산업체에서 사용하고 있는 액체산소, 액체질소, 액체알곤을 충전 공급할수 있는 초저온용기(LGC - Liquid Gas Container)에 대해서 알아보도록 하자.
초저온 용기의 정의
"초저온 용기"라 함은 “섭씨 영하 50도 이하의 액화가스를 충전하기 위한 용기로서 단열재로 피복 하거나 냉동설비로 냉각하는 등의 방법으로 용기내의 가스온도가 상용의 온도를 초과하지 아니하도록 한 것을 말한다.”라고 정의하고 있다.
초저온 용기는 초저온 액화가스인 액화산소 등을 액화상태로 운반 및 저장하고, 별도 설치한 기화기로 기화시켜 소정의 압력과 유량으로 가스를 공급할 수 있는 용기로, 용기내의 가스온도는 최소 -162℃이하의 온도를 갖고 있다.
초저온 용기의 사양비교
국내에 대표적으로 유통되고 있는 한국초저온용기와 한비크라이오를 비교해 보자.
통상 10~20kg/cm2압력 사용이 많으며 초고압이 요구되기도 한다.
1) 한국초저온용기 (수입)
2) 한비크라이오 (국산)
초저온 용기의 외관명칭 및 구조도
승압/감압 조정기(Dual Pressure Building/Economizer Regulator)
가스사용압력을 일정압력 이상으로 공급하기 위한 것으로서 승압 조정기가 사용된다.
이의 기능은 용기 하부의 액체가 승압 조정기를 통하여 상부의 기체 공간까지 통로를만들어 주는 것은 승압 조정밸브를 열어 줌으로서 작동된다.
승압 조정밸브를 열고, 용기의 압력이 승압 조정기에 설정된 압력이하로 떨어지면 내부 용기로부터 취해 진 액체는 외부 케이싱 안에 있는 열 교환기내에서 기화되고, 팽창된 기체는 압력을 형성하면서 용기의 위 부분으로 올라가서 용기의 상부에 기체의 압력을 높여줌으로서 액체 또는 기체를 원활하게 사용되도록 한다.
용기의 압력이 요구되는 기체 출구압력 이하로 떨어지지 않는 한 승압조정기의 작동이 필요 없다. “예를 들어” 용기의 압력 게이지는 500kPa를 가리키고 있고, 사용되는 기체 압력이 이보다 높은 600kPa가 필요하다면 용기의 압력을 700kPa까지 올리기 위해 승압조정 밸브를 열어야 한다.
승압조절밸브(Pressure Building Valve)
이 밸브는 용기 하부의 액체를 승압/감압 조정기(Dual Pressure Building/Economizer Regulator)에 공급 해주는 것으로 사용 할 때에는 이 밸브는 용기내부의 압력을 형성하기 위하여 열려 있어야 한다.
기화기(Vaporizer)
Gas Service를 위한 액체 용기는 배출시 액체 제품을 가스로 계속적으로 변환시키기 위한 Gas Vaporizer Coil(기화 코일)의 기능을 하는 내부 열 변환기를 갖고 있어야 한다. XL-45/50/55는 용기의 외통(outer casing)에 고정된 진공 공간 내부에 있는 내부 열 교환기를 사용한다. 이는 기체가 배출될 때 액체를 기화할 수 있도록 용기의 절연 자켓 외부로부터의 열을 전달하는 수단을 제공한다.
이 회로의 용량은 350 cfh @NPT (9.2 cum/h @ STP)까지의 흐름율로 제품을 기화하기에 충분하다.
만일 계속적인 부하가 기화장치에 걸린다면 외부의 기화 장치가 추가적으로 가스의 온도를 적당히 높여 줌으로서 가스조절기(Gas Regulator), Hoses 및 Downstream의 구성 요소들의 고장 및 손상을 피할 수 있게 한다.
기체사용밸브 또는 상부충전밸브(Gas Withdrawal(Use) Valve)
액화가스를 용기에 충전 시 상부로 충전하기위한 밸브이나, 사용량이 5m3/h이하인 경우에는 이 밸브를 사용하여 기상부의 가스사용이 가능 하다.
이 밸브는 내부 기화기를 통해 가스가 송출될 수 있도록 제어하는 밸브이며, 이는 용기에 저장되는 가스에 따라 이에 연결되는 치구(Connection)가 다소 상이하므로 주의하여야 한다.
액체사용밸브 또는 하부충전밸브(Liquid Fill and Withdrawal Valve)
액화가스를 용기의 하부로 충전할 경우와 사용 시에 기화기에 연결하여 하부로부터 인출되는 액을 기화하여 가스로 사용 되는 밸브로서 액화가스는 이 밸브에 의해 통제되는 연결구를 통해 주입되거나 배출된다.
이 밸브는 운송 호스(Transfer Hose)가 액체배관 연결에 맞는 장치에 연결된 후 충전 또는 액체의 배출을 위해 열려진다.
배출 밸브(Vent Valve)
이 밸브는 액화가스의 충전 시 용기내부압력의 상승을 방지하기위해 충전 과정 중에 사용된다. 이 Vent Valve는 펌프로 이동(Pump Transfer)시키는 동안 압력 전달(Pressure Transfer)이 액체사용밸브 또는 하부충전밸브(Liquid Fill and Withdrawal Valve)를 통해 채워지면서 액체가 내부 용기에 채워지는 동안 상부 공간 부분(Head Space Area)의 배출(vent)을 위해 작동한다.
