가스용기

3. 구성 요소

• 쉘: 부속품을 제외한 전체 압력 용기를 의미한다.^[19]
• 숄더: 밸브가 장착되는 넥 또는 보스가 있는 쉘의 끝 부분이다.^[19]
• 넥: 밸브 또는 가스 파이프 연결부가 장착되는 나사산 구멍이 있는 숄더의 동축 원통형 연장부이다.^[24]
• 보스: 밸브 또는 가스 파이프 연결부가 장착되는 숄더 중앙에 있는 튼튼한 삽입물이다.^[24]
• 베이스 또는 풋: 숄더 반대편에 있는 쉘의 끝 부분이다.^[24]
• 라이너: 필라멘트 와인딩이 놓이는 코어이다. 코어는 구조적(일반적으로 금속)일 수 있으며 압력 하중을 분담하거나, 복합재 래핑을 실린더 내용물로부터 분리하기 위한 것(금속 또는 엔지니어링 플라스틱)일 수 있다.^[24]
• 실린더 밸브: 넥 또는 보스에서 실린더 쉘에 직접 연결된 차단 밸브로, 밸브를 열어 가스가 실린더 안팎으로 흐르도록 하고 닫아 흐름을 방지한다. 일반적으로 다른 장비를 연결할 수 있는 나사산 입구/출구 개구부가 있지만, 경우에 따라 출구 쪽에 일체형 압력 조절기가 있고 충전을 위한 별도의 입구 개구부가 있을 수 있다.^[19]
• 풋 링: 실린더를 세울 수 있도록 베이스에 영구적으로 부착된 링이다.^[32]
• 밸브 가드: 운송 중, 그리고 경우에 따라 사용 시 밸브를 충격으로부터 보호하기 위해 숄더에 나사로 조이거나 클램프로 고정된 피팅(캡 또는 칼라)이다.^[32]
• 영구적 마킹: 실린더 및 사양을 식별하는 정보로, 금속 실린더의 숄더 바깥쪽에 각인되어 있다.^[1] 복합재 실린더의 경우 영구적 마킹은 숄더 또는 실린더 측벽의 레진 아래에 캡슐화되거나 영구적인 투명 코팅으로 덮인 인쇄 라벨일 수 있다.^[2]

4. 종류

섬유 복합재료가 압력 용기를 강화하는 데 사용되면서, 사용된 제작 방식과 재료에 따라 다양한 유형의 가스 용기가 정의되었다.^[3][4]

고압 가스 용기는 이음매 없는 용기, 용접 용기, 복합 용기로 나뉜다.^[40] 이 외에도 금속제로 반도체 제조 등 고순도 물질을 취급할 때 사용하며, 내부에 연마 가공을 하여 내용물의 순도를 유지하도록 설계된 클린 봄베가 있다.

4. 1. 제작 방식에 따른 분류

고압 가스 용기의 종류는 이음매 없는 용기, 용접 용기, 복합 용기로 나뉜다.^[40]

• 이음매 없는 용기 (심리스 용기)
• 산업용, 의료용, 식품용, 음료용, 연료용, 구조용, 스쿠버용, 소화용 등으로 사용된다.^[41]
• 제조 방법에 따라 만네스만 방식(M식, 스팬 타입), 엘하르트 방식(E식, 빌렛 피어싱 타입), 카핑 방식으로 나뉜다.^[40]
• 구조의 차이에 따라 오목형 바닥(들린 바닥) 편구 용기, 볼록형 바닥(둥근 바닥) 편구 용기, 양구 용기로 나뉜다.^[40]
• 용접 용기
• 프레온 회수용, 액화 암모니아, 액화 염소 등에 사용된다.^[42]
• 복합 용기
• 일반 복합 용기(FRP 용기)에는 금속 라이너제 일반 복합 용기 및 액화 석유 가스용 플라스틱 라이너제 일반 복합 용기가 있다.^[43]

