수소 누출 및 확산 특성

수소가스나 액화수소가 누출되었을 때 수소 누출 및 확산 특성에 대해 공유하고자 한다.

<수소 가스 누출>

• 수소 가스는 다른 가스들에 비해 분자량이 작기 때문에 미세한 틈새에서도누출이 일어날 수 있으므로, 취급 및 저장 시 주의가 필요

• 용기(탱크) 및 배관의 이음부위 등에서 주로 누출되기 쉬움

• 특히 밸브 본체는 물론 이음부, 안전밸브 및 압력조정기의 부착부는대표적 누출 취약 부위

<액화수소 누출>

• 액화수소도 분자가 작고 점도도 매우 작아서 미소한 구멍이나 미세한 간극또는 틈새를 통해 누출될 수 있음

• 특히 액화수소는 소량으로 누출되어도 대기 중에서 즉시 기체로 바뀌면서부피가 수백 배(약 800배 까지)로 커지며, 기체로 변해도 한동안 매우 낮은온도의 수소 가스로 존재

• 액화수소가 누출되면 공기 자체 또는 대기 중의 수분을 응축시키거나 고체화시켜 백연(흰 연기)을 생성

<그림 1> 액화수소가 방출되는 상태

<대기 중에서의 확산>

• 일반적으로 대기 중에서 수소 가스가 누출되면 공기와 혼합되면서 바람의 이동 방향으로 확산

• 압력용기(또는 탱크)나 고압 배관에서 누출되는 수소는 고압의 누출압력 때문에 길다란 가스 기둥 (plume) 형태로 방출되어 확산하는 경향

• 액화수소가 소량으로 누출되었을 경우에는 빠르게 증발하여 가스로 바뀌고 이때 수소 가스의 비중이 공기보다 매우 작기 때문에 부력으로 인해 급속히 위로 상승하는 경향

• 액화수소가 다량 누출되었을 때는 주변 공기도 동시에 냉각되어, 저온의 혼합 가스운(cloud)을 형성하며 지표면을 따라 이동하기도 하나, 공기와 혼합되면서 위로 상승하여 누출지점에서 멀리 떨어진 장소까지 가연성 혼합기가 확산되지는 않음

<그림 2> 액화수소가 바닥에 확산되는 상태

<실내 또는 밀폐공간 안에서의 확산>

• (누출 초기)

수소가 실내 또는 밀폐공간 안에서 누출되면, 초기에는 누출되었을 당시의 압력(힘)으로 확산되지만, 누출지점에서 멀어지면 부력에 의해 상승하여 지붕 주위나 천정으로 확산되어 체류하는 경향

• (누출 후 확산)

누출이 멈춘 후에는 지붕이나 천정에 체류하는 수소는 시간이 지나면서 서서히 주변 공기와 균일하게 혼합

<배관에서 수소 가스 누출 시 대응 순서>

• 용기 밸브를 완전히 잠근다.

• 배관 내의 수소를 방출 밸브로 서서히 방출하고, 배관 내의 압력을. 대기압까지 떨어뜨리는데 적정한 방출 장소가 없을 경우에는 자연적으로 압력이 떨어져 대기압으로 될 때까지 기다린다.

• 배관 내의 가스를 질소 가스로 치환한다.

• 완전히 치환되었음을 확인한 후 누출 부위를 수리한다.

• 수리 완료 후 질소로 가압하여 누설 여부를 확인한다.

<현장에서의 누출 예방을 위한 숙지사항>

• 배관과 밸브에 수분이 잔류하게 되면, 온도가 떨어질 때 동결될 수 있다. 이 경우 설비의 균열과 파손으로 내부의 수소가 누출될 위험이 높아지므로, 반드시 수분을 제거해야 한다.

• 실내에서는 환기장치를 작동시킨다. 작업 중에는 문과 창문을 개방한다.

• 누출이 발생하면 즉시 차단밸브를 닫는다.

• 안전밸브, 긴급차단장치, 가스 누출 감지경보기, 환기장치, 소화설비를 정기적으로 점검한다.

• 액화수소가 누출되어 증발하면 체적이 800배로 커지므로, 환기가 잘 되는 장소에서 수소를 취급하여야 한다.

Reference : KOSHA 수소 안전 매뉴얼

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