Brass(황동) vs Bronze( 청동) 완벽 비교

산업용 가스 배관자재 재질 선택 가이드: Brass(황동) vs Stainless Steel vs Bronze vs Carbon Steel 완벽 비교

1줄 요약

산업용 가스 배관에서 가장 많이 사용되는 Brass(황동), Stainless Steel(스테인리스강), Bronze(청동), Carbon Steel(탄소강)의 특성, 가스별 적용기준, 선택방법을 비교 분석합니다.

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인사말

안녕하세요 WITTGUY 입니다.

산업용 가스 배관자재나 밸브, 레귤레이터, 피팅류를 선정할 때 가장 먼저 고민하는 것이 바로 재질 선택입니다. Brass(황동), Stainless Steel(스테인리스강), Bronze(청동), Carbon Steel(탄소강)은 각각 뚜렷한 장단점을 가지고 있으며, 가스의 종류, 압력, 온도, 부식성, 독성에 따라 적절한 재질을 선택해야 합니다. 특히 Brass는 가격 대비 성능이 우수하여 산업현장에서 널리 사용되지만, 그 이유와 한계를 정확히 이해하는 것이 중요합니다. 최근에는 수소(H₂) 에너지 인프라 확대로 수소 배관재 선정에 대한 문의가 급증하고 있으며, 산소(O₂), 이산화탄소(CO₂), 부식성 가스, 독성 가스 등 다양한 산업용 가스에 대한 재질 선택 기준도 함께 다루겠습니다. 이번 포스팅에서는 각 재질의 특성을 비교 분석하여 실무자들이 최적의 재질을 선택할 수 있도록 돕고자 합니다.

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목차

1. Brass(황동), Bronze(청동), Stainless Steel(스테인리스강), Carbon Steel(탄소강) 기본 특성
2. Brass(황동)가 산업용 가스 시스템에서 많이 사용되는 이유
3. Brass(황동) vs Bronze(청동) 차이점 및 선택기준
4. 재질별 비교표: 물성, 내식성, 가격, 적용분야
5. 산업용 가스별 재질 선택 가이드
6. 수소(H₂) 배관 재질 선택 특별 가이드
7. 재질 선택 시 체크포인트

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본문

1. Brass(황동), Bronze(청동), Stainless Steel(스테인리스강), Carbon Steel(탄소강) 기본 특성

1.1 Brass(황동)의 구성 및 특성

Brass(황동)는 구리(Cu)와 아연(Zn)의 합금으로, 일반적으로 구리 60-70%, 아연 30-40%의 비율로 구성됩니다. 산업용 Brass는 KS D 5101(황동 봉 및 선) 규격에 따라 C2680(Cu 65%, Zn 35%), C3604(쾌삭황동) 등이 주로 사용됩니다.

 

주요 특성:

• 우수한 가공성 및 쾌삭성
• 양호한 내식성(중성 가스, 공기)
• 높은 열전도율 및 전기전도율
• 비자성 재질
• 상대적으로 저렴한 가격
• 사용온도 범위: -40°C ~ 200°C
• 사용압력 범위: 최대 450bar(제품 설계에 따라 상이)

1.2 Bronze(청동)의 구성 및 특성

Bronze(청동)는 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금으로, 일반적으로 구리 88-95%, 주석 5-12%로 구성됩니다. 인청동(Phosphor Bronze), 알루미늄청동(Aluminum Bronze) 등 다양한 종류가 있습니다.

 

주요 특성:

• Brass보다 우수한 기계적 강도
• 뛰어난 내마모성 및 내식성
• 부식성 가스 환경에 강함
• 높은 탄성 및 피로강도
• Brass보다 높은 가격
• 사용온도 범위: -100°C ~ 260°C

1.3 Stainless Steel(스테인리스강)의 구성 및 특성

Stainless Steel(스테인리스강)은 철(Fe)에 크롬(Cr) 10.5% 이상을 함유한 합금으로, 주로 STS304(18Cr-8Ni), STS316(18Cr-10Ni-2Mo)이 산업용 가스 시스템에 사용됩니다.

 

주요 특성:

• 매우 우수한 내식성(산화성, 부식성 가스)
• 높은 기계적 강도
• 청정 가스 시스템 적합(Ultra High Purity)
• 넓은 사용온도 범위
• 높은 가격
• 사용온도 범위: -196°C ~ 800°C (등급별 상이)

1.4 Carbon Steel(탄소강)의 구성 및 특성

Carbon Steel(탄소강)은 철(Fe)과 탄소(C)의 합금으로, 탄소 함량에 따라 저탄소강(0.3% 이하), 중탄소강(0.3-0.6%), 고탄소강(0.6% 이상)으로 분류됩니다.

