급시 신속하고 안전하게 가스 발생을 정지시킬 수 있는 장치를 설치한다.
⑶ 역류방지 장치
가스에 액체를 주입하는 설비에는 액체역류방지장치를 설치하고 최고 사용압력이 저압인
가스 발생설비에는 가스역류방지장치를 설치한다.
⑷ 기화장치
① 액화가스를 기화시키는 기화장치는 직화식 가열구조가 아니어야 한다.
② 온수 구조식은 온수부에 부동액을 첨가하거나 불연성 단열재로 피복한다.
③ 액체가스의 넘쳐 흐름을 방지하는 장치를 한다.
④ 공기흡입구조의 기화장치는 가스역류에 의해 공기흡입공으로 가스가 누설되지 않도록
한다.
다. 가스정제 설비
최고사용압력이 저압인 가스정제설비에는 압력의 이상 상승방지를 위한 수봉기를 설치하고,
액체 주입설비에는 역류방지장치를 설치한다.
라. 가스홀더
⑴ 고압 및 중압인 경우
① 관의 입구 및 출구에 신축흡수 장치를 설치한다.
② 응축액의 동결을 방지하는 조치를 한다.
③ 응축액을 외부로 뽑을 수 있게 한다.
④ 맨홀 및 검사구를 설치한다
⑤ 탱크간 이격 거리는 (D1+D2)/4로 한다.
⑵ 저압인 경우
① 유수식 홀더:가스방출장치, 수조의 Overflow 배출구 설치
② 무수식 홀더:봉액공급용 예비펌프 설치
⑶ 가스차단 장치
① 가스홀더와 배관과의 접속부 부근에 가스차단장치를 설치한다.
② 최고사용압력이 공압 또는 중압인 것은 가스홀더의 외면으로부터 5m 이상 떨어진 위치
에서 조작 가능한 긴급차단장치를 설치한다.
마. 배송기 및 압송기
⑴ 냉각수 확인 장치
① 냉각수 흐름 확인 장치를 설치한다.
② 외부 강제 급유장치가 있는 것은 주유펌프 출구압력 저하시 자동작동하는 보조급유장치
및 자동배송기, 압송기 정지장치를 설치한다.
⑵ 예비 배송기 및 예비 압송기를 설치한다.
⑶ 송출가스 압력의 비정상시에는 작업자 상주위치에서 경보가 울리는 장치의 설치와 자동
배송기, 압송기 정지장치를 설치한다.
바. 부대설비 (저장탱크 관련)
⑴ 물분무장치
5m 이상 떨어진 위치에서 조작 가능한 냉각용 살수장치를 설치한다.
⑵ 폭발방지 장치
주거 및 상업지역내의 10톤 이상 저장능력 탱크에는 폭발방지장치를 설치한다.
⑶ 경계표시
은백색 바탕에 붉은 글씨로 가스 명칭을 기입한다.
⑷ 긴급차단장치를 설치한다.
⑸ 액면계
저장탱크와 유리제품 게이지를 접속하는 상·하배관에는 자동식 혹은 수동식의 스톱밸브를
설치한다.
⑹ 압력저하방지장치
저온저장탱크의 경우에 적용한다.
⑺ 방류둑을 설치한다.
⑻ 부식방지를 위해 도장을 한다.
사. 기타 부대설비
⑴ 열량조절장치의 공기배관에는 가스역류방지장치를 설치한다.
⑵ 공기중에서 혼합비율용량이 1/1,000의 상태에서 감지할수 있는 부취주입장치를 설치한다.
아. 정압기
⑴ 입, 출구에 가스차단장치를 설치한다.
⑵ 출구에 압력상승 경보장치를 설치한다.
⑶ 침수 및 동결 방지장치를 설치한다.
⑷ 분해점검:설치후 2년에 1회 이상 분해 점검, 1주에 1회 이상 작동상황을 점검한다.
⑸ 압력기록장치를 설치한다.
⑹ 불순물 제거:입구에 수분 및 불순물 제거 장치를 설치한다.
⑺ 가스누설검지 경보장치를 설치한다.
⑻ 통풍 설비를 설치한다.
⑼ 전기설비 설치 및 예비 정압기를 설치한다.
자. 배관
⑴ 신축흡수장치를 설치한다.
⑵ 수취기 설치:콘크리트 박스 내에 설치한다.
