- 가스 측정 시스템
- 케이블과 접속박스
- 센서의 위치
- 배선 방법
- 전선관
가스 측정 시스템
유해
가스의 누출을 연속적으로 감시하기 위해 가장 보편적으로 사용되는 방법은 누출이 일어날 가능성이 있는 장소에 여러 개의 센서를 배치하는 것이다. 일반적으로 이 센서들은 가스 누설 우려가 없는 안전한 지역에 설치된 다채널 제어기(multi-channel controller)에 전기적으로 연결되는데, 보통의 제어기는 지시 및 경보장치를 내장하고 있으며, 경우에 따라서는 이벤트 기록기가 부착된 것도 있다. 이러한 시스템을 ‘지점 설치형(fixed point)’ 시스템이라고 한다. 명칭이 의미하는 바와 같이, 이 시스템은 어떤 지점에 영구적으로 설치된다.
(예: 해상 플랫폼, 석유정제 시설, 실험실, 냉장 창고 등)
가스 측정 시스템의 복잡성은 그 데이터가 어떻게 사용될 것인가에 따라 달라진다. 데이터의 기록은 정보를 이용하여 문제가 되는 장소를 찾아낼 수 있게 하고, 작업환경의 안전 측정을 이행하는데 도움을 준다. 그러나 해당 시스템이 위험 상태에서의 경보만을 위해 사용되는 것이라면, 시스템의 출력은 간단하고, 데이터 저장도 필요치 않을 수 있다. 그러므로 적절한 시스템 구성품을 고르기 위해서는 원하는 시스템에서 얻게 되는 정보가 어떻게 사용될지 아는 것이 중요하다.
유독성 가스 측정에 있어서 다지점(multi-point) 시스템의 사용은 많은 산업 현장에서 가스 노출에 대한 위험 문제를 해결할 수 있게 하고, 근로자나 경영자 모두가 작업장의 오염물질 농도를 알게 해준다는 점에서 매우 중요하다.
다지점 시스템을 설계할 때에는 여러 구성품들과의 상호 연결에 대해 충분히 고려할 필요가 있다. 예를 들어, 촉매식 센서를 사용할 때 센서에 연결된 전기 케이블은 각각 1mm-sq 규격을 가진 3개의 심선을 가지게 된다. 이것들은 단지 출력 신호를 보낼 뿐 아니라, 케이블 길이에 따른 신호전압의 강하를 줄이기 위해 센서에 위치한 브리지 회로에 전력을 공급한다.
유독성(그리고 약간의 가연성) 가스 측정 시스템의 경우, 시료 공기는 보통 기기에서 떨어진 곳에서 채취되고, 해당 공기는 펌프의 동력에 의해 화학물질로 만들어진 여러 개의 튜브를 통해 센서로 이동된다. 이런 시스템을 설계할 때의 주의사항으로는 적절한 용량의 펌프와 튜브의 선택, 각 튜브를 번갈아가며 순차적으로 시료를 흡입하기 위한 시료가스 채취장치, 그리고 분진이나 물에 의해 가스의 흐름이 막히는 것을 방지하기 위한 필터 등이 포함된다.
튜브의 구경은 결정적일 수 있다. 표준 규격의 펌프를 사용하여 반응 시간을 빠르게 하려면 튜브의 구경이 충분히 커야 하지만, 동시에 공기에 의해 시료 가스가 과도하게 희석될 수 있기 때문에 그 구경이 너무 커도 안된다. 각 시료가스 채취 지점은 반드시 별도의 독립된 튜브에 연결되어 있어야 하고, 만약 중심에 있는 하나의 센서에 여러 지점이 연결된 경우라면, 각 지점별 시료가스 채취의 사이 사이에 깨끗한 공기로 센서를 정화할 필요가 있다.
설치형 시스템에 사용되는 제어기는 중심에 위치하거나, 이용 조건에 따라 시설 안의 여러 장소에 분산될 수 있다. 이것들은 제어 패널로 들어와서 각각의 채널(즉 센서 하나에 하나의 제어 카드)에 연결되거나 다채널 기기로 연결되는데, 후자의 경우가 공간, 전력 그리고 비용의 측면에서 더 유리하다.