4. 2. 일본의 고압 가스 용기 분류

• 이음매 없는 용기 (심리스 용기)
• 산업, 의료, 식품, 음료, 연료, 구조, 스쿠버, 소화 등 다양한 용도로 사용된다.^[41]
• 제조 방법에 따라 만네스만 방식(M식, 스팬 타입), 엘하르트 방식(E식, 빌렛 피어싱 타입), 카핑 방식으로 나뉜다.^[40]
• 구조에 따라 오목형 바닥(들린 바닥) 편구 용기, 볼록형 바닥(둥근 바닥) 편구 용기, 양구 용기로 나뉜다.^[40]
• 용접 용기
• 프레온 회수, 액화 암모니아, 액화 염소 등에 사용된다.^[42]
• 복합 용기
• 일반 복합 용기(FRP 용기)에는 금속 라이너제 일반 복합 용기와 액화 석유 가스용 플라스틱 라이너제 일반 복합 용기가 있다.^[43]

5. 재료

전금속 용기는 가장 견고하고 일반적으로 가장 경제적인 옵션이지만 상대적으로 무겁다. 강철은 일반적으로 거친 취급에 가장 강하고 가장 경제적이며, 동일한 작동 압력, 용량 및 폼 팩터의 경우 알루미늄보다 가볍다. 이는 강철의 비강도가 더 높기 때문이다. 산업용 강철 용기의 검사 간격은 5년 또는 6년에서 10년으로 늘어났다. 물에서 사용되는 다이빙 실린더는 더 자주 검사해야 하며, 간격은 1년에서 5년 사이다. 강철 용기는 일반적으로 70년 후에 사용 중단되거나 정기 검사 및 테스트를 통과하는 경우 무기한으로 계속 사용할 수 있다. 고유한 구조적 문제가 있는 것으로 밝혀진 특정 강철 및 알루미늄 합금은 사용 중단되거나 새로운 생산이 중단되었으며, 기존 실린더는 다른 검사 또는 테스트가 필요할 수 있지만 이러한 테스트를 통과하는 경우 계속 사용할 수 있다.

매우 높은 압력의 경우, 복합 재료가 질량 측면에서 더 큰 이점을 가진다. 탄소 섬유 강화 폴리머의 매우 높은 인장 강도 때문에, 이러한 용기는 매우 가벼울 수 있지만, 제조 비용이 더 비싸다.^[7] 필라멘트 와인딩 복합 실린더는 가벼운 무게 때문에 소방 호흡 장치, 고고도 등반 및 산소 응급 처치 장비에 사용되지만, 높은 양의 부력 때문에 다이빙에는 거의 사용되지 않는다. 동굴 다이빙과 같이 다이빙 장소 접근의 휴대성이 중요한 경우, 수면이 동굴 입구에서 멀리 떨어져 있을 때 가끔 사용된다.^[33][34] ISO-11119-2 또는 ISO-11119-3에 따라 인증된 복합 실린더는 수중 사용 요구 사항에 따라 제조되고 "UW" 표시가 있는 경우에만 수중 응용 분야에 사용할 수 있다.^[22]

섬유 강화 재료로 강화되거나 만들어진 실린더는 일반적으로 금속 실린더보다 더 자주 검사해야 하며, 예를 들어 10년이 아닌 5년마다 검사해야 한다. 그리고 충격 손상에 더 취약하기 때문에 금속 실린더보다 더 철저히 검사해야 한다. 또한 제한된 수명을 가질 수 있다. 섬유 복합 실린더는 원래 15년, 20년 또는 30년의 제한된 수명으로 지정되었지만, 더 긴 서비스에 적합한 것으로 입증되면서 이 수명이 연장되었다.

6. 제조 공정

압력 용기는 냉간 압출된 알루미늄 또는 단조된 강철로 만들어진 이음매 없는 원통형 용기인 제1형 심리스 금속 용기와, 둘 이상의 쉘 구성 요소를 용접으로 결합하여 만든 용접 가스 용기로 나뉜다.