⑶ 부식방지 조치 및 표시
① 배관은 가스명, 최고사용압력 및 흐름방향을 표시한다.
② 지상배관:황색, 지하매몰배관:황색 또는 적색으로 색칠한다.
③ 지하매몰배관:폴리에틸렌이 피복된 강관을 사용하고 (부식방지조치 포함) 저압인 경우
에는 폴리에틸렌관을 사용한다.
⑷ 가스차단장치
① 고압 또는 중압 배관에서 분기되는 지점근처에 설치한다.
② 도로와 평행으로 매몰된 배관에서 사용자의 점유토지 내에 설치된 배관으로서 내경
50mm 이상인 경우에 설치한다.
③ 지하실 또는 지하도에서 가스체류가 예상되는 장소에 설치한다.
⑸ 누설검사
도로 매몰배관은 배몰후 3년에 1회 이상 실시한다. 단, 최고사용압력이 고압인 경우에는
1년 1회 이상 실시한다.
⑹ 가스 계량기
① 최대 소비량의 1.2배 이상의 용량으로 한다.
② 직사광선 및 빗물 예상 지역은 격납상자내에 설치한다.
③ 바닥에서 1.6m 이상, 2m 이내에 수직, 수평으로 설치한다.
3. 사용시설의 기술상의 기준
⑴ 가스저장실에 경계 표시를 한다.
⑵ 저장설비, 감압설비 및 배관은 화기취급 장소와 8m 이상 유지한다.
⑶ 통풍구를 설치하고 지하철 등에는 강제통풍시설을 설치한다.
⑷ 300㎏ 이상 저장의 경우 압력상승방지 장치를 설치한다.
⑸ 설비작동 상황을 1일 1회 이상 점검한다.
⑹ 수리 및 청소시 치환 가능토록 가스 치환 장치를 설치한다.
⑺ 습기 등에 의한 부식방지 조치를 한다.
⑻ 가스누설 자동차단기를 설치한다. 누설감지기는 건축물 내에 차단기는 건축물 벽면 유입
배관에 설치한다.
⑼ 소형 저장탱크 및 충전용기는 항상 40℃ 이하로 유지하고 직사광선을 차단한다.
⑽ 밸브는 열습포나 40℃ 이하의 더운물로 가열한다. (충전용기의 경우)
⑾ 용기는 화기를 피하며, 옥외에 설치하고, 화기 차단설비 및 강제통풍시설을 설치한 독립
용기보관소에 둘 수 있다.
⑿ 내압시험은 저압 배관인 경우 8㎏/㎠ 이상, 기타 내압시험 압력 이상으로 실시한 것을
사용한다.
⒀ 배관 또는 호스와 연소기 사이에 중간밸브를 설치한다.
⒁ 건축물 내의 배관은 노출하여 설치한다.
⒂ 지상 배관의 표면 색상은 황색으로 한다.
·호스 길이는 3m 이내로 하며 ‘T’형으로 연결치 않는다.
·배관 고정장치는 관경 13mm 미만은 1m 마다, 13mm 이상 33mm 미만은 2m 마다, 33mm이상
은 3m 마다 설치한다.
·배관과 전기계량기, 전기개폐기 및 전기 안전기와는 60㎝ 이상, 굴뚝 및 전기콘센트와의
거리는 30㎝ 이상, 절연조치를 아니한 전선과는 15㎝이상 유지한다.
·250㎏ 이상의 저장설비는 4면을 방호벽으로 설치한다.
·기밀시험은 시설 시공후 조정기 출구부터 연소기까지의 배관 또는 호스에 850mmH2O 이상
1,000mmH2O 이내의 압력으로 기밀시험을 실시한다.
·가스온수기 또는 가스보일러는 목욕탕이나 환기가 잘 안되는 곳에 설치하지 않는다.
·연소기
① 개방형 연소기를 설치한 곳에는 환풍기 또는 환기구를 설치한다.
② 반 밀폐형 연소기는 급기구, 배기통을 설치한다.
③ 배기통 재료는 금속, 석면 그 밖의 불연성 재료로 한다. (단열조치 포함)
④ 밀폐형 연소기는 급기구 배기통과 벽과의 사이에 배기가스가 실내로 새지 않도록 밀폐
한다.
제 5 장 안전장치의 종류
1. 개요
가연성가스 제조설비에서는 온도, 압력 등의 운전상황의 변화에 의해서 기계장치의 파괴 및 가스가 대량으로 누출되어 이것이 화재, 폭발, 중독 등 재해발생의 원인이 된다.