제어기는 각 센서의 가스 농도를 나타내기 위해 패널 미터나 LCD를 포함하고 있는 동시에, 경보(alarm), 고장(fault), 운전정지(shutdown)와 같은 기능을 관리하기 위해 내부 릴레이를 가지고 있는 경우가 많다. 제어기에 따라서 여러 개의 경보 수준이 가능하지만, 보편적으로는 사업장 안에서의 법적인 요구나 운영 관례에 맞추어 3개 수준 정도로 설정한다. 다른 유용한 기능에는 경보금지(alarm inhibit)와 리셋(reset), 범위초과(over-range) 표시, 아날로그 4-20mA 출력 등이 포함될 수 있다. 종종 제어기를 DCS나 BMS에 연결하기 위하여 디지털 출력을 사용한다. 가스 측정 시스템의 주된 목적은 가스 농도가 위험 수준에 이르기 전에 이를 감지하는 것과, 사고 발생을 방지하기 위해 일정한 완화 프로세스를 시작하는데 있음을 명심하는 것이 중요하다. 만약 가스 농도가 위험 수준을 향해 지속적으로 높아진다면, 운전정지와 사고위험 경보가 시작된다. 단지 사건을 저장하거나 사람이 노출되었던 가스 수준을 측정하는 것만으로는 충분하지 않다.
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케이블과 접속박스
앞에서 설명된 것과 같이, 전형적인 산업용 가스 측정 시스템에서 각각의 센서들은 산업 시설의 필요한 지점에 제어기로부터 서로 다른 거리에 설치된다. 센서와 제어기를 전기적으로 접속할 때, 각 센서 케이블은 그 길이에 따라 서로 다른 루프(loop) 저항을 가지게 됨을 기억해야 한다. 전압 형태의 신호를 출력하는 검지기는 교정 작업을 수행하기 위해 현장에 있는 센서와 제어기에 각각 1명씩의 사람이 필요하다. 전류 형태의 신호를 출력하는 검지기 또는 발신기의 경우에는 제어기와 별도로 현장 기기의 교정이 이루어질 수 있다.
센서 케이블은 금속 배관을 통하게 하거나 기계적으로 적절히 보호된 케이블을 사용함으로써 외부 손상으로부터 보호된다. 케이블의 양 끝에는 보호용 글랜드(gland)가 부착되어야 하고, 센서는 간단하고 낮은 전기 저항과 깨끗한 마무리를 위해 접속 박스(junction box)에 설치된다. 모든 글랜드와 나사부의 규격을 접속 박스와 케이블의 외경에 정확히 맞추는 것도 매우 중요하다. 측정기와 접속 박스를 먼지나 수분의 침투로부터 보호하기 위해서는 적절한 기밀 유지용 와셔를 사용해야 한다. 또한, 센서 생산자가 설치용 케이블의 심선 직경을 계산하기 위한 정보를 제공할 때, 일반적으로 센서 접속시의 최대 루프 저항(라인 저항이 아님)을 제공한다는 것을 기억해야 한다.
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센서의 위치
‘얼마나 많은 검지기가 필요할까?’ 그리고 ‘어디에 설치해야 할까?’는 가스 측정 시스템에 관한 가장 흔한 두 개의 질문이고 아마도 가장 대답하기 어려운 질문일 것이다. 화재 감시를 위한 연기 감지기 등의 다른 안전 관련 기기와는 상이하게, 가스 측정기의 설치 장소와 필요 수량은 응용 분야별로 명확하게 정의되지 않는다.