 

주요 특성:

• 높은 인장강도 및 압력 저항성
• 가공성 양호
• 가장 저렴한 가격
• 내식성 부족(방식처리 필수)
• 자성 재질
• 사용온도 범위: -29°C ~ 400°C

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2. Brass(황동)가 산업용 가스 시스템에서 많이 사용되는 이유

2.1 가격 경쟁력

Brass는 Stainless Steel 대비 약 40-60% 저렴하며, Bronze 대비 약 20-30% 저렴합니다. Carbon Steel은 더 저렴하지만 부식성 가스나 고순도 가스에는 부적합하여, 대부분의 일반 산업용 가스 시스템에서는 Brass가 가장 경제적입니다.

재질	상대가격  지수	비고
Carbon Steel	1.0	기준
Brass	2.5-3.0	Carbon Steel 대비 2.5-3배
Bronze	3.5-4.0	Brass 대비 약 1.3배
STS304	4.5-5.5	Brass 대비 약 1.8배
STS316	6.0-7.5	Brass 대비 약 2.5배

2.2 우수한 가공성 및 쾌삭성

Brass, 특히 C3604(쾌삭황동)는 절삭가공성이 매우 우수하여 복잡한 형상의 레귤레이터, 밸브, 피팅, 압력게이지 커넥션 제작에 적합합니다. 가공 속도가 빠르고 공구 수명이 길어 생산성이 높습니다.

2.3 비부식성 가스 환경에서의 충분한 내식성

질소(N₂), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등 불활성 가스 및 압축공기, 도시가스 등 대부분의 비부식성 산업용 가스에 대해 Brass는 충분한 내식성을 제공합니다. 중성 가스 환경에서는 장기 사용이 가능합니다.

2.4 비자성 특성

Brass는 비자성 재질로, 자기장에 민감한 계측기기나 전자장비 주변에서 사용 가능합니다. 이는 Carbon Steel과 구별되는 중요한 특성입니다.

2.5 적절한 기계적 강도 및 고압 대응 가능

인장강도 300-550 MPa 수준으로, 일반 산업용 가스 배관(200bar 이하)에 충분한 강도를 제공합니다. 최근에는 특수 설계된 Brass 제품(예: 고압 레귤레이터, CGA 피팅)이 300bar 이상의 고압 수소 시스템에도 적용되고 있습니다. 제품 설계, 두께, 열처리 방법에 따라 450bar까지 사용 가능한 Brass 부품도 개발되어 있습니다.

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3. Brass(황동) vs Bronze(청동) 차이점 및 선택기준

3.1 화학 조성의 차이

구분	주요 합금 원소	일반 조성	KS 규격 예시
Brass(황동)	구리(Cu) + 아연(Zn)	Cu 60-70%, Zn 30-40%	C2680, C3604
Bronze(청동)	구리(Cu) + 주석(Sn)	Cu 88-95%, Sn 5-12%	C5191(인청동)

3.2 물성 비교

항목	Brass(C3604)	Bronze(C5191)
인장강도	340-470 MPa	400-550 MPa
경도(HB)	80-120	100-180
연신율	15-25%	10-40%
열전도율	120 W/m·K	50-80 W/m·K
비중	8.5 g/cm³	8.8 g/cm³

3.3 가스 환경에서의 내식성 비교

Brass의 취약점:

• 탈아연부식(Dezincification): 부식성 가스 환경에서 아연 선택적 용출
• 암모니아(NH₃) 환경에서 응력부식균열 발생 가능
• 황화수소(H₂S), 염소(Cl₂) 등 부식성 가스에 취약

Bronze의 강점:

• 부식성 가스 환경 저항성 우수
• 황화물 가스 환경 저항성
• 응력부식균열 저항성 우수
• 암모니아(NH₃) 환경 적합

3.4 가스 시스템 용도별 선택기준

Brass 선택 상황:

• 불활성 가스(N₂, Ar, He)
• 압축공기, 도시가스, LPG
• 이산화탄소(CO₂) 저압~중압
• 수소(H₂) - 제품 설계에 따라 고압까지 가능
• 일반 산업용 레귤레이터, 밸브, 피팅, 계측기기
• 가격 경쟁력이 중요한 프로젝트

Bronze 선택 상황:

• 암모니아(NH₃)
• 황화수소(H₂S)
• 염소(Cl₂) - 건조 상태
• 고하중, 고마모 환경(밸브 시트, 스템)
• 부식성 가스 레귤레이터 내부 부품

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4. 재질별 비교표: 물성, 내식성, 가격, 적용분야

