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가스별 재질 적합도 완벽 가이드

WITTGUY 2025. 10. 27. 13:56

가스별 재질 적합도 완벽 가이드 | 수소·산소 배관 재질 선정 필수 체크리스트

 

1줄 요약: 산업용 가스 배관 시스템 설계 시 가스 특성별 재질 적합도를 파악하여 안전사고를 예방하고 최적의 재질을 선정하는 실무 가이드

 


안녕하세요 WITTGUY 입니다.

산업 현장에서 가스 배관 시스템을 설계하거나 유지보수할 때 가장 중요한 것은 가스 특성에 맞는 재질 선정입니다. 잘못된 재질 선택은 부식, 폭발, 누출 등 심각한 안전사고로 이어질 수 있습니다. 특히 수소와 산소는 산업 현장에서 가장 많이 사용되는 가스임에도 불구하고 재질 선정 오류로 인한 문의가 끊이지 않고 있습니다. 이에 가스별 재질 적합도 데이터를 체계적으로 정리하여 실무자들이 현장에서 즉시 활용할 수 있도록 본 가이드를 작성하게 되었습니다.


목차

  1. 가스 재질 적합도 평가 기준
  2. 수소(H2) 배관 재질 선정 가이드
  3. 산소(O2) 배관 재질 선정 가이드
  4. 주요 산업용 가스별 재질 적합도
  5. 가스 위험성 분류 및 특성
  6. 배관 재질별 특성 및 선정 기준

1. 가스 재질 적합도 평가 기준

가스 배관 재질을 선정할 때는 가스의 위험성과 재질의 화학적 반응성을 종합적으로 고려해야 합니다.

재질 적합도 분류 기준 

분류 기호 의미  사용   권고
적합 S (Satisfactory) 해당 재질 사용 가능 안전하게 사용 가능
부적합 U (Unsatisfactory) 해당 재질 사용 불가 절대 사용 금지
조건부 C (Conditional) 특정 조건에서만 사용 가능 전문가 검토 필수

※ S: 적합(Satisfactory) / U: 부적합(Unsatisfactory) / C: 조건부 사용(Conditional)

가스 위험성 분류

위험성  구분표시  
가연성(Flammable) F 해당 열에 ◇ 표시 시 가연성 가스
부식성(Corrosive) C 해당 열에 ◇ 표시 시 부식성 가스
독성(Toxic) T 해당 열에 ◇ 표시 시 독성 가스

 


2. 수소(H2) 배관 재질 선정 가이드

수소는 산업 현장에서 가장 많이 사용되는 가스 중 하나로, 재질 선정이 비교적 용이한 편입니다.

수소 가스 특성

항목  내용
화학식 H2
주요 위험성 가연성(F)
특징 가장 가벼운 기체, 폭발 범위 4-75%
안전 관리 요점 누출 탐지 및 환기 시스템 필수

 

수소 배관 재질 적합도

   

재질 구분 적합도 실무 활용도 비고
알루미늄(Aluminum) S ★★★ 경량, 비용 효율적
구리(Copper) S ★★☆ 열전도성 우수
황동(Brass) S ★★★ 가공성 우수
탄소강(Carbon Steel) S ★★★★★ 가장 일반적 사용
스테인레스강(Stainless Steel) S ★★★★★ 고순도 요구 시
모넬(Monel) S ★★☆ 특수 용도
켈-에프(Kel-F) S ★★ 고순도 가스용
테프론(Teflon) S ★★★ 씰링 재질

※ S: 적합(Satisfactory) / U: 부적합(Unsatisfactory) / C: 조건부 사용(Conditional)

 

수소 배관 재질 선정 시 체크포인트

  1. 모든 주요 금속 재질 사용 가능
  2. 비용 대비 성능을 고려하여 탄소강 또는 스테인레스강 선택
  3. 고순도 수소는 스테인레스강 권장
  4. 씰링 부품은 테프론 계열 사용
  5. 용접부 품질 관리 철저

3. 산소(O2) 배관 재질 선정 가이드

산소는 강한 산화제로서 재질 선정에 각별한 주의가 필요한 가스입니다.