참고가 되는 지침은 EN50073(가연성 가스 및 산소의 검지와 측정을 위한 기기의 선택, 설치, 사용 및 관리에 대한 안내)과 같은 규격에서 찾아볼 수 있다. 미국의 NEC나 캐나다의 CEC와 같은 국제적인 실용규정도 적용될 수 있다. 여기에 더하여 몇몇 기관들에서 특정 응용분야에 적용될 수 있는 최소한의 가스 측정기의 명세서를 발행하고 있다. 이런 참고문헌도 유용하기는 하지만, 상당히 포괄적이거나 특정한 응용분야에 맞춰진 것이기 때문에 대다수의 경우 적합하지 않다.
가스 측정기의 배치는 가스 분포에 대한 지식을 가진 전문가나, 시설의 프로세스 및 그에 관련된 장비의 전문가, 또는 근로자 안전과 엔지니어링에 대한 충분한 지식을 가진 전문가의 조언에 따라 결정되어야 한다. 아울러 가스 측정기의 위치에 관한 합의는 그 기록을 유지해야 한다.
기본적으로 가스 측정기는 가스가 존재할 가능성이 높은 곳에 설치해야 한다. 개별적인 산업 시설에서 보호를 필요로 하는 장소는 가스 보일러, 컴프레서, 고압저장 탱크, 실린더, 수송관 등의 주변이다. 가스의 누출이 가장 많이 일어날 수 있는 부위로는 밸브, 계기류, 플랜지, T-결합부, 충전 및 배출용 접속기구 등이 있다.
가스 측정기의 위치를 정하기 위해 도움이 되는 간단하면서도 분명한 고려 사항들이 있다:
무엇보다도 가장 중요한 것은 명백한 금거 없이 사용하는 센서의 수를 최소화하려고 하거나, 경제적인 관점만으로 센서의 수를 감소시키지 말아야 한다는 것이다. 약간의 추가 센서들은 가스 누설이 발생할 경우에 많은 유용한 데이터를 제공하게 된다.
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배선 방법
위험지역에서 사용되는 전기 기기의 배선 방법으로, 다음의 세 가지가 널리 사용되고 있다.
1. 케이블 간접 인입
2. 케이블 직접 인입
3. 전선관 이용
케이블 시스템
미국과 캐나다의 전기 규정들에도 Class 1 Div 1이나 Zone 1에서의 사용을 위한 금속 피복 및 무기물 절연 케이블이 나열되어 있지만, 케이블 시스템은 주로 유럽에서 많이 사용되는 배선 방법이다. 방폭 규정들에서는 기계적으로 적절히 보호된 케이블 시스템을 사용토록 하고 있다. 기계적 손상이 발생할 수 있는 곳에서는 주로 강선 외장(SWA; steel wire armoured) 케이블이 쓰이고, 그렇지 않은 경우에는 양끝이 개방되어 있는 보호용 전선관 안에 삽입될 수 있다. 케이블을 용기에 안전하게 연결하기 위해 인증된 케이블 글랜드가 사용된다.
케이블 간접 인입
간접 인입은 안전증방폭(Ex e)의 터미널 공간으로 케이블이 들어가는 방법이다. 터미널 챔버와 용기 사이의 배선을 위해 라인 배리어(line barrier)가 사용된다. 설치자는 내압방폭 용기가 아닌 터미널 공간만을 개방하고 작업할 수 있다.
케이블 직접 인입
직접 인입은 내압방폭(Ex d) 용기 안으로 케이블을 곧바로 집어넣는 방법이다. 이 경우에는 반드시 내압방폭으로 인증된 케이블 글랜드를 사용해야 하며, 케이블의 형태와 구조에 정확히 맞는 규격이어야 한다. 위험 요소로부터의 완전한 보호를 위해서는 설치자의 올바른 설치가 필수적이다.
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전선관
전선관(conduit)은 미국의 위험지역에서 주로 사용되는 배선 방법이다. 배선을 위한 개별 전선은 밀폐된 금속관 안에 삽입된다. 이 관들은 결합기구(union)에 의해 용기에 연결되는데, 각 인입부에서 18인치까지는 반드시 기밀을 유지해야 한다. 모든 전선관 시스템은 내압방폭이 유지되어 있다.
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