4.1 기계적 물성 비교

재질	인장강도(MPa)	항복강도(MPa)	경도(HB)	연신율(%)
Brass C3604	340-470	140-250	80-120	15-25
Bronze C5191	400-550	200-380	100-180	10-40
STS304	520-720	205-310	150-220	40-60
STS316	520-670	205-275	150-210	40-50
Carbon Steel	400-550	250-350	120-180	20-30

4.2 산업용 가스 환경에서의 재질 적합성

가스 종류	Brass	Bronze	STS304	STS316	Carbon Steel
질소(N₂)	우수	우수	매우우수	매우우수	우수
아르곤(Ar)	우수	우수	매우우수	매우우수	우수
헬륨(He)	우수	우수	매우우수	매우우수	우수
수소(H₂)	우수*	우수*	매우우수	매우우수	취성발생
산소(O₂)	보통**	보통**	우수	매우우수	불량
CO₂	우수	우수	매우우수	매우우수	보통
암모니아(NH₃)	불량	우수	우수	매우우수	보통
염소(Cl₂)	불량	보통	보통	우수	불량
황화수소(H₂S)	불량	보통	보통	우수	불량
도시가스	우수	우수	매우우수	매우우수	우수
압축공기	우수	우수	매우우수	매우우수	보통***

*수소(H₂): 적절한 설계 및 열처리 시 300bar 이상 고압까지 사용 가능

**산소(O₂): 반드시 탈지(Degreasing) 처리 필수, 충격 방지 설계 필요

***압축공기: 습도 관리 필수, 드레인 발생 시 부식 우려

4.3 가스 시스템 적용 분야별 재질 선택

적용분야	1순위	2순위	비고
불활성 가스(N₂, Ar, He)	Brass	STS304	가격 대비 성능
도시가스, LPG	Brass	STS304	KGS 기준 충족
압축공기	Brass	STS304	드레인 관리 필요
수소(H₂) 저압(~10bar)	Brass	STS304	일반 레귤레이터용
수소(H₂) 중압(10-200bar)	Brass	STS316	고압 설계 제품
수소(H₂) 고압(200-450bar)	Brass*/STS316L	STS316L	*특수 설계 제품만
산소(O₂)	STS304**	STS316	**탈지 필수
이산화탄소(CO₂)	Brass	STS304	일반 산업용
암모니아(NH₃)	Bronze	STS316	Brass 사용금지
염소(Cl₂)	STS316	Bronze	건조 상태 유지
황화수소(H₂S)	STS316	Bronze	부식성 높음
Ultra High Purity	STS316L	STS304	반도체, 전자재료

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5. 산업용 가스별 재질 선택 가이드

5.1 불활성 가스(Inert Gas)

질소(N₂), 아르곤(Ar), 헬륨(He)

압력 범위	권장 재질	비고
저압(~10bar)	Brass	가장 경제적
중압(10-200bar)	Brass, STS304	모두 적합
고압(200bar 초과)	Brass, STS316	고압 설계 제품

 

적용 사례:

• 레이저 절단기 보조가스: Brass 레귤레이터
• 반도체 공정용 UHP N₂: STS316L
• 용접용 아르곤: Brass 레귤레이터, 피팅
• 풍선용 헬륨: Brass 레귤레이터

주의사항:

• 순도 99.999% 이상 UHP 가스: STS316L 권장
• 수분 함량 관리 필요(Brass 표면 산화 방지)

5.2 연료 가스

도시가스, LPG, 프로판(C₃H₈), 부탄(C₄H₁₀):

항목	권장 재질	KGS 기준
1단 레귤레이터	Brass	KGS AC111 적합
2단 레귤레이터	Brass	KGS AC111 적합
배관(저압)	Brass, PE	압력별 선택
배관(중압)	Brass, STS304	21bar 초과 시 STS
밸브, 피팅	Brass	일반적 사용

 

적용 사례:

• 도시가스 공급용 레귤레이터: Brass 본체
• LPG 충전소: Brass 밸브, STS 배관
• 산업용 버너: Brass 레귤레이터

주의사항:

• 황 성분 함유 시 장기 부식 가능성 모니터링
• 정기 점검 및 교체 주기 준수

5.3 산소(O₂)

산소 가스 재질 선택:

압력 범위	권장 재질	필수 조치
저압(~10bar)	Brass, STS304	탈지 필수
중압(10-200bar)	STS304	탈지 필수
고압(200bar 초과)	STS316	탈지 필수

 

탈지(Degreasing) 요구사항:

• 목적: 오일, 그리스 등 가연성 물질 제거
• 방법: 용제 세척 또는 초음파 세척
• 기준: ASTM G93, CGA G-4.1
• 확인: Oil-Free 인증서 확보

