GC 분석장비에 역화방지기가 반드시 필요한 이유와 설치 방법

GC(Gas Chromatography) 분석장비는 현대 연구실과 산업 현장에서 필수적인 분석 도구입니다. 특히 가연성 가스를 사용하는 GC 장비는 안전을 위해 역화방지기(Flashback Arrestor) 설치가 필수적입니다. 이 포스팅에서는 역화방지기의 중요성과 올바른 설치 방법에 대해 알아보겠습니다.

역화방지기

1. 역화방지기가 필요한 이유

GC 분석장비의 가스 사용 환경

GC 분석장비는 주로 수소(H₂), 헬륨(He), 질소(N₂) 등의 가스를 이동상(carrier gas)으로 사용합니다. 특히 FID(Flame Ionization Detector) 검출기를 사용하는 GC의 경우, 수소와 공기를 혼합하여 불꽃을 생성하므로 안전 장치가 필수적입니다.

역화 현상과 그 위험성

역화(flashback)란 불꽃이 의도하지 않게 가스 공급 라인으로 역류하는 현상입니다. 다음과 같은 상황에서 발생할 수 있습니다:

1. 검출기 점화 실패 시 미연소 가스 축적
2. 가스 압력 불균형 발생 시
3. 시스템 누출 발생 시
4. 전원 차단 후 재가동 과정에서

역화가 발생하면 불꽃이 가스 라인을 따라 역류하며 가스 실린더까지 도달할 수 있어 화재나 폭발의 위험이 있습니다.

안전 규정 준수

한국가스안전공사(KGS)와 한국산업안전보건공단(KOSHA)은 가연성 가스를 사용하는 실험 장비에 안전장치 설치를 권고하고 있습니다. KGS FU111(2023) '특정가스 사용시설의 시설·기술·검사 기준'과 KOSHA GUIDE G-82-2018 '실험실 안전보건에 관한 기술지침'에 따르면 가연성 가스 배관에는 역화방지기 설치가 필요합니다.

 

2. 역화방지기 설치 위치 선정

기본 설치 원칙

역화방지기는 가연성 가스가 흐르는 라인에 설치하며, 특히 점화원과 가까운 위치에 설치하는 것이 효과적입니다. 주요 설치 위치는 다음과 같습니다:

1. 가스 실린더와 GC 장비 사이 (가스 공급 라인)
2. GC 장비 내부 검출기 직전
3. 매니폴드나 가스 분배 장치 직후 (여러 GC 장비에 가스 공급 시)

가스 종류별 권장 설치 위치

수소(H₂) 라인

• 수소 실린더 출구 레귤레이터 직후
• GC 장비 입구 직전
• FID 검출기 직전 (장비 내부 또는 외부)

수소 레귤레이터 후단에 역화방지기 설치(출처: 세화하이테크)

 

합성공기(Air) 라인

• 공기 실린더 출구 레귤레이터 직후
• FID 검출기 직전

기타 가연성 가스 라인

• 가스 실린더 출구 직후
• GC 장비 입구 직전

실험실 환경별 설치 고려사항

중앙 가스 공급 시스템 사용 시

• 중앙 가스 공급 장치 출구
• 각 실험실 가스 라인 입구
• 각 GC 장비 입구

개별 가스 실린더 사용 시

• 각 가스 실린더 출구 레귤레이터 직후
• GC 장비 입구 직전

 

3. 역화방지기 선택 시 고려사항

역화방지기 선택 시 다음 요소들을 고려해야 합니다:

1. 유량 및 압력 용량: GC 분석에 필요한 유량과 압력을 유지할 수 있는 제품 선택
2. 연결 규격 호환성: 기존 가스 라인과 호환되는 연결 규격(피팅 타입) 확인
3. 재질 호환성: 사용 가스와 화학적으로 호환되는 재질(Stainless 또는 Brass)
4. 설치 방향: 역화방지기의 설치 방향 준수 (화살표 방향으로 설치)
5. 유지보수 용이성: 점검 및 교체가 용이한 제품 선택

 

4. 기존 GC 시스템에 역화방지기 설치 방법

대부분의 GC분석기는 1/8"tube로 가스라인이 연결되어 있습니다. 1/8"tube는 사람의 힘으로 손쉽게 구부릴 수 있습니다.

아래사진은 GC와 기존배관 사이에 역화방지기를 신규로 설치할 위치를 표기 한 것 입니다.

 

역화방지기 설치위치 표기(출처:세화하이테크)

설치 전 준비사항

1. GC 장비 전원 차단
2. 모든 가스 공급 밸브 차단
3. 가스 라인 내 잔류 가스 제거
4. 필요한 공구 및 부품 준비

설치 과정 요약

1. 기존에 연결된 배관 부분 제거
2. 역화방지기 입구측 튜브를 가스공급 배관에 연결(1)
3. 역화방지기를 입구측 튜브에 연결(2)
4. 역화방지기 출구와 GC 장비 연결(3)
5. 적절한 공구를 사용하여 모든 연결부 조임

역화방지기 설치 부품(출처: 세화하이테크)

 

적절한 공구를 사용하여 모든 연결지점을 무리하지 않게 조여 줍니다(아래 배관연결 방법 참고)

 

