가스감지기

가스감지기(가스누출감지경보기, 가스검지기, Gas detector)

개요

"가스누출감지경보기"란 인화성 물질의 누출을 감지하여 그 농도를 지시하고, 미리 설정해 놓은 농도에서 자동적으로 경보가 울리도록 하는 장치를 말하며, 감지기와 수신경보기 등으로 구성된 것을 말한다.

종류

• 접촉연소식 센서
  • 접촉연소식 센서는 일반적으로 450 ℃ ~ 550 ℃ 사이의 온도에서 작동하는 전기적으로 가열된 촉매 표면 상에서 가연성 가스의 산화에 의해 작동한다.
  • 원칙적으로 모든 가연성 가스의 감지가 가능하나 감도에 변화가 있다.
  • 연소 하한(LFL)까지 가스/공기 혼합물을 감지한다.
  • 응답시간과 감도는 측정하는 가스 종류에 의해 결정된다.
  • 가스의 분자량과 분자 크기가 클수록 응답시간이 길어지며 일반적으로 감도는 낮아진다.
• 열전도 센서
  • 열전도 센서는 일정 유속의 가스 샘플 흐름 또는 확산 챔버에 위치한 전기적으로 가열된 저항 소자(즉, 필라멘트, 비드 또는 박막 저항)의 전도에 의한(그리고 때로는 대류에 의해서도) 열 손실에 의해 작동한다.
  • 작동 시 산소를 필요로 하지 않으며 최대 100 % v/v 가스 농도를 측정할 수 있다.
  • 공기에 비해 높은 또는 낮은 전도성을 갖는 가스 종류 감지에 적합하며 공기가 기준 환경이다.
  • 일반적으로 고전도성 가스인 수소, 헬륨 및 네온은 공기 중에서 높은 전도성을 가지며, 메탄에 대한 감도는 통상적으로 만족스럽다.
  • 종종 감도가 제한되며 가스의 열전도성이 공기와 충분히 다르지 않는 한 실질적인 최소 감지 한계는 LFL을 초과한다.
• 적외선 센서
  • 분광측정 광센서는 감지 중인 가스 분자가 빛의 빔 에너지(스펙트럼의 자외선 또는 적외선 부분)를 흡수함으로써 작동한다. 대부분의 기존 기기는 적외선(IR) 스펙트럼 내에서 작동한다.
  • 적외선 센서는 샘플을 소모하지 않고 작동 시 산소를 필요로 하지 않으며 유속에 큰 영향을 받지 않는다. 센서 수명은 부식, 오염 또는 기계적 손상이 없는 경우 장기적이다.
  • 적외선 감지기는 수소에 반응할 수 없다. 다만 수 ppm부터 최대 100 % v/v 가스의 명시된 농도 범위의 대부분의 기타 가연성 가스 감지에 사용할 수 있다.
  • 이 센서는 압력에 민감하기 때문에 기기의 가스 출구 압력에 대한 변화를 방지하기 위해 주의해야 한다.
  • 이 센서는 충격과 진동에 민감하며, 온도 변화의 영향은 작지만 신호를 증가 또는 감소시킬 수 있다.
• 반도체식 센서
  • 반도체식 센서는 공기를 제외한 가스에 노출될 때 가열된 감지 소자 표면에서의 화학 흡착에 의해 발생하는 전기 전도도의 변화에 의해 작동한다. 가스 농도는 저항 변화를 측정함으로써 유추한다.
  • 매우 낮은 농도를 포함하여 광범위한 범위의 농도에 걸쳐 반도체식 센서를 사용할 수 있지만 비선형 응답을 갖춘다.
  • 이 센서는 누출 감지용(매우 낮은 농도에서도 적용가능)과 경보 전용 기기에 적합하다.
  • 일반적으로 습도 변화 및 간섭가스에 대해 비특정적이고 취약하며, 영점 및 스팬에서 표류 편차를 보일 수 있다. NO2와 같은 일부 가스는 음의 신호를 생성한다.
• 전기화학식 센서
  • 전기화학식 센서는 특정 가스가 존재할 때 전해질과 접촉하는 전극의 전기적 매개변수 변화에 의해 작동한다. 전기적 매개변수 변화는 전극 표면에서 관심 가스의 화학적 환원/산화 반응에 의해 발생한다.
  • 전기화확 셀은 대부분의 탄화수소(알케인, 메탄, 에탄, 프로판 등) 감지에는 사용할 수 없다. 다만 폭발 방지를 위해서 이 유형의 센서가 제한적으로 적용된다.
  • LFL까지의 수소, 일산화탄소 및 최대 25 % v/v의 산소 농도 측정에 적합하며 최대 100 % (v/v 산소)에도 이용할 수 있다.
  • 보통 낮은 ppm 수준까지의 유독성 가스 농도 측정에 사용된다.
  • 차가운 센서를 고온 다습한 환경으로 이동시킬 때 일시적 감도 손실이 발생할 수 있으며, 판독값이 하강하고 수 분간 경보를 울릴 수 있다.
  • 센서에 따라서 전기화학 반응을 위한 산소가 필수적이다. 산소가 없는 상황에서의 장기 작동이 가능하지 않다.
• 불꽃이온화 검출기(FID)
  • 불꽃이온화 검출기는 유기 화합물이 감지기 내에서 내부 수소 불꽃에 의해 타기 때문에 그에 따른 유기 화합물의 이온화(전기 하전)에 의해 작동한다.
  • 불활성 및 희귀 가스, 산화 질소, 할로겐, 질소, 산소, 이산화탄소, 사염화탄소 및 물은 반응하지 않는다.
  • 수소, 일산화탄소, 암모니아, 이황화탄소, 황화수소 및 시안화수소와 같은 가연성 무기 가스에 적합하지 않다.
  • 대부분의 유기 화합물(대부분 가연성)이 신호를 발생시킨다. 다만 포름알데히드와 포름산은 반응하지 않는다.
  • 이 센서는 고감도, 넓은 측정 범위, 작은 측정 불확도, 내오염성 및 1초 미만의 빠른 응답시간이 특징이다.
  • 이 센서는 빠른 응답시간이 요구되며 LFL 미만의 가연성 가스와 증기의 총량 측정에 사용한다.
  • 이 센서는 상승된 온도의 가스 측정에 적합하다.
• 광 이온화 감지기(PID)
  • 감지 원리는 파장과 광자 에너지를 알고 있는 특수 램프레서의 자외선(uv) 방사에 의한 가스 이온화를 기반으로 한다. 광자 에너지는 보통 전자 볼트 eV(얘: 10.6 eV)로 말한다.
  • 이 센서는 고감도, 내오염성 및 일반적으로 2~10초의 빠른 응답시간이 요구되는 곳에 사용한다.
  • 이 센서는 낮은 ppm 범위에서부터 최대 약 2 000 x 10^-6까지의 가스 농도 측정에 사용한다.
  • 이 센서는 공기 중의 일산화탄소, 수소 또는 메탄을 감지할 수 없다.
  • 감지할 물질 속의 고농도 메탄은 판독값을 감소시킬 수 있다.
  • 응답 계수는 가스의 이온화 특성에 매우 의존한다.
• 상자성 산소 감지기
  • 산소는 강한 상자성체로 산소를 갖는 가스가 산소 비율에 비례하여 자기장에 끌려가는 경향을 이용한 센서로써, 산소에 비해 NO와 NO₂는 비례하여 덜 끌려가고 다른 가스는 무시할 만한 영향을 가지므로 상당량의 산화질소가 없을 때 산소에 대해 매우 효과적이다.
  • 이 센서는 선택성, 장기적 안전성 및 내오염성이 주요 요구사항인 곳에서의 산소 측정에 사용한다.
  • 이 센서는 0 % ~ 1 % v/v 범위의 산소 농도와 0 % ~ 25 % v/v 산소 측정에 적합하다. 최대 100 % v/v의 측정이 가능하며 측정 범위의 하한과 상한 사이의 차는 0.5% v/v 산소보다 커야 한다.
  • 사용하는 감지 방법에 따라 6 ~ 40초 사이의 응답시간이 일반적이다.
  • 점화원(가열기)을 가지고 있으며, 충격 및 진동에 민감하다.