2. 안전장치
안전장치는 가스제조설비와 용기의 내부압력 이 상상승하는 경우에 작동하며, 제조설비에서는 그 압력 이하로 떨어뜨리고 용기 내부의 가스를 밖으로 방출시킴으로써 이들의 파괴를 방지한다.
가. 안전장치의 종류
⑴ 스프링식 안전밸브 : 밸브 디스크에 걸리는 내부압력에 의하여 밸브 디스크가 올라가도록
하는 것으로, 스프링의 힘으로 밸브 디스크를 시이트에 눌러놓고 내부압력이 그 이상으로
상승하는 경우에는 위로 들어올리어 내부의 가스를 배출하므로써 운전압력을 떨어뜨리는
것이다.
[그림 2] Conventional Safety Relief Valve
⑵ 파열판 (박판) : 박판안전밸브라고도 부르며, 금속제의 박판이 파열함으로써 장치내부에
있는 가스와 용기 내부에 있는 가스를 배출시키는 것으로 제작시에 샘플링검사 방법으로
성능시험을 실시, 작동압력을 확인해 두어야 한다.
[그림 3] 평판형 파열판
⑶ 가용전 : 퓨즈메탈 또는 가용합금안전밸브라고도 하며, 비스무스, 카드뮴, 납, 주석 등
을 주성분으로 하는 가용합금이 사용되고 있으며 주로 용기밸브에 부착되어 있다. 용기가
화재, 그 밖의 열을 받으면 온도가 상승함과 동시에 압력도 상승하게 되지만 이 온도의
상승으로 가용합금이 녹아서 내부의 가스를 밖으로 배출하는 것이다.
[그림 4] 가용전의 구조
⑷ 릴리이프밸브 (Relief Valve) : 이 밸브는 주로 펌프와 배관 내에 있는 액체의 압력상승
을 방지하기 위하여 설치한다. 릴리이프밸브는 다음의 자동압력제어장치와 같은 위치에
설치하고, 이 밸브를 통하여 배출되는 액화가스는 저장탱크와 펌프의 흡입측으로 되돌려
보내며 직접 밖으로 배출하지는 않는다.
[그림 5] 릴리이프 밸브
⑸ 자동압력제어장치 : 고압가스설비로 들어가는 가스량을 자동적으로 제어함으로써 압력의
이상상승을 방지하는 것이고, 일반적으로 [그림 6]과 같이 압축기의 토출가스를 그 흡입측
에 모두 돌려보낼 수 있는 용량이어야 한다. 이와 같이 방법은 압축기의 토출가스가 흡
입측에 돌려 보내짐으로써 그 흡입관의 압력이 상승하므로 흡입관에 보내지고 있는 가스의
양을 감소시키든가, 흡입관에 안전밸브를 설치함으로써 흡입관의 압력상승을 방지하여야
한다.
[그림 6] 압축기 토출압력의 자동제어
나. 안전장치의 용도
⑴ 기체의 압력상승을 방지하는 경우 : 스프링식 안전밸브 또는 자동압력제어장치
⑵ 급격한 압력상승의 우려가 있는 경우 또는 내용물의 성질이 부식성이거나 점도가 높은
물질인 경우:파열판 또는 자동압력제어장치
⑶ 펌프와 배관에서 액체의 압력상승을 방지하는 경우:릴리이프밸브 또는 스프링식 안전
밸브, 자동압력제어장치
⑷ 용기에 설치하는 안전밸브
① LPG자동차에 부착된 용기:스프링식안전밸브
② 일반가스 용기:가용전, 파열판
③ LP 가스 용기:스프링식 안전밸브
다. 안전장치와 압력구분
안전장치는 가스제조설비 중 사용압력을 상당히 다르게 하거나 다를 우려가 있는 구분마다
설치한다.
이 압력구분은 다음과 같다.
⑴ 압력을 상승시키거나 압력을 갖는 기체를 발생하는 설비의 아래 부분을 1개의 압력구분
으로 한다.
⑵ 감압밸브 또는 감압을 하는 설비가 있을 때는 그 저압측을 고압측과는 다른 압력구분
으로 한다.
⑶ 밸브 등으로 차단되는 부분으로서 가열, 화학반응 등에 의하여 압력상승이 예상되는
부분은 1개의 압력구분으로 한다.
