산업용 수소 발생기 사용 시 안전한 수소 저장을 위한 팁

현장 설치형 발생기 사용에 특화된 수소 위험 이해

밀폐된 발생기 환경에서의 가연성 및 점화 위험

수소는 단지 0.02mJ의 에너지만으로도 점화되며, 공기 중 농도가 4%에서 75% 사이일 때 어디서나 연소되기 때문에 밀폐된 발전기 공간에서는 매우 위험합니다. 전기 장비에서 발생하는 작은 스파크나 정전기만으로도 화재가 발생할 수 있으며, 특히 수소 불꽃은 너무 늦기 전까지는 거의 보이지 않기 때문에 더욱 위험합니다. 수소는 일반 공기보다 약 14배 빠르게 상승하므로 천장 바로 아래와 발전기 배출구 주변에 쉽게 고이게 됩니다. 적절한 환기 시스템이 갖춰져 있지 않으면 이러한 수소 농축 구역은 몇 분 만에 4% 이상의 위험 수준에 도달할 수 있습니다. NFPA 2 지침에 따르면 발전기실은 최소한 시간당 한 번은 전체 공기 교환이 이루어져야 합니다. 연구에 따르면 대부분의 설치 방식처럼 벽면이 아니라 천장 높이에 배기구를 설치할 경우 위험한 층상 형성의 위험을 약 92% 감소시킬 수 있습니다. 이는 수소가 자연스럽게 상승하려는 성질을 고려했을 때 타당한 접근입니다.

발전기 통합 배관 및 밸브에 대한 수소취성 열화 영향

발전기 급수 시스템의 탄소강 부품이 고압 수소 환경에서 장시간 방치되면 수소환경취성(HEE)이라는 현상에 시달리게 된다. 이 문제는 원자 상태의 수소가 금속 격자 구조 내부로 침투하면서 발생하며, 이로 인해 재료가 파단되기 전까지 휘어지는 능력을 상실하게 된다. 듣기만 해도 심각한 연성 감소가 일어나는데, 때때로 최대 60%까지 떨어져 정상 압력 한계의 절반 이하에서도 작동 중인 상태임에도 불구하고 예기치 않게 부품이 균열될 수 있다. 재정적 영향 또한 사소하지 않다. 포너먼 연구소(Ponemon Institute)의 최근 연구에 따르면, 이러한 취성 현상이 발생할 때 기업은 평균 약 74만 달러의 비용을 부담하게 된다. 따라서 올바른 재료 선택이 매우 중요하다. 오스테나이트계 스테인리스강인 316L 등급은 수소 발생 장치 환경에서 일반 탄소강보다 약 5배 더 우수한 취성 저항성을 보여 주목된다. NFPA 2 및 ISO 19880-8:2020과 같은 산업 표준 역시 단순한 권고 사항이 아니다. 수소와 접촉하는 모든 부품에 대해 적합성 시험을 명시적으로 요구함으로써 제조업체가 이러한 중요한 안전 문제에서 절차를 생략하지 못하도록 하고 있다.

발전기가 저장 용기 근처에서 작동할 경우 이러한 위험 요소들이 복합적으로 발생하므로, 즉각적인 화재 위험과 점진적인 재료 손상을 모두 고려한 통합 안전 규약이 필요하다.

수소 발생기 저장을 위한 규정 준수 프레임워크

현장 생성 및 통합 저장을 위한 NFPA 2 및 ISO 19880 요구사항

NFPA 2 표준과 ISO 19880은 저장 부품을 포함하는 수소 생산 시스템에 대한 기본 안전 규칙을 설정합니다. 이 지침 은 밸브, 파이프, 압력 용기 에 사용 되는 재료 가 수소 가스에 노출 될 수 있는지 확인 하는 것 을 강조 합니다. 이는 과거 산업 실패 에서 발견 된 금속 부러짐 문제 를 해결 합니다. 표준은 예비 압력 완화 메커니즘, 저장 공간과 잠재적인 발화점 사이의 적절한 거리, 그리고 필요할 때 작동하는 신뢰할 수있는 환기 모니터링 시스템을 요구합니다. NFPA 2에 따르면 발전소 방은 적어도 한 시간마다 한 번의 완전한 공기 교환이 필요합니다. 한편, ISO 19880-8:2020 버전은 더 나아가 자동 누출 감지기를 의무화하여 수소 농도를 1% 이하로 감지할 수 있습니다. 연소 문제를 일으킬 수 있는 수준보다 안전하게 낮습니다. 준수를 유지하기 위해 시설은 저장 탱크를 5년마다 독립적인 전문가로부터 인증받아야 합니다. 비상 정지 프로토콜은 명확하게 기록되어야 하며, 정상적인 작동 조건 이상에도 안전 버퍼가 손상되지 않은 상태를 보여주는 정기 압력 측정 및 무결성 테스트를 통해 뒷받침되어야 합니다.

수소 발생 시설에 대한 OSHA 및 현지 규정 준수

수소 발생기를 설치하려면 다양한 정부 기관의 복잡한 규제를 준수해야 합니다. 1,500파운드 이상의 수소를 취급하는 시설은 OSHA의 공정 안전 관리 규정(29 CFR 1910.103)에 해당됩니다. 이는 적절한 위험 평가를 수행하고, 장비의 무결성을 유지하며, 직원들이 작업 내용을 정확히 이해하고 있어야 함을 의미합니다. 이러한 모든 안전 조치는 국제 화재 예방 코드(International Fire Code) 제53장의 요구사항과도 함께 충족되어야 합니다. 해당 코드는 불꽃이 발생하지 않는 전기 설비나 저장 탱크를 부지 경계선에서 일정 거리 이상 떨어져 설치해야 한다는 등의 사항을 다룹니다. 대부분의 도시는 건물 유형에 따라 허용되는 수소 저장 용량을 제한할 때 NFPA 55 지침을 따릅니다. 일부 지역에서는 특히 외부에 설치된 탱크의 경우 지진 대비 또는 환경 관련 추가 규정을 더 적용하기도 합니다. 분기별로 실시하는 정기 점검을 통해 백업 방출 차단 시스템 상태 점검 및 환기 시스템의 실제 성능에 대한 기록 관리 등을 포함하여, 이러한 모든 표준에 대한 지속적인 준수 여부를 확인합니다.

