가스 크로마토그래프(GC)에서 수소 및 가연성 가스 사용 시 안전 고려사항

분석화학 실험실에서 가스 크로마토그래프(GC)는 화합물 분석에 필수적인 장비입니다. 이 장비는 다양한 가스를 사용하는데, 특히 수소와 같은 가연성 가스를 사용할 때는 안전에 각별한 주의가 필요합니다. 오늘은 GC 장비에서 가연성 가스 사용 시 안전 고려사항과 역화방지기(플래시백 어레스터)의 중요성에 대해 알아보겠습니다.

GC에서 수소 가스의 사용과 위험성

수소는 GC의 캐리어 가스로 이상적인 선택입니다. 헬륨에 비해 비용이 저렴하고, 컬럼 효율성이 높으며, 지속가능한 자원이라는 장점이 있습니다. 그러나 수소는 가연성 위험이 있어 특별한 예방 조치가 필요합니다.

수소 가스의 주요 위험성은 다음과 같습니다:

1. 무색무취: 수소는 색과 냄새가 없어 감각적으로 누출을 감지하기 어렵습니다.
2. 높은 확산성: 수소는 분자량이 작고 확산성이 높아 GC 오븐이나 실험실 천장과 같은 밀폐 공간 상단으로 빠르게 퍼집니다.
3. 폭발 위험: 공기 중 4-75%의 농도에서 수소는 폭발성 혼합물을 형성하며, 매우 낮은 에너지로도 점화될 수 있습니다.

역화방지기(플래시백 어레스터)의 필요성

역화방지기는 가스 안전 장치로, 장비나 공급 라인으로 불꽃이나 가스의 역류를 방지하여 사용자와 장비를 손상이나 폭발로부터 보호합니다.

가스 크로마토그래프에서 "수소와 같은 가연성 가스를 사용할 때는 반드시 플래시백 어레스터를 사용해야 합니다. 화재가 호스를 통해 전파될 경우, 어레스터는 화재가 탱크에 도달하는 것을 방지합니다."

역화방지기 설치에 관한 국내 규정

가스용 역화방지장치 제조의 시설·기술·검사 기준(KGS AA211 2022)

 

1.4.1 “역화방지장치”란 아세틸렌, 수소, 그 밖에 가연성가스의 제조 및 사용설비에 부착하는 건식

또는 수봉식(아세틸렌에만 적용한다)의 역화방지장치로서, 상용압력이 0.1㎫ 이하인 것을 말한다.

 

국내 역화방지기 설치 규정은 상용압력이 0.1Mpa(1bar) 이하에만 해당됩니다. 하지만, 지속적인 안전이슈로 인해 상용압력  0.1Mpa(1bar) 이상인 경우에도 역화방지기를 설치하는 사례가 많습니다. 독일 WITT사 제품은 최대 17bar의 수소가스에 사용가능한 역화방지기도 있으니 참고 하시기 바랍니다.

☞  역화방지기 상세사양 바로가기.

출처: 세화하이테크

 

역화방지기의 작동 원리

최신 역화방지기는 여러 안전 요소를 결합하여 역화나 가스 역류를 방지합니다:

1. 소결된 화염 차단 요소(FA): 플래시백을 진화하는 역할을 합니다.
2. 역류 방지 밸브(NV): 가스의 역류를 방지합니다.
3. 열 차단 밸브: 지속적인 플래시백이나 역화가 발생할 경우, FBA 내부 온도가 안전하지 않은 수준에 도달하면 이 밸브가 닫혀 모든 방향의 가스 흐름을 차단합니다.

※ 역화방지기 기능에 관한 자세한 내용은 이전 포스팅글을 참고하시기 바랍니다.

https://wittsehwa.tistory.com/1

“역화방지기란? 화염 역류 사고를 막는 필수 안전장치”

 

GC 장비에 역화방지기 설치 위치

역화방지기는 일반적으로 다음 위치에 설치됩니다:

1. 가스 레귤레이터 출구: 가스 공급 시스템의 첫 번째 방어선
2. GC 장비 입구: 장비 보호를 위한 추가 안전 장치

이미 가스배관 설치가 끝난 상태에서 역화방지기를 설치하는 방법은 아래 링크 참고하시기 바랍니다.

☞ 역화방지기 설치 바로가기

 

역화방지기 선택 시 고려사항

적절한 역화방지기를 선택할 때는 다음 요소들을 고려해야 합니다:

1. 사용가스에 맞는 제품 선택: 역화방지기가 사용가스에 적합한지 확인 후 선택해야 합니다.
2. 재질 확인: 역화방지기는 Stainless 및 Brass 재질이 있습니다. 통상 GC용 역화방지기는 Stainless 재질이 추천 됩니다.
3. 입/출구 사이즈 확인: 보통 GC는 1/8"tube 배관으로 연결되어 있습니다. 따라서 역화방지기 입/출구는 1/8"tube 배관에 연결이 가능해야 합니다
4. 사용압력 확인: 역화방지기는 가스별 사용압력이 표기되어 있습니다. GC에 사용하는 압력을 확인 후 적합한 제품을 선정하셔야 합니다. 

카탈로그_역화방지기 RF53NH-ES _kor.pdf

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결론

가스 크로마토그래프에서 수소와 같은 가연성 가스를 사용할 때는 안전이 최우선입니다. 역화방지기는 실험실 안전을 위한 필수적인 장치이며, 국제 표준을 준수하는 제품을 선택하고 정기적인 유지보수를 통해 장비와 작업자의 안전을 보장할 수 있습니다.

우리 실험실에서도 국제 안전 기준에 맞춰 모든 GC 장비에 역화방지기를 설치하고, 정기적인 안전 점검을 실시하는 것이 중요합니다. 이는 단순한 규정 준수를 넘어, 실험실 안전 문화 확립의 중요한 부분입니다.

 

 

출처

1. Lab-Training.com, "How to handle Gas Chromatographic Gases Safely?" (2021) - https://lab-training.com/how-to-handle-gas-chromatographic-gases-safely/
2. Wikipedia, "Flashback arrestor" (2025) - https://en.wikipedia.org/wiki/Flashback_arrestor
3. CONCOA, "Gas Chromatography Detection" - https://www.concoa.com/applications/gas-chromatography-detection
4. Chromatography Online, "The LCGC Blog: Health and Safety Concerns of Hydrogen Use with Gas Chromatography" (2023) - https://www.chromatographyonline.com/view/lcgc-blog-health-safety-concerns-hydrogen-with-gas-chromatography
5. Weldclass, "Flashback Arrestors - your questions answered" - https://www.weldclass.com.au/blog/16-flashback-arrestors-your-questions-answered