[가스신문(2023.04.05)] [2023년 가스기술사 제언-4월] 액화암모니아용 실린더캐비닛 주요 기능 및 Safety D…

극동대학교 친환경에너지공학과 신동현 교수(가스기술사, 공학박사)

전세계적으로 에너지경제 트랜드가 기존 화석에너지에서 수소경제, 탄소중립으로 빠르게 전환 중이다. 이 과정에서 에너지캐리어이자 탄소중립을 위한 원료·연료가 될 수 있는 암모니아가 최근 주목받고 있다. 특히 액화암모니아는 액화수소보다 동일 부피 기준 수소 밀도가 1.7배 높으며, 기 구축된 공급망을 활용할 수 있어 장거리 대규모 수소 저장·운송에 적합하다. 국내에서도 최근 산업부 규제샌드박스 제도를 통해 암모니아에서 수소를 추출하는 기술(롯데정밀화학), 암모니아 혼소 발전 기술(한국전력연구원) 등 액화암모니아를 활용한 다양한 연구 및 실증 활동이 진행되고 있다. 본지에서는 연구실내에서 사용하는 ‘액화암모니아용 실린더캐비닛’의 주요 기능 및 Safety Device, 그리고 안전시스템 구축방향에 대해 설명하고자 한다.

고압가스용 실린더캐비닛(이하 실린더캐비닛)은 고압가스안전관리법상 특정설비로써, 실험장비에 공급할 고압가스를 안전하게 취급(저장·사용)하는 역할을 한다. 따라서 각종 Safety Device가 내장되어 있다. 우선 가스 누출 시 누출된 가스가 연구실 내로 확산되지 않도록 항상 음압을 유지하는 기능이 있다. 누출된 가스가 가연성일 경우는 강제배기팬을 통해 대기로 배출하며, 독성일 경우는 중화처리장치를 거쳐 대기 중으로 배출한다. 작동방식에 따라 Full Auto, Semi Auto, Manual type으로 나눠진다. 특히 암모니아 같은 독성 가스의 경우, 용기 교체 과정에서 Human error 로 인하여 가스 누출 사고가 발생할 수 있으므로, 실린더캐비닛은 Full Auto 또는 Semi Auto type을 사용하는 것이 좋다.

암모니아용 실린더캐비닛의 또 다른 Safety Device에는 Gas Detector(Suction Type), Valve Shutter, Pneumatic Valve, High Temp Sensor, Fire Detector, Sprinkler 등이 있다. 참고로, 가스 누출 시 Valve Shutter 및 Pneumatic Valve로 2중 차단토록 하며, 액화암모니아의 잔량을 실시간 모니터링할 수 있도록 Weight Scale이 설치돼 있다. 액화암모니아의 증기압은 20℃에서 8bar 정도인데, 암모니아 사용량이 많거나 공급배관이 실외에 노출돼 있을 경우 재액화되기 쉽다. 따라서 고압가스용기에 Jacket Heater, 배관에 Heating Cable 등을 설치하여 재액화를 방지해야 한다. 특히 제어 실패로 인한 온도 상승 및 과압이 발생하지 않도록 제어시스템을 2중으로 구성해야 하고, 정기적으로 정상 작동유무 등을 점검해야 한다.

고압가스는 물리·화학적 특성이 매우 다양하기 때문에, 연구실내 고압가스 설비 구축 시 실험장비의 특성 및 조건, 연구실 환경 등 여러 요소를 고려해야 한다. 특히 암모니아는 염화붕소(BCl₃), 염소(Cl₂), 염산(HCl), 브롬화수소(HBr), 불소(F₂) 등과 반응하여 추가 재해를 일으킬 수 있다. 따라서 각 용기마다 실린더캐비닛을 구축하여 혼재를 방지해야 하며, 이에 맞춰 중화처리장치 Type, 배기라인 등도 알맞게 구성해야 한다. 또한 액화암모니아는 고압가스안전관리법상 특정고압가스로 분류되므로 한국가스안전공사의 완성검사를 득하고 행정관청에 신고 후 사용해야 한다. 하지만, 주변을 보면 완성검사를 득하지 않고 불법으로 가스를 사용하는 연구실이 적지 않다. 따라서 연구실 안전관리자들은 연구기획단계에서부터 전문가 컨설팅을 통해 인·허가 필요성, 안전시설 구축방향 등을 꼼꼼히 확인할 필요가 있겠다.

출처 : 가스신문(http://www.gasnews.com)