산소 가스 특성

항목 내용
화학식 O2
주요 위험성 산화성/조연성
특징 강한 산화제, 가연성 물질 자연 점화 유발
안전 관리 요점 유지류 완전 제거, 청정 시공 필수

산소 배관 재질 적합도

재질 구분 적합도 실무 활용도  비고
알루미늄(Aluminum) C ★☆ 조건부 사용, 전문가 검토 필요
구리(Copper) S ★★★★ 산소 배관 일반 재질
황동(Brass) S ★★★ 밸브·피팅류 사용
탄소강(Carbon Steel) C ★★ 무급유 청정 처리 필수
스테인레스강(Stainless Steel) C ★★★★ 316L 등급 권장
모넬(Monel) S ★★ 고순도·고압 용도
켈-에프(Kel-F) S ★★★ 씰링 재질 적합
테프론(Teflon) S ★★★★ 비금속 재질 최적

※ S: 적합(Satisfactory) / U: 부적합(Unsatisfactory) / C: 조건부 사용(Conditional)

 

산소 배관 재질 선정 시 체크포인트

  1. 구리 재질이 가장 안전하고 일반적
  2. 스테인레스강 사용 시 316L 등급 권장
  3. 탄소강은 내부 청정 처리 후 사용
  4. 알루미늄은 특수 조건에서만 사용
  5. 유지류 완전 제거 필수 (산소와 반응 시 폭발)
  6. 배관 내부 청정도 Class 5 이상 유지
  7. 씰링은 테프론 또는 켈-에프 사용

4. 주요 산업용 가스별 재질 적합도

4.1 비가연성·비부식성 가스

가스명 화학식 위험성   알루미늄 구리  황동 탄소강 스테인레스  모넬  켈-에프 테프론
질소 N2 없음 S S S S S S S S
아르곤 Ar 없음 S S S S S S S S
헬륨 He 없음 S S S S S S S S
공기 AIR 없음 S S S S S S S S
이산화탄소 CO2 없음 S S S S S S S S
네온 Ne 없음 S S S S S S S S
크립톤 Kr 없음 S S S S S S S S
제논 XeF2 없음 S S S S S S S S

※ S: 적합(Satisfactory) / U: 부적합(Unsatisfactory) / C: 조건부 사용(Conditional)

4.2 가연성 가스 (탄화수소류)     

가스명  화학식 위험성 알루미늄 구리 황동 탄소강 스테인레스  모넬 켈-에프 테프론
메탄 CH4 가연성 S S S S S S S S
에탄 C2H6 가연성 S S S S S S S S
프로판 C3H8 가연성 S S S S S S S S
부탄 C4H10 가연성 S S S S S S S S
에틸렌 C2H4 가연성 S S S S S S S S
프로필렌 C3H6 가연성 S S S S S S S S
아세틸렌 C2H2 가연성 S U C S S S S S

※ S: 적합(Satisfactory) / U: 부적합(Unsatisfactory) / C: 조건부 사용(Conditional)

아세틸렌 특별 주의사항: 15psig(약 1.03bar) 초과 압력에서는 사용 금지

4.3 부식성·독성 가스  

가스명  화학식 위험성 알루미늄 구리 황동  탄소강 스테인레스 모넬 켈-에프  테프론
염소 Cl 독성·부식성 U U U S S C S S
염화수소 HCl 독성·부식성 U U U C C C S S
불화수소 HF 독성·부식성 U U U S S S S S
황화수소 H2S 독성·가연성·부식성 C U U C S S S S
암모니아 NH3 독성·가연성·부식성 S U U C S S S S
포스겐 COCl2 독성·부식성 U U U C C S S S
이산화황 SO2 독성·부식성 C U U S S S S S

※ S: 적합(Satisfactory) / U: 부적합(Unsatisfactory) / C: 조건부 사용(Conditional)

4.4 특수 가스

가스명  화학식  위험성  알루미늄  구리  황동 탄소강 스테인레스  모넬 켈-에프 테프론
삼염화붕소 BCl3 독성·부식성 U C U S S C S S
삼불화붕소 BF3 독성·부식성 U C C S S S S S
실레인 SiH4 가연성 S S S S S S S S
아르신 AsH3 독성·가연성 U S S S S S S S

※ S: 적합(Satisfactory) / U: 부적합(Unsatisfactory) / C: 조건부 사용(Conditional)


5. 가스 위험성 분류 및 특성

5.1 독성 가스 안전 관리

고독성 가스 목록 및 특징

가스명  독성 특징 누출 시 응급조치
아르신(AsH3) 매우 강한 독성, 과도 노출 시 지연 효과 즉시 환기, 호흡 보호구 착용
셀렌화수소(H2Se) 극도로 독성 강함, 냄새가 후각 신경 마비 즉시 대피, 전문 방제팀 투입
황화수소(H2S) 악취가 후각 신경 마비, 고농도 시 즉사 상풍 대피, 산소 공급
시아노겐(C2N2) 청산가리로 작용 즉시 대피, 해독제 준비
염소(Cl) 호흡기 심각 손상 물로 희석, 의료 조치
불화수소(HF) 피부·뼈·손톱 공격 칼슘 글루콘산염 도포