Brass 사용 시 주의사항:

• 반드시 탈지 처리된 제품 사용
• 충격 방지 설계(Check Valve, Flow Restrictor)
• 정기적인 누설 점검
• 고압(150bar 이상)에서는 STS 권장

적용 사례:

• 의료용 산소: Brass 레귤레이터(탈지 처리)
• 용접/절단용 산소: Brass/STS 혼용
• 산업용 고압 산소: STS316

5.4 수소(H₂)

수소 가스 압력별 재질 선택:

압력 범위	권장 재질	제품 예시
저압(~10bar)	Brass, STS304	일반 레귤레이터
중압(10-200bar)	Brass, STS304, STS316	고압 레귤레이터
고압(200-300bar)	Brass*, STS316	특수 고압 레귤레이터
초고압(300-450bar)	Brass*, STS316L	수소충전소용 특수 제품

*Brass 사용 조건: 두께 설계, 열처리, 수소취성 시험 통과 제품만 가능

 

Brass의 고압 수소 적용 가능성:

최근 기술 발전으로 특수 설계된 Brass 제품이 고압 수소 환경에서도 사용되고 있습니다.

제품 유형	최대 압력	재질	적용 기준
CGA 580 피팅	300bar	Brass	CGA V-1
고압 레귤레이터 본체	300bar	Brass	EN ISO 2503
압력게이지 커넥션	400bar	Brass	EN 837
특수 밸브 본체	450bar	Brass	제조사 인증

 

Brass 고압 사용 조건:

• 두께 증대 설계(일반 제품 대비 1.5-2배)
• 열처리를 통한 강도 향상
• 수소취성 시험(Hydrogen Embrittlement Test) 통과
• 제조사의 압력 인증서 확보
• 정기 점검 및 교체 주기 엄수

수소 시스템 부품별 재질 선택:

• 레귤레이터 본체: Brass(300bar까지), STS316(전 압력)
• 밸브 본체: Brass(특수 설계), STS316
• 배관: STS304(중압), STS316L(고압)
• 피팅: Brass(CGA 규격), STS316
• 압력계 커넥션: Brass(400bar까지), STS
• 씰링: PTFE, PCTFE, Kalrez

적용 사례:

• 연료전지 공급용: Brass 레귤레이터(~200bar)
• 수소충전소: Brass 피팅 + STS 배관(~450bar)
• 산업용 수소: Brass 레귤레이터(~300bar)

주의사항:

• 제조사 압력 등급 확인 필수
• 수소취성 시험 성적서 확보
• 용접부 비파괴검사(STS 배관)
• 정기 누설 점검(Leak Test)

5.5 이산화탄소(CO₂)

이산화탄소 압력별 재질 선택:

압력 범위	권장 재질	비고
저압(~20bar)	Brass	가장 경제적
중압(20-100bar)	Brass, STS304	모두 적합
고압(100bar 초과)	STS304, STS316	액화CO₂ 고려

 

적용 사례:

• 용접용 CO₂: Brass 레귤레이터
• 음료 탄산화: Brass, STS304
• 소화설비: Brass, STS304
• 초임계 CO₂: STS316

주의사항:

• 액화 CO₂ 시 저온(-40°C) 고려
• 습식 CO₂(수분 포함)는 부식성 증가 → STS 권장

5.6 부식성 가스(Corrosive Gas)

암모니아(NH₃)

항목	권장 재질	금지 재질
배관	STS316, Bronze	Brass
밸브	STS316, Bronze	Brass
레귤레이터	STS316	Brass
피팅	STS316	Brass

이유: Brass는 암모니아와 반응하여 응력부식균열(SCC) 발생

 

염소(Cl₂):

조건	권장 재질	비고
건조 염소	STS316, Bronze	수분 관리 필수
습식 염소	STS316L, Hastelloy	매우 부식성 높음

 

황화수소(H₂S):

• 1순위: STS316L
• 2순위: Hastelloy C-276
• Brass, Bronze: 사용 금지(황 부식)

염화수소(HCl), 불화수소(HF):

• STS316L 또는 특수 합금(Hastelloy, Monel)
• 일반 재질 모두 부적합

5.7 독성 가스(Toxic Gas)

일산화탄소(CO), 황화수소(H₂S), 염소(Cl₂), 포스겐(COCl₂) 등:

재질 선택 기준:

