가스감지기 교정

표준가스(교정가스, Calibration gas)의 발열량을 기준으로 측정하고자 하는 가연성 가스 혼합물의 상대적인 발열량 비율로 가연성 가스의 농도를 측정한다.

 

 

 

가스감지기 교정

 

가스감지기 교정의 중요성

가솔린 탱크 내의 고농도 가솔린 증기는 내부의 산소농도가 상대적으로 공기중의 산소농도보다 낮아서 실제 농도보다 낮게 측정되어 안전하다고 판단될 수 있다. 가솔린 인화점은 - 40 ℃ 이하로 아주 낮은 온도에서도 연소하한값(LEL)을 초과하지만, 촉매센서(접촉연소식 센서, 촉매연소 센서, Catalytic sensor) 인화성 가스감지기를 사용해 상온에서 드럼통 내부의 가스농도를 측정하면 100 % 이하로 측정되는 경우가 있어 안전하다고 판단하여 절단, 용접 등의 작업을 하다가 폭발 등의 사고를 유발하는 경우가 많다.

상온에서 드럼통 내부의 가솔린 증기의 농도는 연소하한값 보다 훨씬 높으나, 드럼통 내부의 산소농도가 낮아 가스감지기 백금촉매 주위의 산소농도가 낮아 불안전한 연소로 백금선의 온도상승이 낮아 낮게 측정될 수 있다. 가스감지기의 정기검사 또는 자체교정은 일반적으로 메탄(이소부탄) 교정가스를 사용해서 메탄과 가솔린의 보정계수를 보정하지 않아 낮게 측정되는 경우가 많다.

 

 

표준가스와 보정계수

촉매센서는 표준가스(교정가스, Calibration gas)의 발열량을 기준으로 측정하고자 하는 가연성 가스 혼합물의 상대적인 발열량 비율로 가연성 가스의 농도를 측정한다. 가장 좋은 가스감지기 교정방법은 동일한 성분의 표준가스로 교정하는 것이 좋다. 그러나 상온에서 증기압이 낮은 헥산 등은 압축하면 응축되어 표준가스의 저장성 떨어진다. 그러므로 현장에서 일반적으로 많이 사용하는 표준가스의 성분은 수소, 메탄, 이소부탄 등의 상온에서 증기압이 높은 가스를 공기에 일정 농도로 주입시킨 것을 고압용기에 담아서 판매한다.

 

인화성 가스감지기는 교정가스와 측정가스의 측정값을 보정하기 위해 가스감지기에 보정표를 사용해서 측정값을 보정한다. 

 

 

<LEL 보정 계수>
RAE Systems LEL 센서는 다양한 반응을 나타내는 다양한 가연성 가스 및 증기를 감지하는 데 사용할 수 있다. LEL 센서는 촉매 비드(catalytic bead)에 대한 가스 플럭스(flux)를 제한하기 위해 확산 장벽(diffusion barrier)을 사용하기 때문에 고확산성 화합물에 가장 민감하게 반응하는 경향이 있다. 따라서 등유와 같은 무거운 성분보다 수소 및 메탄과 같은 작은 분자에 훨씬 더 민감하다. 센서를 다양한 화합물로 보정하는 가장 좋은 방법은 해당 가스의 표준을 사용하는 것이다. 그러나 사용자가 단일 교정 가스(일반적으로 메탄 또는 펜탄)만을 사용하여 많은 수의 화학 물질을 정량화할 수 있도록 하는 보정 계수(CF)가 결정되어 있기 때문에, LEL 센서에서 보정 계수는 다음 세 가지 방법 중 하나로 사용할 수 있다.
1. 일반적인 방식으로 메탄으로 장치를 보정하여 메탄 %LEL 등가물을 읽는다. 측정 중인 가스의 %LEL을 얻기 위해 판독값에 보정 계수(CF)를 수동으로 곱한다.
2. 메탄으로 장치를 보정한 다음 기기 메모리에서 보정 계수를 불러오거나 먼저 기기 메모리에서 보정 계수를 선택한 다음 메탄으로 보정한다. 그 이후의 단위는 관심 가스의 %LEL로 직접 읽는다.
3. 메탄으로 장치를 보정하되 이 값에 대한 프롬프트(prompt)가 표시되면 등가의 "수정된(corrected)" 스팬 가스 농도를 입력한다.
예를 들어, 이소프로판올 LEL 단위로 읽으려면 20% LEL 메탄을 적용하지만 스팬 가스 농도에 20 x 2.6 = 52를 입력한다.