 

5.2 가연성 가스 방폭 대책

가연성 가스 폭발 범위

가스명 폭발 하한(LEL) 폭발 상한(UEL) 방폭 대책
수소(H2) 4.0% 75.0% 환기·누출 감지
메탄(CH4) 5.0% 15.0% 정전기 제거
프로판(C3H8) 2.1% 9.5% 방폭 전기 설비
아세틸렌(C2H2) 2.5% 100% 저압 사용 필수
에틸렌(C2H4) 2.7% 36.0% 질소 퍼징

 

5.3 부식성 가스 배관 관리

부식성 가스별 재질 선정 원칙

  1. 할로겐 가스(F2, Cl2, Br2): 니켈 합금(Monel) 또는 불소 수지 사용
  2. 산성 가스(HCl, HF, SO2): 스테인레스강 316L 이상 또는 PTFE
  3. 염기성 가스(NH3): 구리 재질 절대 금지, 탄소강 또는 스테인레스강
  4. 황 함유 가스(H2S): 고급 스테인레스강(316L, 904L) 사용

6. 배관 재질별 특성 및 선정 기준

6.1 알루미늄(Aluminum)

물리적·화학적 특성

항목 내용
밀도 2.7 g/cm³ (철의 약 1/3)
융점 660°C
열전도율 237 W/m·K (매우 우수)
내식성 표면 산화피막 형성으로 우수
주요 합금 6061-T6, 6063-T5

 

적용 가능 가스

수소, 질소, 아르곤, 공기, 탄화수소류(일반), 암모니아

적용 불가 가스

염소, 염화수소, 브로민화 메탄, 염화 메틸 (폭발성 화합물 생성)

실무 활용 팁

  1. 저압(10bar 이하) 시스템에 적합
  2. 청정도가 중요하지 않은 일반 산업용 가스에 사용
  3. 용접부는 X-ray 또는 초음파 검사 실시
  4. 산소 배관은 특수 처리 후에만 조건부 사용

6.2 구리(Copper)

물리적·화학적 특성

항목 내용
밀도 8.96 g/cm³
융점 1,085°C
열전도율 401 W/m·K (금속 중 최고 수준)
내식성 대기 중 우수, 염기에 취약
주요 규격 C12200 (무산소동), C10100

 

적용 가능 가스

산소, 질소, 아르곤, 공기, 수소, 이산화탄소, 탄화수소류(일반)

적용 불가 가스

암모니아(응력 균열), 아세틸렌(폭발성 화합물), 염소, 염화수소, 이산화황

실무 활용 팁

  1. 산소 배관의 표준 재질
  2. 납땜(brazing) 시공으로 시공비 절감 가능
  3. 의료용 가스 배관에 널리 사용
  4. 배관 두께는 Schedule 40 이상 권장
  5. 아세틸렌 배관에는 절대 사용 금지

6.3 황동(Brass)

물리적·화학적 특성

항목 내용
조성 구리(Cu) 60-70% + 아연(Zn) 30-40%
밀도 8.4-8.7 g/cm³
융점 900-940°C
내식성 대기 중 우수, 탈아연 부식 주의
주요 규격 C26000, C36000

 

적용 가능 가스

산소, 질소, 아르곤, 공기, 수소, 이산화탄소, 탄화수소류(일반)

적용 불가 가스

암모니아(응력 균열), 염소, 염화수소, 이산화황, 모노에틸아민, 모노메틸아민

실무 활용 팁

  1. 주로 밸브, 피팅, 계측기 연결부에 사용
  2. 배관 본체보다는 부속품으로 활용
  3. 탈아연 방지를 위해 80°C 이하에서 사용
  4. 암모니아 시스템에는 절대 사용 금지
  5. 정기적인 육안 검사로 탈아연 확인

6.4 탄소강(Carbon Steel)

물리적·화학적 특성

항목 내용
조성 철(Fe) + 탄소(C) 0.05-2.0%
밀도 7.85 g/cm³
융점 1,370-1,520°C
인장강도 400-550 MPa
주요 규격 ASTM A106, A53, KS D 3562

 

적용 가능 가스

수소, 질소, 아르곤, 공기, 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소류, 염소, 불화수소, 이산화황

적용 불가 조건

습기 있는 산성 가스(청정 처리 없이), 염기성 가스(특수 처리 없이)