• 부식성 평가 우선
• 누설 방지 설계(더블 씰, 더블 블록)
• 긴급차단장치 설치
• 정기 누설 점검 강화

독성 등급	재질 요구사항	추가 조치
고독성(TLV < 10ppm)	STS316L	더블 씰링, ESV
중독성(TLV 10-100ppm)	STS304, STS316	누설검지기
저독성(TLV > 100ppm)	Brass, STS304	환기 설비

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6. 수소(H₂) 배관 재질 선택 특별 가이드

6.1 수소 환경에서의 재질 특성

수소(H₂)는 분자 크기가 매우 작고(0.1 nm) 확산성이 높아, 일반 가스와 다른 재질 선택 기준이 적용됩니다. 특히 고압 수소 환경에서는 수소취성(Hydrogen Embrittlement) 현상이 발생할 수 있어 주의가 필요하지만, 적절한 설계와 재질 선택을 통해 Brass를 포함한 다양한 재질을 안전하게 사용할 수 있습니다.

 

수소취성(Hydrogen Embrittlement) 메커니즘:

• 수소 원자가 금속 내부로 침투
• 결정격자 내에서 수소 원자 축적
• 금속의 인성 및 연성 저하(특히 철계 합금)
• 장기 사용 시 균열 발생 가능성

재질별 수소취성 민감도:

• 매우 낮음: 오스테나이트계 STS(STS304, STS316)
• 낮음: 구리 합금(Brass, Bronze)
• 높음: 탄소강(Carbon Steel), 페라이트계 STS

6.2 Brass의 고압 수소 적용 기술

Brass가 고압 수소에 사용 가능한 이유:

1. 재질 특성:
   • FCC 결정구조(Face-Centered Cubic)로 수소취성 저항성 양호
   • 구리 합금 특성상 수소 침투 속도 느림
   • 적절한 열처리로 기계적 강도 향상 가능
2. 설계 최적화:
   • 일반 제품 대비 1.5-2배 두께 증대
   • 응력 집중부 최소화 설계
   • 고압용 특수 형상(테이퍼, 필렛 등)
3. 품질 관리:
   • 수소취성 시험(ASTM F1624) 통과
   • 압력 사이클 테스트(ISO 11114-4)
   • 재질 균일성 검사

6.3 재질별 수소 적합성 평가

재질	수소 적합성	최대 권장압력	주요 적용 제품
STS316L	매우우수	900bar	충전소 주배관, 저장용기
STS316	매우우수	700bar	배관, 밸브
STS304	우수	450bar	중압 배관, 밸브
Brass(특수설계)	우수	450bar	레귤레이터, 피팅, 압력계
Brass(일반)	양호	200bar	레귤레이터, 소형 밸브
Bronze	양호	200bar	밸브 내부부품, 씰
Carbon Steel	부적합	사용금지	수소취성 발생

6.4 수소 배관 시스템 재질 선택 기준

압력별 재질 선택 상세:

압력 범위	Brass 적용	STS 적용	선택 기준
~10bar	일반 Brass	STS304	가격 우선 → Brass
10-50bar	일반 Brass	STS304	모두 적합, 가격 고려
50-200bar	고압 설계 Brass	STS304/316	부품별 선택
200-300bar	특수 Brass*	STS316	주배관 STS, 부품 Brass 가능
300-450bar	특수 Brass*	STS316L	인증 제품만, 주로 STS
450bar 초과	불가	STS316L	STS 전용

*특수 Brass: CGA, EN, ISO 인증 제품

 

온도별 재질 선택:

• 상온(-40°C ~ 60°C): Brass, STS304, STS316 모두 적합
• 저온(-253°C, 액화수소): STS316L, STS304 전용
• 고온(200°C 이상): STS321, STS347

6.5 수소 시스템 부품별 재질 적용 실무

레귤레이터(Regulator):

압력 등급	본체 재질	내부 부품	제조사 예시
1단(300bar → 20bar)	Brass, STS316	STS, PTFE	TESCOM, WITT
2단(20bar → 1bar)	Brass	Brass, PTFE	YUTAKA, Swagelok
단단(300bar → 1bar)	STS316	STS, PTFE	TESCOM

 

밸브(Valve):

• 메인 밸브 본체: STS316(고압), Brass(중저압)
• 니들 밸브: Brass, STS316
• 볼 밸브: Brass(200bar까지), STS316(전압력)
• 체크 밸브: Brass, STS304

피팅(Fitting):

• CGA 580(수소 표준): Brass 또는 STS316
• 압력 등급: Brass 300bar, STS 900bar
• 튜브 피팅: Brass(Swagelok B), STS(Swagelok SS)

압력 게이지:

• 커넥션: Brass(400bar까지), STS(전압력)
• 부르동관: 청동, STS316

6.6 수소 배관 설계 시 추가 고려사항

1. 용접 요구사항(STS 배관):

