가스사용시설 안전관리자
가 스 개 론
Ⅰ 고압가스의 분류방법
가. 저장 · 취급상태에 따른 분류
(1) 압축가스
수소(H₂), 산소(O₂), 질소(N₂), 메탄(CH₄) 상온에서 압축하여 액화하기 어려운 가스
(2) 액화가스
프로판(C₃H₈), 염소(Cl₂), 암모니아(NH₃), 이산화탄소(CO₂), 산화에틸렌(C₂H₄O) 상온에서 압력을 가하면 쉽게 액화되는 가스
(3) 용해가스
아세틸렌(C₂H₂) 압축하면 분해폭발하는 성질 때문에 단독으로 압축하지 못하고 용기에 다공물질의 고체를 충전한 가스
나. 연소성에 따른 분류
(1) 가연성가스
프로판(C₃H₈), 부탄(C₄H₁₀), 일산화탄소(CO), 수소(H₂), 아세틸렌(C₂H₂) 공기(산소)와 혼합하면 빛과 열을 발생하면서 연소하는 가스
*{암모니아(NH₃)와 브롬화메탄(CH₃Br)은 예외적으로 가연성가스에 모함}
※ <가연성가스를 분류하는 법적인 규정>
- 폭발한계(연소범위)의 하한이 10% 이상인 것
- 폭발한계의 상한가 하한의 차가 20% 이상인 것
(2) 조연성가스
산소(O₂), 공기 등과 같이 다른 가연성물질과 혼합 되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있도록 도움을 주는 가스 (산소, 염소, 공기)
(3) 불연성가스
질소( N₂), 이산화탄소(CO₂), 이르곤(Ar) 스스로 연소하지 못하며, 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지 않는 연소와 무관한 가스
다. 독성유무에 따른 분류
염소(293ppm), 아황산가스(2,520ppm), 일산화탄소(3,760ppm) 공기 중에 일정량 이상 존재하면 인체에 유해한 가스를 독성가스, 허용농도가 100만분의 5,000(5,000ppm) 이하인 가스 (수가 적을수록 독성이 강하다)
예) 암모니아(7,338ppm), 염화메탄(8,300ppm), 실란(19,000ppm)은 독성가스에서 제외되나, 제조 운영상 독성가스로 지정관리
※ <허용농도>
- 사용단위로는 ppm(백만분의 일)이 사용된다.
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고압가스의 분류
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고압가스의 종류
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저장 ∙ 취급상태
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압축가스
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수소, 산소, 질소, 메탄, 아르곤 등
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액화가스
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LNG, LPG, 염소, 암모니아, 이산화탄소, 액화산소, 액화질소 등
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용해가스
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아세틸렌
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연 소 성
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가연성가스
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LNG, LPG, 일산화탄소, 수소, 아세틸렌, 암모니아 등
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조연성가스
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산소, 염소, 공기 등
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불연성가스
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질소, 이산화탄소, 이르곤, 헬륨 등
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독 성
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독성가스
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염소, 아황산가스, 일산화탄소, 암모니아, 산화에틸렌, 포스겐 등
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비독성가스
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질소, 아르곤, 공기, 헬륨 등
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2. 고압가스의 기초단위
가. 압력의 단위
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구분
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기압
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㎏/㎠
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㎜Hg
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mH₂O
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kpa
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기압(대기압력)
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1
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1.033
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760
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10.33
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101.3
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(1) 압력의 단위
(2) 압력의 종류
① 대기압
② 게이지압력
③ 절대압력
- 진공을 기준으로 표시한 압력
- 공기의 압력을 “1.0332㎏/㎠”으로 하고 측정하는 압력을 절대압력이라 하며 학문분야에서 사용한다.
※ 절대압력 계산
절대압력 = 게이지압력 + 대기압 (0.1013MPa)
예) 게이지압력 0.1MPa을 절대압력으로 환산하면 0.2013MPa
0.1MPa + 0.1013MPa = 0.2013MPa
나. 온도
※ 섭씨온도와 화씨온도의 변환공식
〬 F = 9/5 〬 C + 32, 〬 C = 5/9 (〬 F - 32)
예제) 섭씨온도 10 〬 C는 화씨온도로 몇 〬 F 인가?
정답) 50〬 F
* 9/5 〬 C = <1.8> 5/9 〬 F = <0.18>
다. 비중
액체와 기체가 평형을 이루었을 때 기체(증기)가 나타내는 압력
※ 증기압은 액체의 종류와 온도에 따라 다르며,
같은 물질일 경우 온도가 일정하다면,
용기에 들어있는 액체의 양과 관계없이 압력은 일정하게 된다.
라. 액의 부피팽창
모든 물질은 온도가 높아지면 부피가 커지고 반대로 온도가 내려가면 부피가 작아진다.
예외 물질로는 물 (물은 0 〬 C에서 4 〬 C까지 온도가 상승하게되면 반대로 그 부피가 작아지고 4 〬 C를 넘어 온도가 높아지면 그 부피는 커지게 된다)
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가 스 명
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폭발범위 (용량%)
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하 한
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상 한
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프 로 판
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2.1
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9.5
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부 탄
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1.8
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8.4
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메 탄
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5
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15
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아세틸렌
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2.5
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81
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가연성 가스의 폭발 범위
Ⅱ. 주요 고압가스의 특성
1. LNG (Liqued Naturl Gas : 액화천연가스)
천연가스는 지하에서 발생하는 탄화수소 중 메탄을 주성분으로 한 가연성가스의 총칭
- 천연가스를 액화하면 부피가 약 1/600로 줄어든다.