실무 활용 팁

  1. 일반 산업용 가스 배관의 표준 재질
  2. Schedule 40, 80 등급 사용
  3. 내부 방청 처리 또는 아연 도금 권장
  4. 용접 후 열처리로 응력 제거
  5. 산소 배관은 무급유 청정 처리 필수
  6. 정기적인 육안 및 두께 측정 검사

6.5 스테인레스강(Stainless Steel)

물리적·화학적 특성

항목 내용
조성 철 + 크롬(Cr) 10.5% 이상 + 니켈(Ni)
밀도 7.9-8.0 g/cm³
융점 1,400-1,450°C
주요 등급 304, 304L, 316, 316L
내식성 매우 우수 (부동태 피막)

 

등급 특징 주요 용도
304 범용 스테인레스강 일반 산업용 가스
304L 저탄소, 입계부식 방지 용접 배관 시스템
316 몰리브덴 첨가, 내식성 강화 부식성 가스, 해안 지역
316L 저탄소 + 몰리브덴 고순도 가스, 반도체

 

적용 가능 가스

거의 모든 가스(수소, 산소, 질소, 아르곤, 염소, 염화수소, 불화수소, 황화수소, 암모니아 등)

적용 시 주의사항

산소 배관은 316L 이상 권장, 염소 가스는 특수 등급 사용

실무 활용 팁

  1. 고순도 가스는 316L BA(Bright Annealed) 사용
  2. 용접 시 TIG 용접 권장
  3. 용접 후 산세척(pickling) 및 부동태화(passivation) 처리
  4. 배관 내부 전해연마(EP) 처리로 청정도 향상
  5. 반도체·제약·식품 산업 필수 재질
  6. 궤도용접(orbital welding)으로 품질 균일화

6.6 모넬(Monel)

물리적·화학적 특성

항목 내용
조성 니켈(Ni) 63-70% + 구리(Cu) 28-34%
밀도 8.8 g/cm³
융점 1,300-1,350°C
주요 등급 Monel 400, Monel K-500
내식성 매우 우수 (특히 불화수소)

 

적용 가능 가스

불화수소(HF), 염소(조건부), 황화수소, 염화수소, 고순도 산소, 특수 부식성 가스

적용 불가 가스

산화성 산(황산, 질산 등)

실무 활용 팁

  1. 불화수소 배관의 표준 재질
  2. 반도체 공정 특수 가스 라인에 사용
  3. 주로 밸브, 레귤레이터 내부 부품에 활용
  4. 용접은 전문 용접사에게 의뢰
  5. 정기 검사로 공식 부식 확인
  6. 고가이므로 핵심 부위에만 선택적 사용

6.7 켈-에프(Kel-F, PCTFE)

물리적·화학적 특성

항목 내용
화학명 Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE)
밀도 2.1-2.2 g/cm³
사용온도 -240°C ~ +200°C
화학 저항성 매우 우수
주요 브랜드 Kel-F, Neoflon

 

적용 가능 가스

거의 모든 가스(고순도 가스, 부식성 가스, 독성 가스 등)

적용 불가 가스

극소수의 특수 불화 화합물

실무 활용 팁

  1. 주로 씰, 가스켓, O-링에 사용
  2. 고순도 가스 레귤레이터 내부 부품
  3. 극저온 응용(LNG, 액체질소 등)
  4. 반도체·제약 산업 필수 재질
  5. 정기적으로 경도 및 균열 점검
  6. 테프론보다 기계적 강도 우수

6.8 테프론(Teflon, PTFE)

물리적·화학적 특성

항목 내용
화학명 Polytetrafluoroethylene (PTFE)
밀도 2.2 g/cm³
사용온도 -270°C ~ +260°C
화학 저항성 가장 우수
주요 브랜드 Teflon (DuPont)

 

적용 가능 가스

모든 가스(고순도, 부식성, 독성, 산화성, 환원성 가스 포함)

적용 불가 가스

용융 알칼리 금속, 불화 화합물(극소수)

실무 활용 팁

  1. 씰링 재질의 표준
  2. 테이프형(Teflon tape)으로 나사부 씰링
  3. 가스켓, O-링, 다이어프램에 광범위 사용
  4. 고순도 가스 배관 라이닝(lining) 재질
  5. 크리프 방지를 위해 적절한 체결력 유지
  6. 정기적으로 누설 검사 실시
  7. 260°C 이상에서는 분해 가스 발생 주의

재질 선정 종합 비교

 