• TIG 용접(GTAW) 권장
• 용접 후 열처리(PWHT) 실시
• 용접부 비파괴검사(RT, UT) 필수
• 용접 결함률 최소화(기공률 < 2%)

2. Brass 제품 선정 시 확인사항:

• 제조사의 압력 등급 인증서(Pressure Rating)
• 수소취성 시험 성적서(Hydrogen Compatibility Test)
• 재질 성적서(Mill Certificate)
• 적용 규격(CGA, EN, ISO, KGS)

3. 누설 관리:

• 수소 센서 설치 필수(검지농도: 1000ppm)
• 정기 누설 점검(비눗물, 가스검지기)
• 긴급차단밸브(ESV) 설치
• 벤트 라인 설계

4. KGS 인증 요구사항:

• 수소충전소: KGS AC418
• 연료전지 배관: KGS AB950
• 수소제조설비: KGS AC432
• 수소 용기: KGS AC114

6.7 수소 배관 재질 선택 체크리스트

설계 단계:

• [ ] 최대 운전압력 확인(bar 또는 MPa)
• [ ] 운전온도 범위 확인(°C)
• [ ] 수소 순도 요구사항(%)
• [ ] 설치 환경(실내/외, 방폭구역)
• [ ] 적용 규격(KGS, ASME B31.12, EN)
• [ ] 유량 및 유속 확인

재질 검증:

• [ ] Brass 사용 시: 압력 등급 인증서 확보
• [ ] 수소취성 시험 성적서 확인
• [ ] 재질 성적서(Mill Sheet) 확인
• [ ] 용접절차서(WPS) 승인(STS 배관)
• [ ] 비파괴검사 계획 수립
• [ ] 내압시험 및 기밀시험 방법 확인

안전 검토:

• [ ] 정전기 제거(본딩, 접지)
• [ ] 누설 검지 및 경보 시스템
• [ ] 긴급차단 시스템(ESV, ESD)
• [ ] 벤트 및 퍼지 절차
• [ ] 정기 점검 계획
• [ ] 방폭 전기설비(위험장소 구분)

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7. 재질 선택 시 체크포인트

7.1 가스별 재질 선택 체크리스트

1단계: 가스 특성 확인

• [ ] 가스 종류 및 화학식
• [ ] 순도(%, ppm)
• [ ] 부식성 여부(pH, 반응성)
• [ ] 독성 등급(TLV, LC50)
• [ ] 가연성 여부(폭발범위)
• [ ] 산화성 여부

2단계: 운전 조건 확인

• [ ] 최대 운전 압력(bar 또는 MPa)
• [ ] 최저/최고 운전 온도(°C)
• [ ] 유량 및 유속(Nm³/h, m/s)
• [ ] 압력 변동 범위(사이클 운전)
• [ ] 진동 또는 충격 유무

3단계: 시스템 요구사항 확인

• [ ] 순도 유지 요구(UHP, High Purity)
• [ ] 청정도 등급(Particle, Moisture)
• [ ] 누설 허용 기준(Leak Rate)
• [ ] 설치 장소(실내/외, 방폭구역)
• [ ] 자기장 영향 여부
• [ ] 위생 기준 적용 여부

4단계: 경제성 및 규격 확인

• [ ] 예산 제약 사항
• [ ] 적용 규격(KS, KGS, KOSHA, ASME, EN)
• [ ] 유지보수 주기 및 비용
• [ ] 부품 수명 요구 사항
• [ ] 재고 및 납기
• [ ] 인증 요구사항(KGS, CE, ATEX)

7.2 재질별 사용 제한 사항

Brass 사용 금지/주의 상황:

• 암모니아(NH₃) - 응력부식균열 발생
• 염소(Cl₂) - 부식 발생
• 황화수소(H₂S) - 황 부식
• 산성 가스(HCl, HF) - 부식
• 200°C 초과 고온
• 탈아연부식 우려 환경 → DZR Brass 사용

Brass 사용 가능 상황:

• 불활성 가스(N₂, Ar, He)
• 연료 가스(LPG, 도시가스)
• 압축공기
• 수소(H₂) - 압력 등급 확인 필수
• 산소(O₂) - 탈지 처리 필수
• 이산화탄소(CO₂)

Bronze 사용 주의 상황:

• 가격이 중요한 프로젝트
• 고온 환경(260°C 초과)
• 고순도 요구 가스

Stainless Steel 사용 필수 상황:

• Ultra High Purity 가스
• 부식성 가스
• 극저온 가스(-196°C)
• 고온 가스(400°C 이상)
• 위생 기준 적용

Carbon Steel 사용 금지 상황:

