가스누설검지기의 개요 및 분류

1. 가스누설검지기의 설치 개요 및 목적

각종 가연성 가스와 유독성가스가 생산. 저장. 운송. 사용. 폐기 되면서 가스의 누설사고가 많이 발생되고 있다. 이러한 사고를 미연에 방지할 목적으로 각종 설비로부터 누출되는 가연성가스나 독성가스의 누설을조기에 감지하여 산업재해를 방지함은 물론.  신속히 대처하기 위해 가스누설검지기를 설치한다.

 

가스누설검지기의 설치목적은 폭발성 및 유독성가스가 누설할 위험한 장소에 설치하여 상시 감시하여 가스의 누설시 즉각적인 감지로 경보(ALARM)를 발하고, 안전차단 또는 흡수재를 살포하는 등의 조치로 인명이나 재산상의 패해를 사전에 예방하는 데 그 목적이 있다.

 

 

2. 가스 감지기의 분류

가. 측정형태에 의한 분류

   1) 대기 확산식 (Diffusion Type)

      대기중에 Gas가 Leak되면 Gas의 비중과 Leak 시의 압력으로 인하여 Leak된 Gas는 대류를 하게 된다. 대기확산식 가스 감지기는 이렇게 대류 하게 되는 가스가 가장 빠르게 접할 수 있는 곳에 설치가 되어 가스의 누설을 측정하게 된다.

      *장점 - 가장 많이 사용 되고 있는 방식이다.

            - 초기 설치 비용이 흡입식에 비하여 저렴하다.

            - 응답속도가 빠르다.

      *단점 - 고소 지역에 설치는 가능 하나 Test 및 점검이 불편하다.

            - 고열,고습,고압인 환경에는 전처리가 불가능 하므로 이러한 환경은 오동작의 원인이 된다.

            

   2) 자동흡입식 (Auto Suction Type)

      형식: PUMP Type        ②. Air Injection Type

      공정내부의 환경조건(온도,습도,압력,설치위치)등의 영향으로 인하여 가스감지기의 직접 설치가 어려운 지역에 설치하여 운영된다.

      자동흡입식 가스감지기는 시료가스의 이동을 위한 PUMP 및 AIR EJECT 등을 내장하여 측정하고자 하는 위치의 Gas Leak 유.무를 자동으로 흡입하여 측정하게 된다.

      유지보수 및 관리가 용이한 지역에 설치되며 유지보수 시에는 SYSTEM에 대한 충분한 이해가 필요하다.

      *장점 - 측정 및 교정이 불가능한 배관, 고열, 고소, 고습, 고압등의 지역에 Suction Line을

              설치하여 측정이 가능하다.

            - 주위 환경에 대한 전처리가 가능하여 측정하고자 하는 위치의 가스존재 여부를 정확하

              게 측정할 수 있다.

            - 정기적인 점검 및 TEST 를 편리하게 할 수 있다.

 

      *단점 - 초기 설치 비용이 많다.

            - 배관이 길어지면 응답속도가 다소 느려질 수도 있다.

 

 

  나. 측정원리에 의한 분류

   1) 반도체식 (Semiconduct Type)

       반도체식 가스센서는 주로 금속산화물 반도체의 소결체와 연결막, 혹은 박막 등으로 되는 감지 부와 그것을 가열하는 히터로 구성되어 있다. 우리가 검지하고자하는 목적 가스에 따라 반도체 센서의 전기 전도도가 변화하게 되고 이것으로써 기체중 가스의 존재 유·무 및 농도를 알 수 있는 것이다.

 

   2) 접촉 연소식 (Catalytic Combustion Type)

      금속열선에 전원을 인가하여 담체를 가열하고 가스가 가열된 담체에 접촉하면 연소반응이 일어난다.

      가연성 가스가 산소와 반응하면 반응열이 생긴다. 접촉연소식 가스센서는 이 반응열을 전기신호로 변환해서 검지하는 방식이다.