GC 역화방지기 설치.pdf

3.32MB

 

 

5. 역화방지기 설치 후 관리

설치 직후 점검사항

1. 모든 연결부 가스 누출 테스트 실시
2. 정상 작동 압력 및 유량 확인
3. GC 분석 성능에 미치는 영향 확인

정기 점검 및 유지관리

1. 주기적 육안 검사 (최소 월 1회)
2. 압력 강하 및 유량 변화 모니터링
3. 제조사 권장 주기에 따른 역화방지기 교체 (일반적으로 1-2년)
4. 점검 및 교체 기록 유지

역화방지기 작동 여부 확인 방법

역화방지기가 작동했는지 확인하는 방법은 다음과 같습니다:

1. 가스 흐름 중단: 온도 차단 밸브(TV)가 작동하면 가스가 완전히 차단되어 밸브를 열어도 가스가 흐르지 않습니다.
2. 시각적 표시기: 일부 고급 모델은 색상 변화나 팝업 표시기를 통해 작동 여부를 확인할 수 있습니다.
3. 외관 변화: 열 손상 흔적, 그을음, 변색 등이 나타날 수 있습니다.
4. 비정상적 소리: 역화 발생 시 "팝" 소리나 휘슬링 소리가 들릴 수 있습니다.

역화방지기 작동이 확인된 경우에는 반드시 원인 분석 후 새 제품으로 교체해야 합니다. 한번 작동된 역화방지기는 재사용하지 않는 것이 안전합니다.

 

결론

GC 분석장비에 역화방지기를 설치하는 것은 실험실 안전을 위한 필수적인 조치입니다. 특히 수소와 같은 가연성 가스를 사용하는 GC 장비의 경우, 적절한 위치에 역화방지기를 설치함으로써 역화로 인한 사고 위험을 크게 줄일 수 있습니다. 기존 GC 장비에 역화방지기를 추가로 설치하는 것은 비교적 간단한 작업이지만, 안전을 위해 올바른 절차와 주의사항을 준수해야 합니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 모든 GC 장비에 역화방지기 설치가 필요한가요?
A: 수소나 다른 가연성 가스를 사용하는 GC 장비에는 역화방지기 설치가 강력히 권장됩니다. 특히 FID 검출기를 사용하는 GC의 경우 필수적입니다.

 

Q: 역화방지기 설치로 인해 GC 분석 성능이 저하될 수 있나요?
A: 적절한 사양의 역화방지기를 선택하고 올바르게 설치한다면 GC 분석 성능에 미치는 영향은 미미합니다. 다만, 유량과 압력 요구사항을 고려한 제품 선택이 중요합니다.

 

Q: 역화방지기는 한번 설치하면 교체할 필요가 없나요?
A: 아닙니다. 일반적으로 체크밸브의 성능이나 불순물 유입으로 인한 유량감소 현상이 생기기 때문에 1-2년마다 교체가 권장됩니다. 하지만, 현실적으로는 역화로 인해 밸브막힘 현상이 생기지 않는 한 계속 사용하는 경우가 많습니다. 온도감지밸브 Temperature Sensitive Cut-off Valve, TV 밸브)가 작동한 경우에는 반드시 교체해야 합니다.

 

Q: 하나의 GC 장비에 여러 개의 역화방지기를 설치해도 되나요?
A: 네, 더 높은 안전성을 위해 가스 실린더 출구와 GC 장비 입구 등 여러 위치에 역화방지기를 설치하는 것이 권장됩니다. 다만, 과도한 설치는 압력 강하를 유발할 수 있으므로 적절한 균형이 필요합니다.

 

Q: 역화방지기가 작동했는지 어떻게 알 수 있나요?
A: 아래 현상으로 확인 가능합니다.

• 가스 흐름 중단 현상 온도 차단 밸브(TV)가 작동한 경우 가스 흐름이 완전히 차단됩니다. 밸브를 열어도 가스가 흐르지 않는 현상이 발생합니다.
• 시각적 표시기 변화 일부 고급 모델의 경우 색상 변화나 팝업 표시기를 통해 역화방지기 작동 여부를 확인할 수 있습니다.
• 외관 변화 검사 역화 발생 시 열 손상 흔적, 그을음, 변색 등 물리적 변화가 발생할 수 있습니다.
• 비정상적 소리 발생 역화 발생 순간 "팝" 소리나 휘슬링 소리가 발생하는 경우가 있습니다. 이러한 소리를 감지한 경우 역화방지기 점검이 필요합니다

 

참고문헌

Korea Gas Safety Corporation. (2023). KGS FU111: 특정가스 사용시설의 시설·기술·검사 기준. Retrieved from https://cyber.kgs.or.kr/

Korea Occupational Safety and Health Agency. (2018). KOSHA GUIDE G-82-2018: 실험실 안전보건에 관한 기술지침. Retrieved from https://www.kosha.or.kr/

박정훈, 김상우. (2024). 실험실 가스 안전관리 핸드북. 한국실험실안전협회.

이상호. (2023). GC 분석장비의 안전한 운용과 유지보수. 분석과학회지, 36(2), 78-85.

황선도, 박민수. (2024). 가스크로마토그래피 시스템의 안전장치 설치 및 관리. 한국안전학회지, 39(4), 112-120.