⑷ 다단식 왕복식 압축기는 그 각단을 각각을 1개의 압력구분으로 한다.
⑸ 저장탱크는 1개의 압력으로 한다.
⑹ 배관에 접속하는 곳에서 안전장치를 설치한다.
3. 긴급차단장치
파괴되면 가스가 대량으로 분출한다. 그 가스가 가연성인 경우에는 화재, 폭발 등의 재해가 발생할 우려가 크고, 독성가스인 경우에는 공장 주위에 확산되어 부근 주민들에게까지 피해를 미칠 우려가 크다. 이들의 경우에는 압축기, 펌프 등의 운전을 정지시켜도 설비의 내부에 있는 고압가스는 파괴된 구멍을 통하여 밖으로 분출하며 설비의 배부에서 유동한다. 이 누설가스량을 적게 하면 그 피해도 최소한으로 작게 된다. 이러한 목적에 사용되는 것이 긴급차단장치이다. 다음은 공기압식과 전기식의 차단밸브의 작동을 표시한다.
[그림 7] 공기압식 긴급차단밸브
가. 긴급차단장치의 설치장소
⑴ 가연성가스, 독성가스의 저장탱크
⑵ 가연성가스, 독성가스를 충전하는 내용적 5,000리터 이상인 용기
(주로 차량에 고정된 제정탱크를 말한다.)
⑶ 특정제조사업소에 관계되는 가연성가스 또는 독성가스의 고압가스설비 중 특수 반응설비
또는 기타 고압설비
나. 긴급차단장치의 개요
⑴ 긴급차단장치의 구성되어 있다.
① 차단밸브
② 차단밸브의 조작부
③ 차단밸브의 개폐상태 표시부
차단밸브의 조작에는 액압,공압,전기 또는 스프링등을 동력으로 하는 것이 이용되고 있다.
[그림 8] 공기압식 긴급차단밸브의 구조
⑵ 차단에 관한 성능 : 차단 조작은 간단함과 동시에 확실하고 신속하게 행할 수 있는 것
이고, 차단밸브를 제조 또는 수리한 경우는 수압을 밸브시이트의 누설이 없는 것을 확인
해야 한다. 다만, 공기 또는 질소 등을 이용하여 누설검사를 하여야 좋다. 긴급차단장치
또는 역류방지밸브가 빨리 닫히면 거기에서 관의 유체유동이 저지되어 워터 해머를 일으키
므로 밸브가 완전히 열리고 닫히는 데 필요한 시간을 고려하여야 한다.
⑶ 차단밸브의 설치 : 가연성가스의 저장탱크에 송출 또는 이입하기 위하여 설치된 배관에는
[그림 9]에 표시한 위치에 긴급차단장치 외에 2개 이상의 밸브를 설치한다.
[그림 9] 긴급차단장치와 밸브의 설치
긴급차단장치는 저장탱크 외면으로부터 5m 이상 떨어진 안전한 위치에서 원격조작할 수
있어야 한다. 가연성가스로서 액상의 것을 이입하기 위해서만 사용되는 배관에는 긴급차단
밸브를 역류방지밸브로 대치할 수 있다.
4. 플레어스택과 벤트스택
가. 플레어스택
바로 밑의 지표면에서 복사열이 4,000kcal/㎡h 이하가 되도록 하여야 한다. 플레어스택의
복사열을 받는 것은 설비와 작업원이지만 인체에 미치는 복사열의 영향은 <표 7>과 같다.
[그림 10] 플레어스택
나. 벤트스택
가스설비로부터 배출되는 가스가 그대로 대기중으로 방출되는 것이기 때문에 플레어스택과
는 다른 점이 많다.
⑴ 긴급용 벤트스택
① 가연성 가스의 경우 벤트스택은 방출된 가스의 착지 농도가 폭발하한계 미만이 되도록
충분한 높이를 유지한다.
② 벤트스택의 방출구는 작업원이 정상적인 작업을 하는 장소와 작업원이 자주 지나다니는
장소의 바로 밑 또는 이들 장소로부터 10m 이상 격리된 장소에 위치하도록 한다.
[그림 11] 물봉인 장치 벤트스택의 구조
③ 벤트스택에는 정전기 또는 벼락 등으로 인한 착화를 방지하는 조치를 강구하고 만일
착화된 경우에도 즉시 소화할 수 있는 조치를 해야 한다.
