수소 저장설비 및 취급 시 안전

가연성 가스인 수소를 저장하는 설비(용량 10㎥ 이상)에 대한 설계, 설치 및 유지관리에 관한 기술적 사항 및 수소 취급작업 시 안전에 대하여 공유하고자 한다.

수소는 고압가스로서 위험물에 해당되어 고압가스 안전관리법 및 산업안전보건기준에 관한 규칙 제225조(위험물질 등의 제조 등 작업 시의 조치)에 따라 운용하여야 한다.

 

 

수소 저장설비의 안전

 

수소(H2)의 유해성∙위험성에 대해서는 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/252

수소(H2)의 유해성∙위험성

 

1. 수소저장설비의 설계

■ 재질 선정

(1) 수소를 취급하는 저장용기 및 배관의 재질은 최소한 킬드강(Killed carbon steel)을 사용한다.

(2) 두께 50㎜를 초과하는 킬드강 또는 두께 38mm를 초과하는 저합금강을 사용하는 경우에는 모재에 대하여 초음파탐상시험(Ultrasonic testing)을 실시하여야 한다.

(3) 저장용기 및 배관의 재질로서 주철계 재료는 사용하여서는 아니된다.

(4) 설계 온도가 225℃ 이상인 수소 분위기에서는 KOSHA GUIDE “화학설비 의 재질선정에 관한 기술지침”에서 정하는 바에 따라 재질을 선정한다.

 

■ 계측기기 등

(1) 저장용기에는 수소의 온도 및 압력 등의 이상상태를 알 수 있도록 계측 기기를 설치한다.

(2) 온도계는 온도감지기의 보호관이 있는 온도계를 설치한다.

(3) 압력계 눈금판의 최대치는 설계압력의 1.5배 이상 3배 이하의 범위로 한다.

(4) 건물 내에 수소저장설비가 설치된 경우 KOSHA GUIDE “가스누출감지경 보기 설치에 관한 기술지침”에 따라 당해 건축물의 상부 또는 환기구 부근에 가스누출감지경보기를 설치하고 경보는 운전 제어실 또는 근로자가 상주하는 곳에 수신되도록 한다.

(5) 계측기기 등은 수소 사용조건에 적합하여야 한다.

 

 

■ 저장용기의 표지 및 도장

(1) 저장용기에는 수소 표지를 부착하고 주위 배관에도 알아보기 쉬운 곳에 수소 표지를 부착한다.

(2) 탄소강으로 제작된 저장용기 및 부속설비는 부식 방지를 위한 도장을 한다.

 

■ 안전밸브

(1) 저장용기에는 KOSHA GUIDE “안전밸브 설계 및 설치 등에 관한 기술지침”의 규정에 따라 안전밸브를 설치하여야 한다.

(2) 안전밸브의 토출 측 배관은 주위의 설비 및 근로자에게 영향을 미치지 않도록 안전한 높이까지 설치한다.

(3) 안전밸브의 토출 측 배관 하단에는 드레인홀 등을 설치하여 동절기 동결로 인하여 안전밸브의 작동이 방해받지 않도록 한다.

(4) 안전밸브 토출측 끝에는 정전기 분산용 환상링을 용접에 의하여 설치한다.

(가) 환상링은 스테인리스강의 튜브로 한다.

(나) 튜브의 최소직경은 13㎜로 한다.

 

■ 긴급차단밸브

(1) 저장용기의 인입배관에는 체크밸브를 설치하여 저장용기로부터 수소가 역류하지 않도록 한다.

(2) 저장용기에서 수소를 연속적으로 반응공정으로 공급하는 경우에는 반응 공정의 이상시 수소를 긴급 차단할 수 있도록 긴급차단밸브를 설치하고, 원격작동스위치는 저장용기 외면으로부터 10m 이상 떨어진 위치에 설치한다.

 

2. 수소저장설비의 설치 등

(1) 저장용기, 배관, 밸브 및 계측기기 주변에는 안전통로 또는 계단을 설치하여 운전원이 쉽게 접근할 수 있도록 한다.

(2) 압력조절밸브 후단 배관에는 안전밸브를 설치한다.

(3) 저장용기의 인입관이 신축호스(Flexible hose)로 된 경우에는 안전한 장소에 고정걸이를 갖추어 사용하지 않을 때에는 고정시킨다.

(4) 저장용기에 수소를 충전할 때에는 충전 전에 전기적으로 본딩 접지를 한다.

(5) 수소저장설비의 주위에는 다음과 같은 경고표지를 부착한다.

 

 

(6) 저장용기, 배관 및 그 부속설비는 사용 전 최대 사용압력에서의 시험을 통하여 수소의 누설이 없는 것을 확인하여야 한다.

 

 

3. 안전거리

(1) 옥외 수소저장설비로부터 노출 대상 및 형태에 따른 안전거리는 저장용기의 용량을 기준하여 <표 1>에 따르도록 한다.

<표 1> 옥외 수소저장설비로 부터의 안전거리(단위 : m)

다만, 수소저장설비와 대상물과의 사이에 화재 발생 시 2시간 동안 화재에 견딜 수 있는 방화벽과 같은 보호 구조물이 있는 경우는 <표 1>의 안전거리 적용을 제외한다.

 

(2) 용량 85㎥ 미만의 수소저장설비가 다른 시설물에 노출되면서 동시에 다른 시설물과 동일 건물 내에 설치되는 경우에는 다음의 안전조치를 취한다.

