수소 밸브 - 구성, 응용 분야, 기능 및 전망

최근 청정 에너지가 화두로 떠오르면서 수소 산업에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 한편으로는 수소에 대한 시장 수요가 증가하고 있지만, 다른 한편으로는 수소 응용 분야에 사용되는 산업용 밸브는 특정 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 이처럼 빠르게 발전하는 산업에서 안전을 확보하려면 재료 선정, 설계 검증 시험, 비산 배출 시험 등 다양한 측면을 고려해야 합니다.

수소는 자연에서 알려진 가장 작은 분자이며, 에너지원으로서 무한한 활용 가능성을 가지고 있습니다. 수소 가스는 매우 가연성이 높기 때문에 수소 밸브는 수소 흐름을 제어하고, 인력, 장비 및 환경의 안전을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. Info@geko-union.com

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• 밸브 선택 -

수소 조건에서 사용되는 밸브의 경우, 장비 안전과 안정적인 작동을 위해 올바른 선택이 절대적으로 필수적입니다. 일반적인 수소 밸브 유형에는 볼 밸브, 글로브 밸브, 체크 밸브가 있습니다. 볼 밸브는 개폐 기능에 이상적인 선택이며, 수소를 효과적으로 차단하는 탁월한 차단 기능을 제공합니다. 글로브 밸브는 정밀한 제어 및 조절 기능을 제공하며, 일반적으로 변조가 필요한 수소 시스템의 노드에 사용됩니다. 체크 밸브는 역류를 방지하여 시스템 안전을 보호하고 수소 시스템의 전반적인 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 수소 밸브를 선택할 때는 API 600, API 602 또는 ASME B16.34와 같은 표준을 준수하여 밸브가 시스템에 적합하고 정상적으로 작동하는지 확인해야 합니다.

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• 기본 재료 -

수소 밸브 제조 시 장비의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해서는 적절한 원자재 선택이 필수적입니다. 일반적인 소재로는 스테인리스강(ASTM A351 CF8M), 니켈 기반 합금(ASTM B564, N10276), 티타늄(ASTM B348) 등이 있습니다. 이러한 소재는 모두 수소 취성 저항성을 갖추고 있어 까다로운 수소 환경에 적합합니다.

ASTM International, 미국 석유 협회(API), 미국 기계 학회(ASME)를 비롯한 여러 표준 협회는 수소 조건에 대한 재료 선택 및 적합성에 대한 지침을 제공하고 있으며, 이는 매우 귀중한 참고 자료입니다.

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• 설계 검증 테스트 -

안전은 무엇보다 중요하며, 특히 활성 가스로 인한 극한의 환경을 견뎌내야 하는 수소 밸브의 경우 더욱 그렇습니다. 즉, 고압을 견뎌내고 누출을 방지하며, 유체를 효과적으로 제어하여 잠재적 위험을 최소화하고 생명과 재산을 보호해야 합니다.

수소 조건용 밸브는 사용 전에 설계 검증 시험을 거쳐 의도된 기능을 수행하고 까다로운 조건에서도 안정적으로 작동할 수 있는지 확인해야 합니다. 권장되는 특정 시험 유형에는 엔지니어링 설계 계산 및 시뮬레이션, 그리고 압력 시험이 포함됩니다. 이러한 시험은 고압 및 반복 사이클 조건에서 밸브의 전반적인 무결성과 밀봉 성능을 평가하는 모의 기능 시험으로 활용될 수 있습니다. 인명 안전 위험을 줄이기 위해 자동화된 사이클 작업을 사용하는 것이 좋습니다.

수소 밸브의 경우, 현재 추세는 정적 수압 시험에 비례하여 가스 압력 시험을 실시하는 것입니다. 주된 이유는 저압 시험에서 물 분자가 미묘한 결함을 발견하지 못할 수 있기 때문입니다. 또한, 일부 밸브 설계에서는 물을 시험 매체로 사용해서는 안 됩니다. 불활성 가스는 시험 감도를 크게 향상시킵니다. 또한, 실제 작동 조건을 시뮬레이션하기 위해 깨끗하고 건조한 공기, 질소, 헬륨, 아르곤 또는 수소를 사용하여 시험을 수행해야 합니다. 시험 담당자는 관련 위험과 예방 조치를 숙지해야 합니다.

고압 가스 시험 시에는 보호 인클로저 사용을 고려해야 합니다. 극저온 시험은 특히 수소 밸브의 경우 밸브의 저온 성능을 검증하는 데 필수적입니다. 밸브 설계 및 검증 시험은 API 598 및 ASME B16.34와 같은 표준을 준수해야 합니다. 실제 운영에서는 더욱 강력한 보증을 얻기 위해 규정된 시험 시간을 연장하거나 표준보다 높은 시험 기준을 사용해야 하는 경우가 많습니다.

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• 휘발성 배출물 -

수소 밸브의 경우, 테스트에서 가장 중요한 것은 기능 시험, 가스 압력 시험, 극저온 시험뿐만이 아닙니다. 최악의 상황에서도 밸브가 제대로 작동하는지 확인하기 위해 비산 배출 시험과 화재 시험도 필요합니다.

비용 절감을 위해 기능 시험과 비산 배출 시험을 병행할 수 있을까요? 밸브가 극한 조건에서도 기능을 수행할 수 있다면 누출과 오염을 줄이고 사고를 예방할 수 있습니다. 수소 환경에서 산업용 밸브의 비산 배출 시험을 수행할 때는 작업자와 환경의 안전을 보장하기 위해 특수 시험 절차를 따라야 합니다. 질량 분석법이나 기타 가스 검출 기술을 이용한 헬륨 누출 시험은 밸브 누출 시험에 일반적으로 사용되는 고감도 방법입니다.

일반적으로 ASME V 검출 방식은 비산 배출 시험에 사용됩니다. 이 방법은 범용 신호 측정 장비로는 감지할 수 없는 매우 미약한 누출을 검출하는 데 유리하며, 밸브가 엄격한 누출 기준을 충족하는지 확인하고 비산 배출 위험을 줄일 수 있습니다. 또한, 비산 배출 시험은 수소 밸브가 환경 보호 및 안전 요건을 충족하는지 확인하기 위해 ISO15848-1 및 API 622/624와 같은 표준을 준수해야 합니다.

• 결론 -

수소 산업에서는 재료 선정, 설계 검증 시험, 비산 배출 시험, 밸브 선정, 그리고 특정 적용 시나리오에 따른 잠재적 안전 위협 평가 등 모든 관련 측면에 대한 주의를 기울이는 것이 안전 확보에 필수적입니다. 제조업체, 주주, 그리고 소유주로서 모든 측면의 우선순위를 정하고 그에 따라 관리하며, 관련 산업 표준과 모범 사례를 준수하여 최고의 안전 기준을 달성하고 수소를 신뢰할 수 있고 지속 가능하며 안전한 에너지원으로 만드는 것이 필수적입니다. 수소 산업의 지속적인 확장에도 불구하고, 안전에 대한 헌신은 수소 산업 발전 전망의 초석으로 남아 있습니다. 안전만이 이 활발한 에너지원에 대한 대중의 신뢰를 얻을 수 있기 때문입니다.