재질 비용 내식성 강도 가공성 고순도  적합성 주요 용도
알루미늄(Aluminum) ★★★★★ ★★★ ★★ ★★★★★ ★★ 저압 일반 가스
구리(Copper) ★★★ ★★★★ ★★★ ★★★★ ★★★ 산소 배관
황동(Brass) ★★★★ ★★★ ★★★ ★★★★★ ★★ 밸브·피팅
탄소강(Carbon Steel) ★★★★★ ★★ ★★★★★ ★★★★ 일반 산업용
스테인레스강(Stainless Steel) ★★ ★★★★★ ★★★★ ★★★ ★★★★★ 고순도 가스
모넬(Monel) ★★★★★ ★★★★ ★★ ★★★★★ 부식성 가스
켈-에프(Kel-F) ★★★★★ ★★ ★★ ★★★★★ 씰링 부품
테프론(Teflon) ★★ ★★★★★ ★★★ ★★★★★ 씰링 부품

※ ★ 개수가 많을수록 우수함


FAQ

Q1. 수소 배관에 탄소강과 스테인레스강 중 어느 것을 선택해야 하나요?

A1. 일반 산업용 수소는 탄소강으로 충분하며 비용 효율적입니다. 다만 고순도 수소(99.999% 이상) 또는 반도체·식품 산업용은 내부 오염 방지를 위해 스테인레스강 316 또는 316L을 사용해야 합니다. 압력과 온도 조건도 고려하여 20bar 이상 고압이거나 고온 조건에서는 스테인레스강이 더 안전합니다.

 

Q2. 산소 배관에 알루미늄을 사용할 수 있나요?

A2. 산소 배관에 알루미늄은 조건부(C) 등급으로, 일반적으로 권장되지 않습니다. 산소는 강한 산화제로서 알루미늄과 격렬하게 반응할 수 있으며, 특히 유지류나 이물질이 있으면 발화 위험이 있습니다. 산소 배관은 구리 또는 스테인레스강을 사용하는 것이 안전하며, 부득이하게 알루미늄을 사용할 경우 반드시 전문가의 검토와 특수 처리가 필요합니다.

 

Q3. 아세틸렌 배관에 구리를 사용하면 안 되는 이유는 무엇인가요?

A3. 아세틸렌은 구리와 반응하여 아세틸리드(acetylide)라는 폭발성 화합물을 생성합니다. 특히 15psig(약 1.03bar) 이상의 압력에서는 이 반응이 더욱 활발해져 자연 폭발의 위험이 있습니다. 따라서 아세틸렌 배관은 반드시 탄소강 또는 스테인레스강을 사용해야 하며, 구리 재질은 절대 사용 금지입니다.

 

Q4. 암모니아 배관 재질 선정 시 가장 주의해야 할 점은 무엇인가요?

A4. 암모니아는 구리 및 구리 합금(황동 포함)을 빠르게 부식시키며 응력 균열을 일으킵니다. 따라서 구리 재질은 절대 사용하면 안 되며, 탄소강(조건부) 또는 스테인레스강을 사용해야 합니다. 특히 암모니아는 습기가 있을 때 부식성이 더 강해지므로 배관 내부를 건조하게 유지하고, 용접부의 응력 제거 열처리를 반드시 실시해야 합니다.

 

Q5. 조건부(C) 등급 재질은 어떤 조건에서 사용 가능한가요?

A5. 조건부(C) 등급은 특정 조건을 만족할 때만 사용 가능한 재질입니다. 주요 조건으로는 1) 가스 순도 및 수분 함량 관리, 2) 사용 압력 및 온도 범위 준수, 3) 배관 내부 청정도 유지, 4) 정기적인 부식 검사 실시, 5) 전문가의 설계 검토 등이 있습니다. 조건부 재질 사용 시에는 반드시 가스 공급업체 및 배관 설계 전문가와 상담하여 안전성을 확인해야 합니다.


출처

PurityPlus. (n.d.). Gas Safety and Material Compatibility Data Chart (Technical Information 5.1-5.2). Retrieved from www.gasplus.com

 

※ 본 자료는 PurityPlus의 가스 안전 및 재질 적합도 데이터 차트를 기반으로 작성되었으며, 평균 온도 및 압력 조건에서의 일반화된 정보입니다. 실제 적용 시에는 구체적인 운전 조건, 가스 순도, 압력, 온도 등을 종합적으로 고려해야 합니다.


※ 본 블로그의 모든 내용은 신뢰할 수 있는 출처에 기반하고 있으나, 실제 적용 시에는 반드시 전문가와 상의하시기 바랍니다.


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