6. 1. 제1형 심리스 금속 용기

6. 2. 용접 가스 용기

7. 밸브 연결

실린더 넥 스레드는 여러 표준 중 하나를 따를 수 있다. 테이프 스레드로 밀봉된 테이퍼 스레드와 O-링으로 밀봉된 평행 스레드 모두 고압 서비스에 만족스러운 것으로 나타났지만, 각 스레드에는 특정 사용 사례에 대한 장단점이 있으며, 규제 요구 사항이 없는 경우, 해당 응용 분야에 맞게 유형을 선택할 수 있다.^[19]

테이퍼 스레드는 간단한 조립을 제공하지만, 신뢰할 수 있는 밀봉을 위해 높은 토크가 필요하며, 이는 넥에 높은 반경 방향 힘을 유발하고, 과도한 변형이 발생하기 전에 사용할 수 있는 횟수가 제한적이다. 이는 동일한 피팅을 항상 동일한 실린더로 반환하고 과도한 조임을 피함으로써 약간 연장될 수 있다.^[19]

호주, 유럽 및 북미 지역에서는 비활성 가스, 가연성 가스, 부식성 가스 및 독성 가스에 테이퍼 넥 스레드가 일반적으로 선호되지만, 북미 지역에서 미국 교통부(DOT) 또는 캐나다 교통부(TC) 사양에 따라 알루미늄 실린더가 산소 서비스에 사용되는 경우, 실린더는 평행 스레드를 가져야 한다. DOT 및 TC는 UN 압력 용기에 테이퍼 또는 평행 스레드 개방을 허용한다. 미국에서는 49 CFR Part 171.11이 적용되고, 캐나다에서는 CSA B340-18 및 CSA B341-18이 적용된다. 유럽 및 기타 지역에서는 산화 가스용 실린더 입구에 테이퍼 스레드가 선호된다.^[19]

스쿠버 실린더는 일반적으로 내부 검사 간격이 훨씬 짧으므로, 테이퍼 스레드 밸브는 마모되기 전에 재사용할 수 있는 횟수가 제한적이어서 테이퍼 스레드의 사용은 덜 만족스러우므로, 이 응용 분야에는 일반적으로 평행 스레드가 사용된다.^[19][32]

평행 스레드는 윤활 없이 O-링으로 좋은 밀봉을 형성할 수 있을 만큼 충분히 조일 수 있으며, 이는 윤활제가 O-링 또는 내용물과 반응할 수 있는 경우에 장점이다. 호환되는 스레드와 올바른 O-링 밀봉을 갖춘 경우, 밸브와 실린더의 다양한 조합으로 반복적인 안전 설치가 가능하다. 평행 스레드는 밸브를 제거하는 동안 O-링 밀봉이 파손될 때, 파국적인 고장이 발생하기 전에 O-링이 누출되거나 압출되어 잔류 내부 압력에 대한 기술자 경고를 제공할 가능성이 더 크다. O-링 크기는 실린더와 밸브의 조합에 적합해야 하며, 재질은 내용물 및 사용된 윤활제와 호환되어야 한다.^[19]

가스 용기는 일반적으로 한쪽에 앵글 스톱 밸브가 있으며, 용기는 일반적으로 밸브가 상단에 오도록 배치된다. 가스를 사용하지 않는 보관, 운송 및 취급 중에는 뚜껑을 돌출된 밸브에 나사로 고정하여 용기가 넘어질 경우 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 뚜껑 대신에, 실린더는 때때로 밸브 어셈블리 주위에 보호 칼라 또는 넥 링을 가지고 있어, 레귤레이터 또는 기타 부속품을 밸브 배출구에 장착하고 밸브를 작동할 수 있도록 접근할 수 있는 개방부가 있다. 고압 알루미늄 합금 용기용 밸브 설치는 CGA V-11(고압 알루미늄 합금 용기에 밸브 설치 지침) 및 ISO 13341(운반 가능한 가스 용기—가스 용기에 밸브 부착)에 설명되어 있다.

산업용, 의료용 및 다이빙 실린더의 밸브는 일반적으로 가스 종류에 따라 다른 나사산 또는 연결 형상을 가지며, 이로 인해 가스를 잘못 사용하는 것을 더 어렵게 만든다. 예를 들어, 수소 실린더 밸브 배출구는 산소 조절기 및 공급 라인에 맞지 않아 재앙을 초래할 수 있다. 일부 피팅은 오른나사산을 사용하고 다른 피팅은 왼나사산을 사용한다. 왼나사산 피팅은 일반적으로 컷팅된 노치나 홈으로 식별 가능하며, 일반적으로 가연성 가스에 사용된다.

