PTB 인증 ATEX 방폭 화염방지기(Flame Arrestor)
가스 안전 기술 혁신: PTB 인증 ATEX 화염방지기(Flame Arrestor) 기술 분석 및 현장 적용 가이드
안녕하세요 WITTGUY 입니다.
F53Ndeto는 독일 PTB 인증을 획득한 차세대 화염방지기로, 기존 제품과 차별화된 이중 안전 메커니즘을 탑재했습니다. 소결 크롬-니켈 스틸 화염방지기와 온도 감지 차단 밸브를 결합하여 디플래그레이션(폭연)과 데토네이션(폭굉) 모두에 대응 가능하며, 컴팩트한 설계로 전방향 설치가 가능합니다.
목차
- PTB 인증 ATEX 화염방지기 기술 개요
- 핵심 기술 사양 및 성능 분석
- 현장 적용 분야 및 설치 조건
- 기존 기술 대비 차별화 요소
- 실무자를 위한 적용 체크포인트
1. PTB 인증 ATEX 화염방지기 기술 개요
PTB 인증 ATEX 화염방지기는 DIN EN ISO 16852 표준에 따라 설계된 차세대 가스 안전 기술입니다. 이 기술은 EU 지침 2014/34/EU(ATEX) 규정을 완전히 준수하며, 독일 연방 물리기술연구소(PTB)의 형식 승인을 획득했습니다.
화염방지기(Flame Arrestor)는 가연성 가스와 가스 혼합물의 화염 역류를 방지하는 핵심 안전 장치로, 디플래그레이션(폭연, Deflagration)과 데토네이션(폭굉, Detonation) 현상을 모두 차단할 수 있습니다. 특히 소규모 파이프라인과 가스 분석기 보호에 최적화되어 있습니다.
2. 핵심 기술 사양 및 성능 분석
2.1 기본 기술 사양
| 항목 | 사양 |
| 적용 표준 | DIN EN ISO 16852 |
| 인증 기관 | PTB (독일 연방 물리기술연구소) |
| ATEX 준수 | EU 지침 2014/34/EU |
| 재질 | 스테인리스 스틸 (1.4404) |
| 씰링 재질 | FKM 또는 FFKM |
| 연결 방식 | G1/4 암나사 (표준) |
| 최대 허용 온도 | 60°C |
2.2 성능 분석
화염방지기 소재는 소결 크롬-니켈 스틸로 제작되어 높은 내구성과 화학적 안정성을 보장합니다. EN/IEC 60079-20-1 기준에 따른 Group IIA, IIB, IIC 등급의 거의 모든 가연성 가스와 가스 혼합물에 대응 가능합니다.
2.3 운영 조건별 성능 특성
| 적용 분야 | 최대 절대 압력 | 최대 부피 | 비고 |
| 디플래그레이션(폭연, Deflagration) 화염방지기 | 1.1 bar | 4.6 리터 | 화학 공업 시스템 보호 |
| 데토네이션(폭굉, Detonation) 화염방지기 | 1.5 bar | - | 소규모 파이프라인, 가스 분석기 |
3. 현장 적용 분야 및 설치 조건
3.1 주요 적용 분야
- 화학 공정 산업 시스템 보호
- 소규모 파이프라인 안전 시스템
- 가스 분석기 보호 장치
- 가연성 가스 처리 시설
3.2 설치 조건 및 요구사항
컴팩트한 설계로 인해 모든 방향으로의 설치가 가능하며, 이는 현장 적용성을 크게 향상시킵니다. 설치 시 고려사항은 다음과 같습니다:
- 최대 운영 온도 60°C 이하 유지
- 적절한 압력 조건 확인 (용도별 상이)
- 가스 그룹 분류에 따른 적합성 검토
- 정기적인 온도 감지 소자 점검
4. 기존 기술 대비 차별화 요소
4.1 이중 안전 메커니즘
기존 화염방지기와의 가장 큰 차별점은 온도 감지 안전 메커니즘의 추가입니다. 임계 온도 초과 시 플라스틱 몸체가 용융되어 밸브를 폐쇄하고 가스 공급을 차단하는 시스템입니다.