(가) 독립건물 내에는 다음과 같이 환기설비를 설치

- 환기설비의 배출 개구부는 지붕 또는 외벽의 높은 위치에 설치한다.

- 환기설비의 공기흡입 개구부는 외벽에 설치하되 바닥 높이에 설치한다.

- 공기흡입 및 배출 개구부의 면적은 실내 용적 30㎥당 0.1㎡로 한다.

- 배출 개구부에서 배출되는 공기는 대기중의 안전지역으로 배출한다.

(나) 인화성액체 및 산화성물질로부터 6m의 안전거리 유지

(다) 다른 가연성 가스저장소로부터 15m의 안전거리 유지

(라) 공기압축기 및 냉방 또는 환기설비의 공기흡입 개구부로부터 15m의 안전거리 유지

(마) 낙하물 방지시설의 구비

 

(3) 용량 85㎥ 이하의 수소저장설비가 다른 시설물에 노출되면서 동시에 동일 건물 내에 2개 이상 설치되는 경우에는 (2)항의 안전조치 이외에 각 수소저장 설비간 15m의 안전거리를 유지한다.

 

수소 취급작업 시 안전

1. 수소 취급 안전작업수칙

◎ 수소 저장용기에는 수소의 온도 및 압력 등의 이상상태를 알 수 있도록 계측기기를 설치한다.

◎ 고정식 및 이동식 압축가스 용기에는 "수소(HYDROGEN)"의 표지를 부착하고 주위 배관에도 알아보기 쉬운 곳에 "수소배관" 표시를 한다.

◎ 가스 방출관 끝에는 정전기 방출용 환상링을 용접에 의하여 설치한다.

◎ 배관 및 배관의 부속류의 재질은 수소의 압력 및 온도 사용조건에 적합하도록 선정하고 주철은 사용하지 않도록 한다.

◎ 저장용기의 인입배관에는 수소저장용기로부터 역류가 일어나지 않도록 역류방지밸브를 갖춘다.

◎ 저장용기에서 연속적으로 수소가 반응공정으로 공급되는 경우 반응공정의 이상 시에 수소를 긴급 차단할 수 있도록 긴급차단밸브를 설치한다.

◎ 수소저장용기·배관·밸브 및 계측기기는 쉽게 접근할 수 있는 위치에 설치해야 하고 접근에 필요한 안전통로 또는 계단을 확보한다.

◎ 수소저장용기에 수소를 충전할 때에는 충전 전에 전기적으로 본딩 접지 설비를 갖춘다.

◎ 수소저장설비의 주위에는 경고표지를 한다.

◎ 수소저장설비는 지상에 설치해야 한다.

◎ 수소저장설비의 상부에는 전력선이 배선되지 않도록 한다.

◎ 저장시설 주위에는 차량충돌 방지턱을 설치한다.

◎ 저장용기는 1년에 1회 부식상태를 점검하고 점검표에 기록한다.

 

<그림 1> 용기 저장실 구조도

2. 수소 취급 안전작업방법

■ 제조 및 저장시설의 수리·청소작업

◎ 수리 등을 할 때에는 다른 부분으로부터 유해한 물질이 들어오지 않도록 개방 부분 전후의 연결부에 맹판을 설치하고 위험꼬리표를 부착한다.

◎ 시설내부를 수리할 때는 작업절차에 따라 하고, 공기로 재치환후 공기중의 산소농도가 18%이상일 때 출입한다.

◎ 시설내부를 수리하고자 할 때에는 내부의 가스를 안전하게 배출하고 내부의 가스를 불활성가스 또는 수증기로 치환한다.

◎ 안전허가 발급절차에 따라 작업허가를 받은 후 작업하여야 한다.

 

 

■ 가스누설시 조치요령

◎ 수소가 누설하여 공기와 혼합하면 넓은 범위까지 폭발성 혼합가스를 형성하므로 신속한 조치를 한다.   - 용기밸브와 압력조정기 사이에서 누설시에는 용기밸브를 신속히 잠근다.   - 용기밸브에서 누설된 경우에는 다음과 같은 조치를 취한다.      . 밸브를 잠갔으나 충전구에서 누설 시(시트누설) : 밸브시트가 고장이거나 이물질이 끼어 있는 경우가 대부분이므로 1/4회전 정도 열었다가 닫는다. 그래도 멈추지 않을 때는 충전구에 플러그 또는 캡을 씌운후 판매업자에게 연락한다.      . 스핀들과 글랜드너트 사이에서 누설시(패킹누설로서 사용중에 발생하는 경우가 많음) : 글랜드패킹이 이완된 경우로서 밸브를 잠그고 글랜드너트를 조인다. 그래도 누설이 멈추지 않을 때는 밸브를 잠근후 판매업자에게 연락한다.

 

■ 탱크로리로부터 가스를 인입받을 때

◎ 접지 클램프로 접지를 한다.

◎ 가스충전중 표시를 차량 전후 10m 지점에 각각 설치한 후 화기작업 또는 타 차량의 통행을 금지한다.

◎ 충전작업이 완료되면 안전 커플링으로부터 누설이 없는가를 확인하고 접속구를 해체 후 발차시킨다.

◎ 차량을 고정시킨 후 정지목을 설치한다. 

◎ 차량을 정차한 후 5분 이상 경과 한 다음 접속구를 연결한다.

◎ 탱크레벨을 사전에 확인하고 용기 용량의 90% 미만으로 충전한다.

 

 

Reference : 1. KOSHA GUIDE D - 27 - 2012 (수소 저장설비의 안전에 관한 기술지침)

               2. KOSHA 기술자료