미국에서는 밸브 연결을 때때로 "CGA 연결"이라고 부르는데, 이는 압축 가스 협회(CGA)가 어떤 가스에 어떤 연결을 사용할지에 대한 지침을 발표하기 때문이다. 예를 들어, 아르곤 실린더는 밸브에 "CGA 580" 연결을 가질 수 있다. 고순도 가스는 때때로 CGA-DISS("직경 지수 안전 시스템") 연결을 사용한다.

의료용 가스는 가스를 서비스에 잘못 연결하는 것을 방지하기 위해 핀 지수 안전 시스템을 사용할 수 있다.

유럽 연합에서는 DIN 연결이 미국보다 더 일반적이다.

영국에서는 영국 표준 협회가 표준을 정한다. 표준에는 가연성 가스 실린더에 왼나사산 밸브(가장 일반적으로 부식성이 없는 실린더 내용물을 위한 황동, BS4 밸브 또는 부식성 내용물을 위한 스테인리스강, BS15 밸브)를 사용하는 것이 포함된다. 불연성 가스 실린더에는 오른나사산 밸브(가장 일반적으로 부식성이 없는 구성 요소를 위한 황동, BS3 밸브 또는 부식성 내용물을 위한 스테인리스강, BS14 밸브)가 장착된다.

8. 안전 및 규정

고압 용기의 운송은 전 세계 많은 정부에 의해 규제된다. 일반적으로 충전된 상태로 운송될 국가의 관할 당국에서 다양한 수준의 테스트를 요구한다. 미국에서는 미국 교통부(DOT), 영국에서는 교통부(DfT), 캐나다에서는 캐나다 교통부(TC)가 담당한다. 용기는 언더라이터스 래보러토리 (UL)과 같은 독립적인 시험 기관의 추가 요구 사항을 가질 수 있다. 각 제조업체는 품질 및 안전 검사를 위한 독립적인 품질 관리자를 갖추어야 한다.^[35]

영국 내에서 "'''관할 당국'''" — 교통부(DfT) —는 규정을 시행하며, 공인 용기 테스터의 임명은 영국 인정 서비스(UKAS)에서 수행하며, 개별 기관의 승인을 위해 차량 인증 기관(VCA)에 권고한다.

다양한 용기에 대해 수행될 수 있는 테스트에는 수압 시험, 파열 시험, 극한 인장 강도, 샤르피 충격 시험 및 압력 사이클링 등이 있다. 제조 과정에서 중요한 정보는 용기에 각인되거나 영구적으로 표시된다. 여기에는 용기의 유형, 작동 압력, 일련 번호, 제조 날짜, 제조업체의 등록 코드 및 시험 압력 등이 포함될 수 있다.

여러 번 사용되는 고압 용기는 몇 년마다 수압 또는 초음파 테스트를 거치고 육안으로 검사할 수 있다.^[35] 미국에서는 용기 및 사용 목적에 따라 5년 또는 10년마다 수압 또는 초음파 테스트가 필요하다.

9. 가스 저장 튜브 및 뱅크

여러 개의 가스 용기를 함께 사용하거나 운송하기 위해 하나의 어셈블리로 결합하기도 한다.

• 뱅크: 대량 저장을 위해 가스 분배 시스템에 연결된 여러 가스 용기 그룹이다. 개별 용기를 함께 또는 개별적으로 사용할 수 있지만, 그룹으로 운송하기 위한 구조물에 의해 반드시 지지되지는 않는다.
• 캐스케이드: 캐스케이드에 사용되는 뱅크이다.
• 쿼드 또는 번들: 운송을 위해 직사각형 프레임에 일반적으로 수직으로 장착되고 함께 매니폴드된 고압 가스 저장 용기 뱅크이다.^[30] 비독성 가스의 경우 최대 3000리터, 독성 가스의 경우 1000리터의 최대 결합 용기 부피를 가진다.^[5][6]
• 랙: 사용, 운송 또는 보관 중에 용기를 안전하게 수직 또는 수평으로 유지하는 구조물이다.