• 수소 가스(수소취성)
• 부식성 가스
• 산소 가스(산화)
• 고순도 가스
• 비자성 요구 환경

7.3 국내 규격 및 인증 요구사항

KGS(한국가스안전공사) 기준:

가스 종류	적용 규격	재질 요구사항
도시가스	KGS AC111	Brass, STS304
LPG	KGS AC112	Brass, STS304
고압가스(일반)	KGS AC115	압력별 선택
수소	KGS AC418	STS316, Brass(인증품)
산소	KGS AC111	STS, Brass(탈지)
독성가스	KGS AC117	STS316

 

KOSHA(한국산업안전보건공단) 기준:

• 압력용기: KS B 6750(압력용기 재료)
• 배관재료: KS D 3507(탄소강관), KS D 3576(STS 배관)
• 가스 배관: 산업안전보건기준에 관한 규칙 제236조

KS(한국산업표준) 재질 규격:

• Brass: KS D 5101(황동 봉), KS D 5111(황동관)
• Bronze: KS D 5631(인청동), KS D 5651(청동 주물)
• STS: KS D 3576(STS 배관), KS D 3698(STS 봉)

국제 규격:

• CGA(Compressed Gas Association): V-1(밸브 및 피팅)
• ISO: 11114-1~4(가스 적합성)
• EN: 13792(LPG 장비), 12516(산업용 밸브)
• ASME: B31.3(공정 배관), B31.12(수소 배관)

7.4 재질 선택 의사결정 플로우차트

1. 가스 부식성 확인
   ├─ 부식성 가스(NH₃, Cl₂, H₂S) → STS316 또는 특수 합금
   └─ 비부식성 가스 → 2단계로

2. 압력 범위 확인
   ├─ 200bar 이하 → Brass 또는 STS304
   ├─ 200-450bar → Brass(특수 설계) 또는 STS316
   └─ 450bar 초과 → STS316L 전용

3. 온도 범위 확인
   ├─ -196°C 이하 → STS316L
   ├─ -40°C ~ 200°C → Brass, STS304, Bronze
   └─ 200°C 초과 → STS304, STS316

4. 순도 요구사항 확인
   ├─ UHP(99.999% 이상) → STS316L
   └─ 일반(99.9% 이하) → Brass, STS304

5. 경제성 검토
   ├─ 예산 제약 큼 → Brass
   └─ 성능 우선 → STS316

 

FAQ

Q1. Brass와 Bronze를 육안으로 구분할 수 있나요?

A1. 육안 구분은 어렵지만 색상 차이로 추정 가능합니다. Brass는 밝은 황금색을 띠며, Bronze는 붉은 기운이 도는 갈색을 띱니다. 정확한 구분을 위해서는 재질 성적서(Mill Sheet) 확인 또는 스펙트럼 분석이 필요합니다. 산업용 가스 부품에서는 부품에 각인된 재질 표시(예: C3604, C5191) 또는 제조사 카탈로그를 확인하는 것이 가장 확실합니다.

 

Q2. 300bar 수소 충전소에서 Brass 레귤레이터를 사용해도 안전한가요?

A2. 네, 안전합니다. 다만 반드시 300bar 이상 압력 등급으로 인증된 특수 설계 제품을 사용해야 합니다. 최근 TESCOM, WITT, Swagelok 등 주요 제조사들은 두께 증대 설계와 수소취성 시험을 통과한 Brass 레귤레이터를 300-450bar 수소 시스템용으로 공급하고 있습니다. 제품 선정 시 제조사의 압력 등급 인증서(Pressure Rating Certificate)와 수소 적합성 시험 성적서(Hydrogen Compatibility Test Report)를 반드시 확인하시기 바랍니다. 일반 200bar용 Brass 제품을 300bar 이상에서 사용하는 것은 위험하므로 절대 금지입니다.

 

Q3. 산소 가스에 Brass를 사용할 때 반드시 탈지해야 하나요?

A3. 네, 반드시 탈지(Degreasing) 처리가 필요합니다. 산소는 강한 산화제로, 오일이나 그리스 등 유기물과 접촉 시 급격한 산화반응(연소 또는 폭발)이 발생할 수 있습니다. ASTM G93, CGA G-4.1 기준에 따라 용제 세척 또는 초음파 세척으로 탈지 처리된 제품만 사용해야 합니다. 제조사로부터 Oil-Free 또는 Oxygen Clean 인증서를 받은 제품을 선택하시고, 설치 시에도 오일 프리 공구를 사용하며 장갑 착용으로 오염을 방지해야 합니다.

