Update2024.04.29 (월)
알고 써야 안전한 기체산소 설비
현대 산업에서 사용되는 가스는 그 종류가 헤아릴 수 없이 다양하다. 또한 항상 신규물질을 생성하거나 어떠한 특정한 방법을 사용해 모든 물질에 안전을 보장 받을 수 있도록 적용하는 것은 거의 불가능하다고 할 수 있다. 그러나 가스가 가지고 있는 특성, 물성 등을 이용해 안전하게 설계하고 취급하도록 하는 방법은 가능하다.
이에 본 기고를 통해 그동안 여러 분야에서 아주 오랫동안 사용해왔고 다방면으로 사용되고 있는 기체산소의 안전한 설계 및 취급방법에 대해 논의하겠다.
■일정조건에서 위험한 산소
대기 압력에서 -183C 이상의 온도에서는 산소 기체로 존재한다. 액체 산소가 아주 투명한 청색을 띄는 것과는 달리 기체 산소는 무색ㆍ무취의 기체로서 공기보다는 약간 무겁고 강한 조연성 물질이다.
여기서 조연성이라 함은 자신은 연소하지 않고 연소를 도와주는 성질을 일컫는 말로써 가장 대표적인 물질로 산소이며 그 외에 O₃, NF₃, F₂등이 있다. 이밖에도 일반적으로 연료로 알려져 있는 나무, 석탄, 탄화수소계열 가스, 오일 등이 있다. 과잉 산소로 이루어진 분위기(약 산소의 농도가 23.5% 이상)에서는 일반 공기 중에서 연소 시킬 수 없는 알루미늄, 스틸, 스테인리스 스틸 등도 연료 역할을 해 화재 또는 폭발을 일으킬 수 있어 이에 관련된 사고 사례는 일일이 나열할 수 없을 정도로 많다.
이러한 산소의 강력한 조연성으로 인해 금속 및 비금속(플라스틱, 엘라스토머, 윤활제 등)을 연소시킬 수 있는 능력이 있으므로 설비의 재료선정시 다음과 같은 각별한 주의가 요구된다.
우선 점화원이 될 수 있는 산소 취급설비 내부의 작은 조각(Particle Impact)들을 제거해야 한다. 이 조각들은 어떠한 흐름의 방해요인(엘보우, 밸브, 오리피스 등)을 만나면 충격에 의한 에너지를 발생시켜 연소의 원인이 된다.
또한 빠른 기체의 흐름과 올바르지 않은 재질의 선정은 마찰로 인한 에너지를 발생시키고 기체의 압축은 높은 압축열을 발생해 연소의 원인이 된다.
일명 ‘점화사슬’의 역할을 하는 물질도 제거해야 한다. 나무더미에 불을 붙이기 위해서는 먼저 연소가 잘되는 물질에 불을 붙이고 여기서 발생되는 에너지를 나무더미에 옮겨야 하는데 이를 점화사슬이라 한다. 실례로는 산소배관의 재질인 스틸 또는 스테인레스 스틸을 연소 시키기 위하여 개스킷 등으로 사용되는 플라스틱을 먼저 연소시키고 여기서 발생되는 에너지가 금속을 연소시킬수 있다.
일정조건에서 금속도 타게 만들어
유량흐름 형태 따라 배관재질 선택
■산소설비 배관 재질 선정시 고려 사항
기체 산소의 배관을 통한 유량의 흐름은 아래와 같은 형태로 구분될 수 있다. 우선 Non-Impingement 형태는 배관 내에 부딪침이 없는 형태를 말한다. 이 경우 배관의 재질 선정은 <표1>을 참조한다.
Impingement 형태는 배관 내에 부딪침이 있는 경우다. 이러한 충돌이 있는 구역의 배관 선정은 <표2>를 참조한다.
Turbulent-Impingement 형태는 배관 내에 부딪침이 있는 형태과 난류의 흐름이 공존하는 지역을 의미한다. 이와같은 Turbulent-Impingement 지역과 앞서 말한 2개 형태에서 유속 또는 압력의 제한으로 사용할 수 없는 지역은 <표3>에서 재질을 선정해 사용할 수 있다.
지금까지 아주 간단하게 산소를 취급하는 설비에 대한 설명을 했다. 현장에서 쉽게 적용 및 사용할 수 있는 방법이나 산소는 극히 취급하기가 어려워 조그만 소홀하게 되면 화재 또는 폭발을 발생시키므로 좀더 깊게 지식을 습득하고 적용하는 것이 중요하다.