설치장소

• 누출우려가 높은 설비의 인접장소
  • 펌프, 압축기 등 이송에 따른 가압발생 장소
  • 기화기, 충전(충진)설비 등 누출될 우려가 있는 장소
  • 현저한 발열반응 또는 부차적인 2차반응 가능성이 높은 다음 반응설비
    1. 암모니아 2차 개질로
    2. 아세틸렌 제조시설의 아세틸렌 수첨탑
    3. 산화에틸렌 제조시설의 에틸렌, 산소 또는 공기와 반응기
    4. 사이클로헥산 제조시설의 벤젠 수첨반응기
    5. 석유정제의 중유 직접 수첨탈황 반응기 및 수소화분해 반응기
    6. 저밀도 폴리에틸렌 중합기
    7. 메탄올 합성반응탑
  • 고온, 고압에 의한 이상 운전으로 과압 우려가 있는 장소
  • 저장시설 등 대량 누출 위험이 있는 장소
• 공기 비중에 따라 누출물질의 체류 우려가 높은 장소
  • 과압에 의해 직접적으로 파열 또는 분출되는 대량 누출이 아닌 각 주요장치, 밸브나 배관, 부속설비의 연결부 결함 등으로 소량 누설되어 공기 비중에 따라 체류 가능한 다음과 같은 장소
    1. 건축물 밖에 설치되는 감지기는 풍향, 풍속 및 가스 비중 등을 고려하여 가스가 체류하기 쉬운 장소
    2. 건축물 내에 설치되는 감지기는 감지대상 가스의 비중이 공기보다 무거운 경우에는 당해 건축물 내 하부에, 공기보다 가벼운 경우에는 건축물의 환기구(배기구) 부근 또는 건축물 내 상부
  • 폭발위험장소 내에 설치된 점화원이 존재하는 변전실, 배전반실, 제어실 등 건축물 내부
  • 폭발위험장소 내에 설치된 점화원이 존재하는 가열로, 보일러 등 설비