10. 용도

• 공업용 (퍼지용, 분위기용, 제품 봉입용, 건조용, 지연용, 공기 차단용 등)
• 호흡용 (산소 결핍 장소에서의 활동, 잠수 활동, 방독면이 필요한 환경에서의 활동 등)
• 의료용 (산소 흡입, 마취)
• 연료용
• 가스 압력을 이용한 동력원 (분무기, 소화기, 맥주 서버) - 대상물의 품질 유지 등의 목적을 겸하는 경우가 있다.

11. 표시

11. 1. 일본

단, 규제 완화에 의해 "수소 가스를 충전하는 용기 중 압축 수소 자동차 연료 장치용 용기, 국제 압축 수소 자동차 연료 장치용 용기 및 압축 수소 이륜 자동차 연료 장치용 용기" 및 "기타 종류의 고압 가스를 충전하는 용기 중 착색 가공하지 않은 알루미늄제, 알루미늄 합금제 및 스테인리스강제의 용기, 액화 석유 가스를 충전하기 위한 용기 및 압축 천연 가스 자동차 연료 장치용 용기"에는 적용되지 않는다(용기 보건 규칙 제10조 제1항 제1호 단서).^[45] 실제로는 액화 석유 가스(LPG)에 대해서는 구 규정 당시부터 회색 용기가 많이 유통되고 있다.

또한, 의료용 가스에 대해서는 용기의 도색은 고압 가스 보건법의 용기 보건 규칙에 따르고 있지만, 배관 등의 도색은 일본 산업 규격 등으로 정해져 있어 차이가 있다.^[46] 의료용 가스의 경우 국제색과 차이가 있어, 의료용 웃음 가스에 대해서는 의료 가스 업계에서 회색 위에 파란색을 겹쳐 식별하는 방식이 널리 사용되고 있다.^[46]

내용물이 극물・독물・가연물인 경우에는, 더 나아가 그 취지를 봄베에 기재하는 동시에 소유자를 봄베에 기재해야 한다. 또한 문자의 색상이 정해져 있다(암모니아는 빨간색 문자, 그 외는 흰색 문자). 따라서 유성 마커 등으로 소유자를 쓰는 것은 위법 행위이다.

11. 2. ISO

• ISO 11439: 자동차 연료용 천연 가스의 온보드 저장용 고압 용기
• ISO 15500-5: 도로 차량 — 압축 천연 가스(CNG) 연료 시스템 부품 — 파트 5: 수동 실린더 밸브
• ISO 9809-1: 재충전 가능한 이음매 없는 강철 가스 용기 – 설계, 제작 및 테스트 – 파트 1: 인장 강도가 1,100 Mpa 미만인 담금질 및 템퍼링 강철 용기
• ISO 9809-2: 재충전 가능한 이음매 없는 강철 가스 용기 – 설계, 제작 및 테스트 – 파트 2: 인장 강도가 1,100 Mpa 이상인 담금질 및 템퍼링 강철 용기
• ISO 9809-3: 재충전 가능한 이음매 없는 강철 가스 용기 – 설계, 제작 및 테스트 – 파트 3: 정규화된 강철 용기
• ISO 11119-1: 재충전 가능한 복합 가스 용기 및 튜브의 설계, 제작 및 테스트 — 파트 1: 450 l까지의 후프 감기 섬유 강화 복합 가스 용기 및 튜브
• 1977년 ISO 32(ISO/TC 58)에서 규정된 도색은 산소가 흰색, 아산화 질소가 파란색, 이산화 탄소가 회색, 헬륨이 갈색, 질소는 검은색, 혼합 가스는 공기가 검은색과 흰색 줄무늬 등 구성 가스를 나타내는 색상을 조합한 것으로 한다.^[46]

11. 3. 구미 (유럽/미국)