4.2 기술 비교 분석
| 구분 | 기존 기술 | 혁신 기술 |
| 화염 차단 방식 | 단일 소결 금속 필터 | 소결 금속 + 온도 감지 시스템 |
| 지속적 역류 대응 | 제한적 | 자동 차단 시스템 |
| 설치 방향성 | 제한적 | 전방향 설치 가능 |
| 안전성 수준 | 기본 | 이중 보호 시스템 |
| 폭연(Deflagration) 대응 | 기본 차단 기능 | 온도 감지 강화 보호 |
| 폭굉(Detonation) 대응 | 제한적 압력 대응 | 1.5 bar 고압 대응 |
5. F53Ndeto 모델 상세 기술 사양 분석
5.1 인증 및 규격 정보
F53Ndeto 모델은 ISO 9001 인증을 받은 제조사에서 생산되며, ATEX 지침 2014/34/EU에 완전 준수합니다. 주요 인증 정보는 다음과 같습니다:
| 인증 항목 | 상세 정보 |
| ATEX 마킹 | II G IIC |
| 설치 위치 표시 | gS (보호측, geschützte Seite) |
| PTB 시험 보고서 | PTB Ex 14-44012, Ex 23-43002 |
| EC 형식 시험 인증서 | PTB 14 ATEX 4003 X |
| 준수 표준 | DIN EN ISO 16852 |
5.2 구조적 설계 특성
5.2.1 연소 지속 시간(Burning Time) 설계
F53Ndeto는 tBT=4분의 단시간 연소(Short Burning)에 최적화되어 설계되었습니다. 이 기간 동안 화염 역류는 발생하지 않으며, 온도 감지 차단 밸브에 의해 2분 이내에 가스 흐름이 차단됩니다.
5.2.2 설치 거리 기준
| 적용 모드 | L/D 비율 기준 | 점화원으로부터 거리 |
| 디플래그레이션(폭연, Deflagration) 보호 | L/D < 30 | 근거리 설치 가능 |
| 안정 데토네이션(폭굉, Stable Detonation) 보호 | L/D > 150 | 원거리 설치 필요 |
5.3 재질 및 구성 요소 상세 분석
5.3.1 주요 구성 요소별 재질
| 구성 요소 | 재질 규격 | AISI 등급 | 특성 |
| 입구/출구 피팅 | 1.4305 | AISI 303 | 가공성 우수 |
| 하우징 | 1.4305 | AISI 303 | 내부식성 |
| 화염방지기 소자 | 1.4404 | AISI 316L | 고온 내구성 |
5.3.2 씰링 시스템 사양
| 모델 번호 | O-링 재질 | 적용 온도 범위 | 화학적 적합성 |
| 145-337 | FKM | -20°C ~ +200°C | 대부분 화학물질 |
| 145-336 | FFKM | -20°C ~ +325°C | 극한 화학 환경 |
6. 유량 특성 및 압력 손실 분석
6.1 표준 유량 조건
F53Ndeto의 유량 특성은 표준 조건(1013 mbar, 0°C)에서 측정되며, 공기 기준 20°C에서의 압력 손실 데이터가 제공됩니다. 가스별 변환 계수는 다음과 같습니다:
| 가스 종류 | 변환 계수 | 적용 예시 |
| 부탄(Butane) | 0.68 | 공기 유량 × 0.68 |
| 천연가스(Natural Gas) | 1.25 | 공기 유량 × 1.25 |
| 메탄(Methane) | 1.33 | 공기 유량 × 1.33 |
| 프로판(Propane) | 0.80 | 공기 유량 × 0.80 |
| 산소(Oxygen) | 0.95 | 공기 유량 × 0.95 |
| 도시가스(Town Gas) | 1.54 | 공기 유량 × 1.54 |
| 수소(Hydrogen) | 3.75 | 공기 유량 × 3.75 |
6.2 MESG(Maximum Experimental Safe Gap) 기준
표준 갭 폭은 ≥ 0.29mm로 설정되어 있으며, 이는 IIC 그룹 가스에 대한 안전 갭을 보장합니다.
7. 용어 해설 및 기술 정의
7.1 화염 현상 관련 용어
디플래그레이션(폭연, Deflagration) 음속 이하의 속도로 진행되는 연소 현상으로, 화염 전파 속도가 상대적으로 느립니다. 일반적으로 1~10 m/s의 속도로 진행되며, 압력 상승이 비교적 완만하게 발생합니다. 대부분의 가스 누출 사고에서 발생하는 연소 형태입니다.
데토네이션(폭굉, Detonation) 음속을 초과하는 속도로 진행되는 폭발적 연소 현상입니다. 화염 전파 속도가 1,000~3,000 m/s에 달하며, 급격한 압력 상승과 충격파를 동반합니다. 제한된 공간에서 가연성 가스가 축적된 상태에서 주로 발생합니다.
7.2 안전 규격 및 인증 용어
ATEX (ATmosphères EXplosibles) 폭발 위험 환경에서 사용되는 장비에 대한 EU 지침(2014/34/EU)입니다. 가연성 가스, 증기, 분진이 존재하는 환경에서의 폭발 방지를 목적으로 하며, 장비의 설계, 제조, 시험에 대한 필수 안전 요구사항을 규정합니다.
PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) 독일 연방 물리기술연구소로, 측정 및 시험 분야의 최고 기술 기관입니다. ATEX 인증을 위한 공인 기관(Notified Body)으로서 폭발 방지 장비의 형식 승인을 담당합니다.