설치기준 및 설치 시 고려사항

• 고정용 가스누출감지경보기의 경보기는 근로자가 상주하는 곳에 설치하여야 한다.
• 감지기의 오작동 우려가 있는 다음 장소에는 감지기의 설치를 가능한 피하여야 한다.
  • 진동이나 충격이 있는 장소
  • 온도 및 습도가 높은 장소
  • 고전압 및 고주파수 등 전자적 외란(Electronic noise)이 발생하는 장소
  • 출입구 등 외부 기류가 통하는 곳으로부터 1.5 m 이내의 장소
• 가스누출감지경보기의 설치는 제조사가 제공한 감지기 설치 매뉴얼을 충분히 이해하고, 그 방법을 준수하여야 하며, 충분한 강도를 갖어야 한다.
• 실내․외, 환경 등 주변 여건을 충분히 고려하여 설치한다.
  • 감지대상 가스의 밀도는 공기에 비해 무겁거나 가벼울 수 있으나 누출되는 가스의 양, 압력, 온도 및 주변 외부기류 등을 고려한 유효비중을 검토하여야 한다.
  • 주변 공기의 유속 및 방향은 감지하고자 하는 누출 증기 및 가스의 확산에 영향을 준다.
  • 벽, 물받이, 분리대와 같은 구조물은 가스 및 증기를 축적시킬 수 있다.
  • 저 휘발성 액체인 경우에는 감지기를 공급원에 더 가까이 설치하여야 한다.
  • 모든 감지기는 진동을 최소화 할 수 있는 방법으로 설치하여야 한다.
  • 주위 온도는 제조사가 제시한 사용온도 범위에 부합하는 장소에 설치하여야 한다

성능

• 가연성 가스누출감지경보기는 담배연기 등에, 독성가스 누출감지경보기는 담배연기, 기계세척유가스, 등유의 증발가스, 배기가스, 탄화수소계 가스와 그 밖의 가스에는 경보가 울리지 않아야 한다.
• 가스누출감지경보기의 가스 감지에서 경보발신까지 걸리는 시간은 경보농도의 1.6배인 경우 보통 30초 이내일 것. 다만, 암모니아, 일산화탄소 또는 이와 유사한 가스 등을 감지하는 가스누출감지경보기는 1분 이내로 한다.
• 경보정밀도는 전원의 전압 등의 변동률이 ±10퍼센트까지 저하되지 않아야 한다.
• 지시계 눈금의 범위는 가연성가스용은 0에서 폭발하한계값, 독성가스는 0에서 허용농도의 3배 값(암모니아를 실내에서 사용하는 경우에는 150)이어야 한다.
• 경보를 발신한 후에는 가스농도가 변화하여도 계속 경보를 울려야 하며, 그 확인 또는 대책을 조치할 때에는 경보가 정지되어야 한다.

유지보수 및 관리

• 제조사의 사용설명서와 규제 요건에 부합하게 가스누출감지경보기 등의 유지보수 기록표를 작하여 정기적인 유지보수 계획을 수립하여야 한다.
• 이 계획에 따라 주기적으로 사내ㆍ외 전문가가 실시하여야 한다. 여기서 사내·외 전문가는 유지보수 절차를 수행할 능력 이외에 인화성 또는 독성 가스의 특성, 가스감지기의 성능시험방법 등을 이해할 수 있고, 해당 법령에서 정한 요건을 만족하고 있는 것을 의미한다.
• 유지보수 절차의 진행은 가스누출감지경보기의 운영 및 유지보수에 관한 전문적인 지식이 있는 사내·외 전문가에 의해 실시하여야 한다.
• 유지보수 설비가 충분히 갖춰지지 않았거나, 유지보수 관련 사내·외 전문가가 제조사에서 제시한 점검 및 유지보수 절차를 수행하지 못할 경우에는 감지기 제조사 나 관련 교정기관에 유지보수를 의뢰하여야 한다.
• 사업장 내에서 일정한 절차에 따라 유지보수에 관한 전문적인 지식이 있는 자에게 사내 유지보수 등의 전문가 자격을 부여하여 관리하는 것이 바람직하다.
• 교체용 부속품은 제조사로부터 구입하거나, 동등이상의 성능이 있는 것을 사용하여야 한다.
• 사용설명서에 따라 작동상의 결함을 해결하고, 본 지침 7.1 교정에 제시된 절차에 따라 교정을 진행하여야 한다.
• 사용자는 각 감지기별로 장비 식별 번호를 부여하고, 주기적으로 실시하는 성능점검 사항과 교정, 유지보수 사항에 대한 내용을 가스누출감지경보기에 대한 유지보수 기록표를 작성하여 실시 할 수 있다.