      연소반응에 의하여 담체의 온도가 상승하고 담체내의 금속열선의 온도도 상승한다.

      이에 따라 열선의 저항 값이 변화하는데 그 변화 값 Δ R 은 온도변화Δ T 에 비례하고, Δ T 는 가연성가스의 농도와 반응열에 비례한다. 

      접촉연소식 센서를 열선이 내장되어 있어 열선식 센서라 부르기도 한다.

 

   3) 전기 화학식

      전기화학식 가스센서는 화학 반응 (산화환원 반응)에 의하여 발생하는 에너지를 전기적인 에너지로 변환시키는 원리에 의하여 가스를 검지한다.

      측정대상가스의 산화 환원 반응 일어날 때 전자의 양을 감지하여 해당 가스의 농도를 측정한다.

      그 구조는 측정 물질에 의해 산화가 일어나는 감지전극 (Sensing Electrode), 감지전극에 외부로부터 전압을 걸어 줄 때 기준이 되는 기준전극 (Reference Electrode), 감지전극에서 흐르는 전류만큼의 대응 전류를 흘려줌으로써 평형을 유지시키는 대전극(Counter Electrode)으로 구성된다.

      전기화학식 센서의 핵심적 특징은 검지 대상 가스의 흐름을 감지전극으로 제한하는 확산장벽에 있다.

      이 방법에 의해 모든 가스가 전극에서 산화 혹은 환원 반응을 일으킬 수 있다. 이 산화환원 반응에 의하여 발생하는 전류는 감지전극 측의 가스농도에 대응하기 때문에 이 전류를 측정함으로 해서 가스를 감지할 수가 있다.

      이 전류 신호와 독성 가스의 농도 사이에는 직선비례 관계가 성립한다.

      이와 같이 전 기화학식 가스센서는 화학 반응 (산화환원 반응)에 의하여 발생하는 에너지를 전기적인 에너지로 변환시키는 원리에 의하여 가스를 검지한다.

 

  다. 입출력 형태에 의한 분류

   1) 전송기식 (Transmitter Type) / 4 ~20mA

   2) 비 전송기식 (Non - Trans mitter Type) / 수십 mV

     *Transmitter Type 이라 하면 일반적으로 감지부 엘라멘트에서 발생되는 미세한 출력 신호(Non-transmitter Type 신호)를 증폭 및 변환하여 전송출력(4∼20mA.DC)으로 변환하여주는 장치이다

     *출력신호를 변환하지 않으면, 전송거리의 제한 및 측정 신호의 손실, 환경변화(온,습도 & 외부노이즈) 에 따른 측정값의 불안정성 등 많은 문제점들을 발생한다.

     *Transmitter Type은 수신부 에 서의 측정값 표시 및 동작상태를, 감지기가 설치된 현장에서도 확인 할 수 있으며, 교정작업 시 표준가스의 주입 및 교정작업을 현장에서 할 수 있으므로 유지보수가 간편하게 이루어질 수 있다.

 

 

3. 가스의 종류와 단위선정 조건

  가. 가스의 종류

   1) 폭발성 가스 : 공기중의 산소와 반응하여 연소하는 가스 (LNG, LPG, CH₄, H₂, etc.)

   2) 독성가스    : 인체 허용농도 (TLV) 가 200ppm 이하인 가스(CO, CL₂, SO₂, NO, CO₂, HCL, etc.)

   3) 불활성 가스: 분자 구조가 안정되어 있어 화학반응을 하지 않는 가스(He, Ar, Ne, etc.)  

   4) 조연성 가스 : 연소하는 것을 도와 주는 가스 (O₂)   

   5) 불연성 가스 : 전혀 연소하지 않는 가스 (N₂, CO₂, Freon, etc.)

   6) 비중에 따른 분류 :

      중 가스 : 공기보다 무거운 가스  (i-C   H     . LPG, VCM, etc.)