- 폭발범위 5 ~ 15% (공기중)
가. 성질
(1) 비점은 약 -162 〬 C이며 비점 이하의 저온에서는 초저온용기에 저장하여 사용한다.
(2) 무색의 투명한 액체이며, 기화한 가스는 무색 ∙ 무취이다.
나. 용도
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구 분
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주요 용도
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연 료
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도시가스용, 발전용, 공업용
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냉 열 이 용
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저온분쇄
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화학공업 원료
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메탄올, 암모니아의 제조
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LNG의 주요용도
다. 폭발성 및 인화성
- 공기 또는 산소와 혼합되면 폭발성 분위기가 형성
- 주성분인 메탄은 다른 지방족 탄화수소에 비해서 연소 속도가 느리다
라. 인체 및 환경에 미치는 영향
- 천연가스는 그 자체로는 독성이 없으나 질식 현상(산소결핍증)에 주의
- 대기 오염의 가장 큰 원인의 하나로, 석유가 연소할 때 생기는 유황산화물질이나 질소산화물을 들 수 있다.
- 천연가스는 연소할 때 나오는 유해물질이적어, 공해방지에 적합한 연료이다.
2. LPG (Liquefied Petroleum Gas : 액화석유가스)
가. 성질
(1) 무색 ∘ 무취이다
액화석유가스의 주성분의 프로판과 부탄은 무색 ∘ 무취이다.
(2) 기화 및 액화가 쉽다
부탄의 경우는 겨울철 영하의 온도에서는 기화되기가 어렵고, 기화되어도 다시 액화될 가능성이 있다.
(3) 공기보다 무겁고 액체일 경우 물보다 가볍다.
(4) 액화하면 부피가 작아진다
프로판과 부탄은 액화되면 체적의 약 1/250 ~ 1/300정도로 줄어든다.
(5) 발열량 및 청정성이 우수하다
연소시 높은 발열량을 갖는다. 프로판의 경우 24,000kcal/N㎥ 부탄의 경우는
30,000kcal/N㎥ 이다,
(6) LPG는 고무, 페인트, 테이프 등의 유지류 및 천연고무를 녹이는 용해성이 있다.
나. 폭발성
- 프로판의 폭발범위(연소범위)는 공기 중에서 2.1 ~ 9.5Vo% 부탄은 1.8 ~ 8.4Vo%로서 폭발하한계가 낮고 상온 ∘ 상압하에서는 기체로 인화점이 낮아 소량 누출시에도 인화하여 화재 및 폭발의 위험성이 크므로 취급에 주의하여야 한다.
다. 인화성
- 액화석유가스는 전기절연성이 높고, 유동, 여과, 분무시 정전기를 발생하는 성질이 있으며, 이러한 정전기가 축적될 수 있는 조건에는 방전스파크에 의해 인화 ∘ 폭발의 위험이 있으므로 주의하여야 한다.
Ⅲ. 일반가스
가. 산소 ( Oxygen : O₂)
(1) 성질
- 산소는 그 자신 폭발의 위험은 없지만 강한 조연성가스로서 특별한 쥐의가 필요하다. {기름이나 그리스(유지류, 오일) 같은 물질과 발화시에 폭발적으로 반응}
(2) 용도
- 산소-아세틸렌염, 산소-수소염, 산소-프로판염 등으로서 용접이나 절단용으로 사용
나. 염소
(1) 성질
- 기체일 때 무게는 공기보다 약 2.5배 무겁다
- 화학적으로 반응성이 풍부하기 때문에 조연성가스로 취급란다
다. 암모니아 ( Ammonia : NH₃)
- 물에 잘 용해된다. (0 〬 C, 1atm에서 1,164배 용해됨)
라. 수소 ( Hydogen : H₂)
(1) 성질
- 가장 밀도가 작고 가벼운 기체이다
- 액화수소는 온도가 극히 낮기 때문에 연성의 금속재료를 쉽게 취화(저온취성)시킨다.
(2) 폭발성 및 인체에 미치는 영향
- 염소, 불소와 반응하면 폭발이 일어난다
- 최소발화에너지가 매우 작아 미세한 정전기나 스파크로도 폭발이 일어날 수 있다
마. 아세틸렌 ( Acetylene : C₂H₂)
(1) 성질
- 3중 결합을 가진 불포화 탄화수소
- 무색의 기체
- 산소와 함께 연소시키면 3,000 〬 C를 넘는 불꽃을 얻을 수 있다
- 압력을 받으면 극히 불안정, 0.1MPa(게이지압력) 이상에서는 불꽃, 가열, 마찰 등에 의하여 보다 폭발적으로 자기분해를 일으키고, 수소와 탄소로 분해된다
- 구리(Cu). 은(Ag). 수은(Hg) 등에 아세틸렌을 접촉시키면 폭발
가스사용시설안전관리자
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