안전하고 발전기 적합한 수소 저장 솔루션 선정

타입 III 및 타입 IV 탱크: 성능, 안전 마진, 수소 발전기 설비와의 통합

오늘날의 시장에서, 타입 III 압력 용기(알루미늄 라이닝 위에 탄소섬유를 감싼 것)와 타입 IV 용기(열가소성 플라스틱 위에 탄소섬유를 감싼 것)는 현장에서 발생된 수소를 바로 근처에 저장하기 위한 주요 솔루션으로 자리 잡았다. 타입 III 모델은 일반적으로 300~700바의 압력을 견딜 수 있으며, 많은 산업 환경에서 발생하는 지속적인 진동과 충격에도 잘 견디기 때문에 두드러진다. 반면, 타입 IV 탱크는 금속 재질의 라이너를 전혀 사용하지 않아 취성이 발생할 위험이 없어 700바 이상의 압력까지도 지원한다. 이러한 특성 덕분에 수소 발생기 공급 시스템에 직접 연결할 때 적합하다. 두 종류 모두 TPRD라고 불리는 특수한 열식 압력 방출 장치를 장착하고 있다. 화재로 인해 온도가 너무 올라갈 경우, 이 장치는 자동으로 수소 가스를 배출한다. 이는 폭발이 치명적일 수 있는 밀폐된 발전기실 내부에서 특히 중요한 안전 기능이다.

장비를 수평으로 설치하면 발전기 스키드의 배치 영역과 겹치는 것을 피할 수 있으며, 모듈을 적층하면 필요 시 용량 확장이 더 쉬워집니다. 외부 온도가 약 55도 섭씨에 도달할 때, 지난해 Energy Storage Journal에 발표된 연구에서 볼 수 있듯이, Type IV 저장 탱크는 일반 강철 탱크보다 약 30% 더 높은 안전 마진을 가지며, 유사한 조건에서 누출 발생 가능성도 약 19% 정도 낮습니다. 공간이 제한된 장소의 경우에도 지하에 Type III 시스템을 설치할 수 있으며, 이러한 설비는 기존 인프라에 그대로 맞춰 설치 가능하며, 발전기 유지보수 접근 지점이나 적절한 환기를 위한 필수 공기 흐름 경로를 방해하지 않습니다.

공학적 제어: 수소 발생소 사이트를 위한 환기 및 누출 감지

천정 우선 환기 설계를 통한 수소 분리 현상 완화 (발전기 근처)

수소는 공기 중에서 매우 쉽게 상승하기 때문에, 누출된 가스가 위험한 수준으로 농축되기 전에 적절히 환기를 시키는 것이 무엇보다 중요합니다. 천장 높이에 설치된 시스템이 가장 효과적인데, 이는 수소가 자연스럽게 모이는 위치 바로 아래에서 상향류를 만들어 내기 때문입니다. 이러한 설비는 일반적으로 시간당 약 12~15회의 완전한 공기 교환을 유지하여, 수소 농도가 폭발 위험이 있는 4% 수준 이하로 유지되도록 합니다. 한편, 바닥 근처에 설치된 배기구는 공간 전체에 걸쳐 원활한 공기 흐름을 유지해 누출 발생 후 가스가 고일 수 있는 정체 구역을 방지합니다. 유동 해석 컴퓨터 모델링 결과에 따르면, 500입방미터 미만의 발전기실에서 이러한 배치는 층화 현상 위험을 약 92% 감소시킵니다. 따라서 수소의 독특한 특성을 충분히 고려하지 못한 기존의 벽 부착형 대안보다 천장 중심 시스템이 안전 관리 측면에서 훨씬 더 우수합니다.

센서 선택 가이드: 실시간 수소 발생기 모니터링을 위한 레이저 흡수 방식 대 전기화학 센서

효과적인 누출 감지는 애플리케이션의 위험도와 공간 규모에 맞는 센서 기술을 매칭해야 합니다:

레이저 흡수 센서는 오픈 패스 빔을 통해 전체 영역에 걸쳐 실시간 모니터링을 제공합니다. 가스가 빠르게 확산되고 조기 누출 경보가 필요한 대형 발전기 캐비닛에서 특히 효과적으로 작동합니다. 반면 전기화학 센서는 플랜지나 밸브 스템과 같은 특정 문제 지점을 정확히 감지하는 데 적합하지만, 레이저 센서보다 더 자주 점검하고 교체해야 합니다. 요즘 대부분의 시설에서는 우리가 말하는 계층적 전략을 채택합니다. 레이저 센서를 천장 근처에 설치하여 대량의 가스 이동을 감지하고, 전기화학식 센서는 누출이 발생하기 쉬운 연결 지점에 집중 배치하는 방식입니다. 이러한 구성은 일반적으로 농도가 폭발하위한계(LFL)의 10%에 도달하기도 전에 약 99.6%의 누출을 탐지할 수 있습니다. 이 시스템은 NFPA 2 기준뿐 아니라 안전 성능 관련 최신 ISO 19880-8:2020 지침 모두를 충족합니다.