 

Q4. 암모니아 가스에 Brass를 절대 사용할 수 없는 이유는 무엇인가요?

A4. Brass는 암모니아(NH₃)와 접촉 시 응력부식균열(Stress Corrosion Cracking, SCC)이 발생하여 균열 및 파손 위험이 매우 높습니다. 암모니아는 Brass 내의 아연과 반응하여 Brass를 약화시키며, 특히 응력이 집중되는 부위(나사부, 용접부)에서 급격한 균열이 진행됩니다. 암모니아 가스 시스템에서는 반드시 Bronze(청동) 또는 STS316을 사용해야 하며, Brass 사용은 어떤 경우에도 금지됩니다. 과거 Brass 밸브 사용으로 인한 암모니아 누출 사고 사례가 다수 보고되어 있습니다.

 

Q5. 불활성 가스(N₂, Ar, He)에서 Brass와 STS 중 어떤 것을 선택해야 하나요?

A5. 불활성 가스는 화학적으로 안정하여 Brass와 STS 모두 적합합니다. 선택 기준은 다음과 같습니다. (1) 가격: 200bar 이하에서는 Brass가 약 40-60% 저렴하므로 경제적입니다. (2) 순도: 99.999% 이상 Ultra High Purity 가스는 입자 오염 방지를 위해 STS316L을 권장합니다. (3) 압력: 200bar 이하는 Brass, 200-450bar는 Brass(특수 설계) 또는 STS, 450bar 초과는 STS316L만 가능합니다. (4) 온도: -196°C 극저온(액화가스)은 STS316L 전용입니다. 일반적인 산업용 질소, 아르곤 레귤레이터는 Brass 제품이 가장 경제적이며 성능도 충분합니다.

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출처

한국가스안전공사. (2023). 가스시설 배관재료 기준(KGS AC111). 한국가스안전공사.

한국가스안전공사. (2023). 수소연료 자동차 충전소 시설·기술·검사 기준(KGS AC418). 한국가스안전공사.

한국가스안전공사. (2022). 고압가스 배관 안전기준(KGS GC 203-206). 한국가스안전공사.

한국가스안전공사. (2023). 독성가스 안전기준(KGS AC117). 한국가스안전공사.

한국산업안전보건공단. (2022). 압력용기 안전기준 해설서. 한국산업안전보건공단.

국가기술표준원. (2021). KS D 5101: 황동 봉 및 선. 한국표준협회.

국가기술표준원. (2021). KS D 5631: 인청동 판 및 띠. 한국표준협회.

국가기술표준원. (2020). KS D 3576: 배관용 스테인리스 강관. 한국표준협회.

한국수소산업협회. (2023). 수소 배관 재료 선정 가이드라인. 한국수소산업협회.

대한설비공학회. (2020). 배관재료 선정 및 부식 방지 가이드. 대한설비공학회.

Compressed Gas Association. (2022). CGA V-1: Compressed Gas Cylinder Valve Outlet and Inlet Connections. CGA.

Compressed Gas Association. (2021). CGA G-4.1: Cleaning Equipment for Oxygen Service. CGA.

American Society for Testing and Materials. (2022). ASTM B16: Standard Specification for Free-Cutting Brass Rod, Bar and Shapes. ASTM International.

American Society for Testing and Materials. (2023). ASTM A240: Standard Specification for Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate. ASTM International.

American Society for Testing and Materials. (2023). ASTM G93: Standard Practice for Cleaning Methods and Cleanliness Levels for Material and Equipment Used in Oxygen-Enriched Environments. ASTM International.

American Society for Testing and Materials. (2021). ASTM F1624: Standard Test Method for Measurement of Hydrogen Embrittlement Threshold in Steel by the Incremental Step Loading Technique. ASTM International.

American Society of Mechanical Engineers. (2022). ASME B31.12: Hydrogen Piping and Pipelines. ASME.

International Organization for Standardization. (2023). ISO 11114-1: Transportable gas cylinders - Compatibility of cylinder and valve materials with gas contents - Part 1: Metallic materials. ISO.

International Organization for Standardization. (2023). ISO 11114-4: Transportable gas cylinders - Compatibility of cylinder and valve materials with gas contents - Part 4: Test methods for selecting metallic materials resistant to hydrogen embrittlement. ISO.

European Committee for Standardization. (2022). EN 13792: LPG equipment and accessories - Pressure regulators and their associated safety devices. CEN.

Davis, J. R. (Ed.). (2001). Copper and Copper Alloys (ASM Specialty Handbook). ASM International.

Louthan, M. R., & Derrick, R. G. (1975). Hydrogen Embrittlement of Metals. NASA Technical Report.

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