혼합가스의 가연성 판정기준

가스 또는 가스 혼합물이 공기 중에서 연소를 일으킬 수 있는지를 확인하는 시험방법 및 계산방법은 KS B ISO 10156(가스 및 혼합가스-용기 밸브 충전구 선택을 위한 산화도 평가)의 기준에 따라 계산하는데 이는 폭발위험지역 구분도 작성에 적용할 수 있다.

 

 

 

혼합가스의 가연성 판정기준

 

가스 또는 가스 혼합물이 공기 중에서 연소를 일으킬 수 있는지를 확인하는 시험방법 및 계산방법은KS B ISO 10156(가스 및 혼합가스-용기 밸브 충전구 선택을 위한 산화도 평가)의 기준에 따라 계산하여야 하며, 이와 별도로 고압가스안전관리법에서 규정한 가연성가스의 정의는 같은 법 시행규칙 제2조, 제1호에 따라 분류하고 있다.

 

혼합물의 구성은 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

A1F1 + ··· + AnFn + B1I1 + ··· + BkIk + ··· + BpIp

 

여기서

Ai  : 가스 혼합물에서 i번째 가연성 가스의 몰 분율(%)

Bk : 가스 혼합물에서 k번째 불활성 가스의 몰 분율(%)

Fi : 가스 혼합물에서 i번째 가연성 가스

Ik : 가스 혼합물에서k번째 불활성 가스

 

혼합물의 조성은 표1에 주어진 등가계수 Kk를 사용하여 모든 불활성가스 분류를 질소 등가로 변화시킨 등가 조성의 항으로 다시 표현한다.

 

A1F1 + ··· + AnFn + (K1B1 + ··· + KkBk + ··· + KpIp)N2

 

여기서

Kk : 질소와 관계된 불활성 가스의 등가계수(표 1 참조)

 

모든 성분 가스 분율의 합은 1이므로, 이를 적용하여 표현한다.

 

 

 

가연성 판정기준

가연성 가스의 몰 분율을 표2로부터 얻은 가연성가스의 Tci로 나눈 값이 1보다 작으면 가연성이 아니고, 1보다 크면 가연성으로 분류한다.

 

<표 1> 질소에 대한 불황성가스의 등가계수(Kk)

♧ 비고

- 화학식에서 세개의 원자 또는 그 이상을 포함한 기타 비가연성과 비산화성 가스의 경우, 등가계수 Kk=1.5를 사용해야 한다.

- 부분적으로 할로겐화된 비가연성 탄화수소의 몇몇 타입(예를 들어 냉매 R134a)은 가연성 가스의 존재하에서 부분적으로 공기와 산소에 반응한다. 0.5% 이상의 비가연성, 부분적으로 할로겐화된 탄화수소 및 가연성 가스를 포함하는 모든 혼합물의 경우, 만약 가연성 성분의 농도가 0.25%를 초과한다면 계산방법을 적용할 수 없다.

 

 

 

<표 2> 가연성 가스와 증기의 Tci

Tci : 질소와 혼합되어 있을 때 공기 중에서 비가연성이 되는 가연성 가스의 최대 함량(%)

 

 

혼합가스 가연성 판정 계산 사례

(예제1) 7% 수소와 93% 이산화탄소 혼합가스의 가연성 여부는?

 

STEP1. 표1로부터 이산화탄소의 등가계수(Kk)를 적용하여 계산하면 다음과 같다.

7(H2) + 1.5×93(N2)

7(H2) + 139.5(N2)

 

STEP2. 몰 분율의 합이 1이라는 사실을 적용하여 100%로 환산하면,

7/(7+139.5) : 139.5/(7+139.5) = 4.78 : 95.22

4.78%H2 + 95.22%N2

 

STEP3. 표2로부터 수소에 대한 Tci값을 확인하면 5.5임을 알 수 있다.

비율 4.78/5.5 = 0.869

 

STEP4. 0.869〈 1 이므로, 이 혼합물은 공기중에서 가연성이 아니다.

 

 

(예제2) 2% 수소, 8% 메탄, 25% 알곤, 65% 헬륨 혼합가스의 가연성 여부는?

 

STEP1. 표1로부터 각 가스의 등가계수(Kk)를 적용하여 계산하면 다음과 같다.

2(H2) + 8(CH4) + 0.55×25(Ar) + 0.9×65(He)

2(H2) + 8(CH4) + 13.75(Ar) + 58.5(He)

 

STEP2. 몰 분율의 합이 1이라는 사실을 적용하여 100%로 환산하면,

2/82.25 : 8/82.25 : 13.75/82.25 : 58.5/82.25 = 0.0243 : 0.0973 : 0.1672 : 0.8784

2.43%(H2) + 9.73%(CH4) + 16.72%(Ar) + 87.84%(He)

 

STEP3. 표2로부터 각 가스에 대한 Tci값을 확인한다.

수소의 Tci는 5.5, 메탄의 Tci는 8.7

비율 2.43/5.5 + 9.73/8.7 = 1.56

 

STEP4. 1.56 〉1 이므로, 이 혼합물은 가연성으로 간주한다.

 

Reference : 1. KS B ISO 10156 가스 실린더 - 가스 및 가스 혼합물 - 실린더 밸브 충전구 선택을 위한 가연성 및 산화능 결정 

                    2. KAIST 연구실 가스안전 매뉴얼