      경 가스 : 공기보다 가벼운 가스  (H₂, CH₄, He, etc.)

 

  나. 가스의 단위

   1) %, ppm, ppb : 양을 나타내는 단위. 또한 가스일 경우에는 부피 비를 뜻한다.

Percentage (%) : 백분율

ppm : 백만분율 (Part per Million)

ppb : 10 억분율 (Part per Billion)

1% = 10,000 ppm = 10,000,000 ppb

1 ppm = 1,000 ppb

 

   2) LPG : Liquified Petroleum Gas.

액화 석유가스로서 주성분은 프로판 (C3H8, 약 85%)이다.

공기보다 무겁다

 

   3) LNG : Liquified Natural Gas. 

            액화 천연가스로서 주성분은 메탄 (CH₄) 이다.

            공기보다 가볍다.

 

  다. 가스 센서의 선정기준

1) 검출감도가 높아야 한다.

2) 가스농도 당의 변화량이 높아야 한다.

3) 선택성이 좋아야 한다.

4) 응답속도가 빨라야 한다.

5) 반복감지가 가능하여야 한다.

6) 주위환경의 영향을 받지 않아야 한다.(온도, 습도 등)

7) 장시간 안정된 감도를 유지하여야 한다.

8) 유지보수가 용이해야 한다.

9) 취급이 간단하여야 한다.

 

 

4. 가스감지기의 유지보수

    Gas decetor sensor는 전기 부하가 걸려있는 상태에서 지속적인 접촉연소 반응 혹은 화학반응을 하고 있기 때문에 허용오차 범위 내의 청확도를 유지하기 위하여 정기적인 교정 및 유지보수가 필요하다.

 

    Gas detector는 최상의 작동상태를 유지하기 위하여 6월에 1회씩 교정이 필요하며, 신뢰할 수 있는 성능을 유지한 sensor의 평균적인 수명은 최대 3년 이기 때문에 정기적인 교정과 점검은 필수적입니다.

  가. 수신부 UNIT

   1) Fuse (각 Fuse의 접속상태, 표면상태, 단선 유무를 확인한다.)

   2) 전원 switch (각 전원 switch의 기능을 확인한다.)

   3) 전원 Lamp (각 전원 표시 Lamp가 정상적인 점등을 하는지 확인한다.)

   4) 전원 전압 (규정된 전원 전압이 공급되고있는지 확인한다.)

   5) Test 동작 (각 경보 Unit의 전원회로가 정상적으로 동작하는지를 Test switch에 의해 확인 한다.)

   6) 경보 설정(각 경보 Unit의 경보농도가 규정농도로 설정되어있는지를 Test switch에 의해 확인 한다.)

   7) 경보 Lamp와 Buzzer (각 경보 Unit의 경보Lamp와 Buzzer가 규정농도에 정상 작동 하는지를 Test switch에 의해 확인 한다.)

   8) 경보 동작 (제 7 항의 확인에 의해, 경보출력이 확실히 동작하는지를 확인 한다.)

   9) 복귀 동작 (6, 7, 8 항에 의해 발한경보가 Reset Switch 의 조작에 의해 확실히 복귀 하는지 확인)

  

나. 검지부

   1) 감지부 상태 (감지부의 외관에 이상이 없는지를 확인 한다.)

   2) 배선 상태 (검출기 전송 Cable, Pump 구동전원의 배선 및 중계 단자부의 상태를 확인한다.)

   3) 전해액 (Re-fill type의 경우) 검출기의 전해액을 교환 할 때는 전극내부를 깨끗이 세척 한 후 규정량을 주입한다.

   4) 격 막 (Re-fill type의 경우) 검출기의 전해액을 교환할 때 Membrane filter도 동시에 교환 한다.

   5) Suction type의 경우 Gas sampler의 부착상태와 외관에 이상이 없는지를 확인 하고 흡입상태, 유량 등을 확인한다.