 

<메탄 민감도 변화>
다음 <표 1>에 있는 보정 계수는 새 센서에 적용된다. 센서를 사용하고 점차적으로 감도를 잃음에 따라 메탄에 대한 응답은 고급 탄화수소보다 더 빠르게 감소할 수 있다. 이 경우 보정 계수는 점차 감소하고 메탄을 사용한 보정은 다른 가스의 %LEL을 과대평가하는 경향이 있다. 따라서 메탄 교정이 가장 안전한 방법이다.

RAE Systems LEL 센서는 실험실 테스트에서 수정 계수의 변화를 나타내지 않지만 특수 사용 조건에서는 그렇게 할 수 있다. 프로판 또는 펜탄과 같은 다른 유기 증기로 보정하는 것은 보정 계수 변경을 방지하는 좋은 방법이다. 이 접근 방식의 유일한 단점은 고급 탄화수소를 계속 측정하면서 메탄을 과소평가할 수 있다는 것이다. 모든 상황에서 메탄이 없는 것으로 알려진 경우 프로판 또는 펜탄 보정을 사용하는 것이 적절하다.

 

 

<비메탄 화합물로 보정할 때 보정 계수>

측정하고자 하는 가스와 동일한 가스성분의 표준가스를 구입할 수 없을 경우는 다음과 같이 한다. 

- 가스감지기 제조자로부터 표준가스와 측정하고자 하는 가스의 보정계수를 나타내는 <표 1> 및 다음 <그림 1> 등을 참조해 교정가스와 측정가스의 보정계수(Correction factors)를 곱하여 보정한다.

다른 스팬 가스에 대한 보정 계수를 얻으려면 표의 메탄 눈금 값을 스팬 화합물의 메탄 값으로 나누기만 하면 된다.

예를 들어, n-펜탄 척도에서 CF를 얻으려면 표 LEL CF 열의 모든 숫자를 2.1로 나눈다.
따라서 n-펜탄으로 보정할 때 암모니아에 대한 새로운 CF는 1/2.1 = 0.48이다. 이 계산은 별도로 선택 가능한 스팬 및 측정 가스가 있는 RAE Systems 기기에서 내부적으로 수행되기 때문에, 이러한 경우 CF를 변경하지 않고 범위와 측정 화합물을 입력하기만 하면 장치가 자동으로 새 계수를 계산하고 적용한다.

 

<표 1> LEL correction factors(RAE 제품군)

 

 

* LEL CF 값은 MultiRAE 제품군, ToxiRAE Pro 및 기타 RAE 시스템 기기에 적용된다.
굵게 표시된 값은 RAE Systems Instruments로 확인된 수치이고, 기울임꼴로 표시된 다른 것들은 확산 모델에서 계산된다.이러한 수정 계수는 ToxiRAE Pro 버전 1.64 및 MultiRAE 버전 1.16에 적용된다.

주의! LEL 센서를 손상시킬 수 있는 화합물에 대해서는 TN-144를 참조하라.

Note: 보고된 제트 연료의 폭발 하한값 범위는 부피 기준으로 약 0.3% ~ 0.9%이다. 이전의 제3자 테스트에서는  제트 연료에 대한 CF를 3.35로 보고한 바 있다. 그러나 우리는 이 결과를 확인할 수 없었고 제트 및 디젤 연료에 대한 LEL을 측정하는 훨씬 더 정확한 방법으로 PID를 사용할 것을 권장한다.

 

 

<그림 1> 가스의 실제농도와 표시농도 관계(참고용)

 

예를 들어, 메탄가스를 사용해서 교정한 인화성가스감지기를 사용해 가솔린의 농도를 측정한 경우는 측정값이 25.3 %-LEL이었다면 실제 측정한 값은 보정계수 3.2를 곱한 80.96 %-LEL이다.

 

 

교정 시 주의 사항

하지만, 경우에 따라서는 교정계수를 나눌 수도 있어 가스감지기 또는 교정가스의 사용설명서 등에서 제시하는 방법으로 교정계수와 교정방법(예를 들어, 곱하는지, 나누는지)을 정확히 이해하고, 적용한다.

 

사업장에서 사용하는 가스가 한가지인 경우는 가스감지기를 교정할 때 보정계수를 곱하여 교정하는 경우도 있다.

다양한 혼합가스, 교정표에 없는 가스는 가스감지기 제조회사로부터 별도의 교정계수를 입수한다. 또는 교정표에서 가스의 분자량, 탄소수, 수소수 등을 고려해서 누출되었을 때 대표적인 가스와 유사한 가스의 교정계수를 적용할 수 있다.

하지만, 교정계수 선정할 때는 누출되는 가스의 성분, 비율, 교정계수 등을 참조해 해당 화학물질의 물리화학적 성질과 공정을 잘 아는 전문가의 협조가 필요하다.

 

Reference : Technical Note TN-156 02/16/VK CORRECTION FACTORS FOR COMBUSTIBLE GAS (LEL) SENSORS