• ISO 11439: 가스 용기 — 자동차 연료용 천연 가스의 온보드 저장용 고압 용기
• ISO 15500-5: 도로 차량 — 압축 천연 가스(CNG) 연료 시스템 부품 — 파트 5: 수동 실린더 밸브
• US DOT CFR Title 49, part 178, Subpart C — 실린더 사양
• US DOT 알루미늄 탱크 합금 6351-T6 개정판(SCUBA, SCBA, 산소 서비스) — 시각적 와전류 검사
• AS 2896-2011: 의료용 가스 시스템 — 비가연성 의료용 가스 파이프라인 시스템의 설치 및 테스트(호주 표준).
• EN 1964-3 – 운반용 가스 용기. 0.5리터에서 150리터까지의 수용량의 재충전 가능한 운반용 이음매 없는 강철 가스 용기의 설계 및 제작 사양
• ISO 9809-1: 가스 용기–재충전 가능한 이음매 없는 강철 가스 용기–설계, 제작 및 테스트–파트 1: 인장 강도가 1,100 Mpa 미만인 담금질 및 템퍼링 강철 용기
• ISO 9809-2: 가스 용기–재충전 가능한 이음매 없는 강철 가스 용기–설계, 제작 및 테스트–파트 2: 인장 강도가 1,100 Mpa 이상인 담금질 및 템퍼링 강철 용기
• ISO 9809-3: 가스 용기–재충전 가능한 이음매 없는 강철 가스 용기–설계, 제작 및 테스트–파트 3: 정규화된 강철 용기
• EN ISO 11120 – 가스 용기. 150l에서 3000l 사이의 물 용량을 가진 재충전 가능한 이음매 없는 강철 튜브. 설계, 제작 및 테스트(ISO 11120:2015)
• EN 1975 – 운반용 가스 용기. 0.5리터에서 150리터까지의 용량의 재충전 가능한 운반용 이음매 없는 알루미늄 및 알루미늄 합금 가스 용기의 설계 및 제작 사양
• EN 84/526/EEC – 알루미늄 고압 가스 용기 설계
• EN 12245 – 운반용 가스 용기 완전 감싸기 복합 용기
• ISO 11119-1 가스 용기 — 재충전 가능한 복합 가스 용기 및 튜브의 설계, 제작 및 테스트 — 파트 1: 450 l까지의 후프 감기 섬유 강화 복합 가스 용기 및 튜브

12. 카세트 봄베

연료용 액화 부탄을 넣은 소형 가스 용기이다. 카세트 봄베를 연료원으로 하는 화로를 카세트레인지라고 부른다.

카세트 곤로는 1968년(昭和|쇼와^일본어 43년)에 토호 금속 주식회사(TOHO)가 일본에서 처음으로 일본 가스 기기 검사 협회(JIA)의 인정을 받았으며, 이듬해인 1969년(昭和|쇼와^일본어 44년)에 이와타니 산업 주식회사(이와타니)가 일본에서 처음으로 판매를 시작했다.^[47]

카세트형 부탄 가스 등 가연성 내용물의 일회용 가스 용기는 내용물을 완전히 사용했다고 생각해도 내부에 가스가 남아 있을 수 있으며, 폐기 처분 시 (주로 쓰레기 수집차에 투입 시) 내부에 남아있는 가스에 인화, 폭발하는 사고가 종종 발생하므로 처분 시에는 화기가 없는 곳에서 용기에 구멍을 뚫어 내부 가스를 뺀 후에 폐기하는 것이 바람직하다.^[48] 다만, 자치 단체에 따라서는 가스를 다 사용한 후 구멍을 뚫지 않고 처분하도록 기재되어 있는 곳도 많으므로, 자신이 거주하는 자치 단체의 방법을 확인해야 한다.^[49]

참조

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_[3] 웹사이트 Type 4 CNG Cylinder https://www.indoruss[...] 2024-10-23
_[4] 웹사이트 High Pressure Cylinder Technology https://mjcengineeri[...] 2024-10-23
_[5] 웹사이트 Gas cylinder bundle: 1. Definition of a gas cylinder bundle https://pwent.eu/en/[...] 2024-10-26
_[6] 웹사이트 Gas cylinder bundle: 4. What is the size limit for a gas cylinder bundle? https://pwent.eu/en/[...] 2024-10-26
_[7] 문서 See [[Composite overwrapped pressure vessel]] for details
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_[10] 웹사이트 ISO 11439:2000 — Gas cylinders – High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for automotive vehicles http://www.iso.org/i[...]
_[11] 웹사이트 ISO 15500-5:2001 — Road vehicles – Compressed natural gas (CNG) fuel system components – Part 5: Manual cylinder valve http://www.iso.org/i[...]
_[12] 웹사이트 CNG Cylinder Valve ISO 15500 - http://www.iso15500.[...]
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