7.3 기술 사양 관련 용어
MESG (Maximum Experimental Safe Gap) 실험적으로 결정된 최대 안전 간격으로, 화염이 통과할 수 없는 최대 틈새 크기를 의미합니다. 가스의 폭발 특성에 따라 Group IIA(≥0.9mm), IIB(0.5~0.9mm), IIC(<0.5mm)로 분류됩니다.
L/D 비율 파이프 길이(L)와 직경(D)의 비율로, 화염방지기의 적용 모드를 결정하는 중요한 설계 파라미터입니다. 이 비율에 따라 디플래그레이션 또는 데토네이션 모드로 적용됩니다.
7.4 재질 및 구조 용어
소결 금속(Sintered Metal) 금속 분말을 높은 온도에서 압축하여 제조한 다공성 금속 구조체입니다. 균일한 기공 구조로 인해 화염 차단 효과가 뛰어나며, 높은 기계적 강도와 내부식성을 갖습니다.
FKM (Fluor Kautschuk Material) 불소 고무 재질로, 우수한 내화학성과 내열성을 가진 씰링 소재입니다. -20°C~+200°C 범위에서 사용 가능하며, 대부분의 화학 물질에 대한 저항성을 갖습니다.
FFKM (Perfluor Kautschuk Material) 전불소 고무 재질로, FKM보다 더 우수한 내화학성과 내열성을 제공합니다. -20°C~+325°C의 극한 온도에서도 사용 가능하며, 강산, 강염기, 유기용매에 대한 뛰어난 저항성을 갖습니다.
7.5 안전 시스템 용어
화염 역류(Flashback) 화염이 연소 지점에서 가스 공급원 방향으로 역행하여 전파되는 현상입니다. 가스 공급 시스템이나 저장 탱크에 화재나 폭발을 일으킬 수 있는 위험한 현상입니다.
온도 감지 차단 밸브(Temperature Sensitive Cut-off Valve) 설정된 임계 온도에 도달하면 자동으로 작동하여 가스 공급을 차단하는 안전 장치입니다. 지속적인 화염 역류로 인한 과열을 방지하여 2차 사고를 예방합니다.
FAQ
Q1: PTB 인증과 기존 CE 인증의 차이점은 무엇입니까?
A: PTB 인증은 독일 연방 물리기술연구소에서 발급하는 더욱 엄격한 형식 승인으로, ATEX 지침 준수와 함께 높은 기술적 신뢰성을 보장합니다. PTB 14 ATEX 4003 X 인증서가 이를 증명합니다.
Q2: 온도 감지 소자가 작동한 후 재사용이 가능합니까?
A: 온도 감지 소자는 일회성 안전 장치로, 작동 후에는 전체 유닛의 교체가 필요합니다. 4분 연소 시간 기준으로 2분 이내에 가스 흐름을 차단합니다.
Q3: L/D 비율이 30과 150 사이인 경우 어떻게 적용해야 합니까?
A: L/D 비율이 30~150 범위에서는 특별한 검토가 필요하며, 시스템 요구사항에 따른 개별 유량 다이어그램을 요청하여 적용 가능성을 확인해야 합니다.
Q4: FKM과 FFKM O-링의 선택 기준은 무엇입니까?
A: FKM(145-337)은 일반적인 화학 환경에서 사용하며, FFKM(145-336)은 극한 화학 환경이나 더 높은 온도에서 사용합니다. 작업 환경의 화학적 적합성을 고려하여 선택해야 합니다.
Q5: 수소 가스 적용 시 변환 계수 3.75가 의미하는 바는 무엇입니까?
A: 수소는 공기 대비 밀도가 낮아 같은 질량 유량에서 부피 유량이 3.75배 증가합니다. 따라서 압력 손실 계산 시 공기 기준 유량에 3.75를 곱하여 적용해야 합니다.
Q6: 4.6리터 부피 제한의 근거는 무엇입니까?
A: 디플래그레이션(폭연, Deflagration) 모드에서 안전한 화염 차단 성능을 보장할 수 있는 기술적 한계로, 이를 초과 시 별도 시스템이 필요합니다. 데토네이션(폭굉, Detonation) 모드에서는 부피 제한이 없어 더 큰 시스템에 적용 가능합니다.
※ 본 블로그의 모든 내용은 신뢰할 수 있는 출처에 기반하고 있으나, 실제 적용 시에는 반드시 전문가와 상의하시기 바랍니다.
출처
WITT Gas Technology. (2024). Innovation in gas safety technology - PTB-type-approved to ATEX. Retrieved from https://www.wittgas.com/news-detail/innovation-in-gas-safety-technology-ptb-type-approved-to-atex-detonation-deflagration-flame-arrestor-with-non-return-valve/
한국가스안전공사. (2023). 가스안전기술 가이드라인. 한국가스안전공사 출판부.
산업통상자원부. (2022). 화학설비 안전관리 기술기준. 산업통상자원부 고시.
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