④ 벤트스택 또는 그 벤트스택에 속한 배관에는 액체의 체류를 방지하기 위한 조치를 해야
한다.
⑤ 액화가스가 섞여 방출되거나 급냉될 우려가 있는 벤트스택에는 당해 벤트스택에 속한
고압가스설비와 가까운 곳에 기액분리기를 설치해야 한다.
⑵ 기타 벤트스택
① 가연성가스의 벤트스택은 착지농도가 폭발하한계 미만이 되도록 충분한 높이로 정한다.
이 경우 독성이 있는 가스는 중화시킨 후에 방출한다.
② 벤트스택의 방출구는 작업원이 정상작업을 하는 장소와 작업원이 자주 지나다니는 장소
의 바로 밑 또는 이들 장소로부터 5m 반경 밖에 설치한다.
③ 가연성가스의 벤트스택에는 정전기 또는 벼락 등으로 착화된 경우 즉시 소화할 수 있는
조치를 해야 한다.
④ 벤트스택 또는 그 벤트스택에 속한 배관에는 액체의 체류를 방지하기 위한 조치를 한다.
⑤ 액화가스가 섞여 방출되거나 급냉될 우려가 있는 벤트스택에는 액화가스가 섞이지 않도록
조치를 해야 한다.
5. 가스누설감지 경보장치
가. 감지 경보설비의 원리
⑴ 접촉연소방식 : 가연성가스의 감지에 이용되고 있으며, 백금필라멘트의 주위에 백금,
파라디움 등의 촉매를 고정한 검출소자(검지엘레멘트 또는 센서라고도 한다.)에 가연성
가스를 함유한 공기가 접촉하면 그 농도가 폭발하한계이하에서도 접촉작용에 의하여 산화
반응을 일으켜 이때의 반응으로 검출소자의 온도가 상승하여 백금필라멘트의 저항이 크게
되는 것을 이용한 것이다.
[그림 12] 접촉연소방식의 회로
⑵ 반도체식 : 금속산화물반도체 (산화아연, 산화주석 등)의 표면에 가연성가스 등의 분자
가 달라붙어 반도체 내의 전자구조를 변화시켜 전기전도도가 증가하는 것을 이용한 것이다.
[그림 13] 반도체방식의 회로
⑶ 정전위 전해방식 : 주로 독성가스에 사용되며 가스 투과성의 격막을 통하여 전해질에
확산, 흡수된 가스는 산화되지만 그 때 생긴 확산전류를 뽑아 내어 샘플가스 중의 가스
농도를 측정하는 것이다.
[그림 14] 정전위 전해방식의 검지부 원리도
⑷ 격막전극방식 : 격막을 통하여 샘플가스사 전극에 접촉하면 PH (수소이온농도)가 변하는
것을 이용한 것이다.
⑸ 전량방식 : 두 개의 백금전극 사이에 끼워 넣은 전해액 중의 브롬화물과 염소와의 반응
에 의해 생긴 전류를 측정하여 염소농도를 측정하는 것이다.
[그림 15] 전량방식의 검지부
⑹ 격막 갈바니전지방식 : 산소의 검지에 이용되고 있으며 귀금속 (은 또는 금)을 양극으로
하고 비금속 (납)을 음극으로 하여 이것을 전해질용액 (가성소다수용액)속에 침전하여 만든
갈바니전지에는, 산소의 투과성이 좋은 격막 (테프론막 등)을 통하여 샘플가스 중의 산소가
전해질용액 중에 녹아서 남은 산소에 비례한 환원 전류가 발생한다. 이것을 이용한 것이
격막 갈바니전지방식이다.
⑺ 각종 검지방식의 요약
나. 감지 경보설비의 구성
[그림 16] 감지경보설비의 구성
⑴ 감지경보설비의 시스템 : 표준적인 구성은 [그림 16]과 같다. 설비는 샘플링부, 감지부,
지시증폭부, 전원부로 크게 나눌 수 있다.
⑵ 샘플가스를 감지소자로 끌어내는 방법에는 확산형과 흡입형이 있다. 확산형은 누설가스
가 자연확산에 의하여 감지부에 도달, 감지되는 것이고, 흡입형은 누설가스가 펌프 등에
흡입되어 감지부에 도달하는 것이다.
⑶ 경보부:경보부를 기능별로 분류하면 다음과 같다.
[그림 17] 경보부의 기능별 분류도