또한 사용 시 용기압력이 과다하게 상승되었을 경우 이 밸브를 열어 압력을 강하시킨다.
압력 게이지(Pressure Gauge)
압력 게이지는 내부 용기의 압력을 ㎫ 및 KPa로 지시한다.
용량 측정 게이지(Liquid Contents Gauge) 게이지는 자성의 연결 장치를 통하여 용기내의 액체용량을 황색 줄로 나타나게끔 해주는 부유물 타입의 액체 레벨 감지기이다.
이 게이지는 용기 내용량의 대략적인 양만을 표시할 뿐이며 충전을 위해서 사용 되여서는 안 되며, 액체실린더(Liquid Cylinder)들은 중량에 의해 충전되어야 한다.
안전장치(Relief Devices)
1) 내조 안전밸브
스프링식 자동안전밸브로서 용기내조 기상부에 부착되어 용기내의 압력이 과다하게 상승된 경우 작동하여 압력을 강하시키므로 용기가 파열하는 등의 위험을 방지하여 주며 용기내 압력이 내려갈 경우 자동적으로 닫힌다.
2) 내조파열안전판
내조기상부에 연결되어 용기의 압력이 과다하게 상승되어 내조안전밸브가 작동되지 않을 경우에 얇은 니켈재료의 안전판이 파열하여 용기의 파열을 방지해주는 이중 안전장치이다.
이 안전판은 한번 작동되면 내조 압력이 0 ㎫ 까지 방출되며 가스회사나 용기제조사에 문의하여 사용 여부를 확인 받고 안전판을 교체하여야 한다.
3) 배기 및 진공부 안전판
내,외조 간은 고진공으로 이루어져 있어 취급부주의 등으로 인한 진공파괴 시 진공흡입구로 사용되며 , 또한 내조의 이상으로 가스누설 시나 진공파괴 시에 외조를 보호해 준다. 이러한 경우 용기제조사에 연락하여 진공수리 후 재사용 하여야 한다.
초저온용기의 취급방법
(1) 절대로 용기를 옆으로 눕히지 말고 항상 용기를 수직의 상태로 선적, 작동, 보관하여야 한다.
(2) 트럭에 용기를 올리고 내릴 때에는 손수레, Lift Gate, 크레인 또는 평행의 Loading Dock를 사용하고, 절대로 손으로 용기를 들어 올리려고 시도하지 않는다.
(3) 거친 노면에서 용기를 움직이거나 용기를 들어 올릴 때, 용접된 지지대(welded support posts)내의 Lifting Points Cut(들어올리기 위해 만든 구멍)에 적절한 밧줄을 끼우고 용기 및 그 내용물의 무게를 취급할 수 있는 휴대용의 들어 올리는 장치를 사용한다.
(4) 부품은 필히 제조자가 제시하는 정품으로 사용한다.
(5) 안전밸브 및 파열판은 기존제품과 동일한 제품만을 사용하고, 비 규격품을 장착하는 경우에는 폭발의 위험이 있으므로 주의한다.
(6) 산소(O2)를 사용하는 경우 주의사항 : 산소용기의 가스누출 탐지용 용제의 찌꺼기는 발화되기 쉬우므로 누출 탐지용 용제가 뿌려 진 모든 표면은 기름성분을 완전히 제거할 것.
(7) 승압 조정기의 압력설정은 승압 조정나사를 시계방향으로의 1회전 했을 경우 약 207kPa의 압력이 상승되므로, 허용압력 이상의 압력으로 무리하게 설정하지 않도록 주의한다.
(8) 잔 가스가 있는 용기는 평상시에는 배출 밸브(Vent Valve)를 연다.
(9) 산소용기는 사용을 위해 세척된 수리 부품만을 사용하여야 하며, 수리 용구에 오일, 그리스 등이 묻어 있는지 습관적으로 확인한다. 이러한 습관은 산소 또는 이산화질소(Nitrous Oxide)용 용기를 취급할 때 발화(폭발)위험을 방지할 수 있다.
(10) 수리 후 항상 연결부위의 누출 검사를 한다.
(11) 누출 검사를 하기 위하여 불활성가스로 용기에 압력을 가한 후 반드시 승인된 누출 검사 용제(Snoop 액체누출 탐지액)만을 사용하여야 한다.
(12) 산소(O2) 용기에 사용되는 가스누출 탐지 용제는 가연성이므로, 누출 탐지 용제가 뿌려졌던 모든 표면들은 유분의 흔적을 없애기 위해 반드시 식용수(食用水)로서 세척함에 유의할 것.
(13) 초저온용기는 용기 저면에 충격 방지용 고무링이 장착되어 있다. 이는 용기를 무리하게 취급(충격)하는 경우 충격으로 인한 내부 부속품들의 파손 및 용기의 진공도를
원활하게 유지하기 위함이다. 만일 충격으로 인하여 충격방지링(Original Shock Mount Ring)이 손상되었다면 반드시 진공도 Test를 해 보아야 한다.
★ 초저온용기 재검사기간
특정설비인 LGC용기, 즉 액체산소, 액체질소, 액체알곤을 담는 초저온용기는 신규검사후 15년미만은 5년, 15~20년미만은 2년, 20년이상은 1년마다 재검사대상입니다.
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