가볍지만 무서운 '수소' 안전 사용법

수소는 직접 연소시키거나 연료 전지의 원료로 활용하면 전기로 쉽게 전활할 수 있고, 가스나 액체 상태로 쉽게 수송하고 저장할 수 있습니다. 수소는 연소하기 쉬운 기체로 발화온도가 낮아 정전기 등에서도 쉽게 화재가 발생할 수 있어 주의해야 합니다.

수소의 성질

수소는 우주 전체 물질 질량의 약 75%를 차지하는 가스로 공기보다 약14배나 가볍습니다. 수소는 가장 가벼운 가스로 공기 중에서 확산하기 쉽고, 열전도도는 공기의 약 7배로 열을 쉽게 전달합니다. 

 

연소 속도는 아세틸렌의 2.3배, 에틸렌의 4.5배, 메탄의 8배 이상으로 매우 빠릅니다. 또한 무색, 무취, 무미의 특성을 띄고 있고, 특히 수소 화염은 옅은 푸른빛을 띠고 있어 육안으로 식별이 어렵습니다.

 

수소 가스는 다른 가스들에 비해 분자량이 작기 때문에 미세한 틈새에서도 누출이 발생합니다. 용기(탱크)와 배관의 이음 부위 등에서 누출되기 쉽고, 특히 밸브 본체와 이음부, 안전밸브, 압력조정기의 부착부는 누출 취약 부위입니다. 액화수소도 분자가 작고, 점도도 매우 작아서 미세한 간극 등 틈새를 통해 누출되며, 소량만 누출되어도 대기 중의 수분을 응축시키거나 고체화시켜 흰 연기를 만들고, 기체로 바뀌면서 부피가 약 800배까지 커집니다.

 

수소가 실내나 밀폐공간에서 누출되면, 처음에는 당시의 압력(힘)으로 확산되지마, 누출지점에서 멀어지면 부력에 의해 상승해 지붕 주위나 천장으로 확산되어 체류하다가 누출이 멈추면 시간이 지나면서 서서히 주변 공기와 균일하게 혼합합니다. 

 

최근 10여년(2011~2022) 수소 가스로 인한 화재 폭발 및 누출 사고가 총 23건이 발생해 11명이 다치고, 4명이 사망했습니다. 연간 1~2건이 발생했으나, 2017년에서 2020년 사이에는 사고 발생 평균 건수 3.25건으로 2배 이상 급증했습니다. 21년 동안(2000~2021) 수소 사고는 총 44건이 발생했는데 수소를 취급하는 사업장에서의 시설 미비와 수소가스 용기 등 제품 불량으로 인한 사고가 17건(38.6%), 수소 취급 작업자 부주의로 인한 사고가 15건(34.1%)으로 높은 순위를 차지하였습니다.

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수소의 위험 요인

수소는 연소하기 쉬운 기체로 공기(산소)와 넓은 농도 범위에서 가연성 혼합기를 형성합니다. 다른 가연물에 비해 발화온도는 높지만 최소 점화 에너지가 0.018mJ로 매우 작아 정전기 등에도 쉽게 발화할 수 있습니다. 수소 가스가 용기나 배관 내에 존재할 때는 산소와 점화원이 용기 속으로 들어가지 않으면 큰 위험은 없지만, 일단 공기 중에 누출되면 가연성 혼합기를 형성하고 점화원이 존재한다면 화재를 발생시켜 주변에 피해를 끼칩니다.

 

온도가 2,045℃에 이르는 수소 화염은 낮에는 눈으로 확인하기 어려워 근로자가 가까이 다가가 화상을 입을 위험이 높습ㄴ니다. 또한 초저온의 수소 가스 및 액화수소에 노출되거나 수소 취급설비의 차가운 표면에 접촉했을 때 피부가 하얗게 되는 현상이 일어나거나 동상에 걸릴 수 있습니다. 직접 접촉하지 않더라도 수소를 사용하는 공장의 저온 환경에 장시간 노출되었을 때 저체온증에 걸릴 위험도 있습니다. 수소는 독성 물질은 아니지만 밀폐공간에서 다량 누출되어 산소농도가 19% 미만으로 떨어지면 산소결핍에 의해 질식 위험도 있습니다.

 

 

수소 안전 체크!

분류	점검 항목
일반사항	- 수소의 물질안전보건자료(MSDS)를 비치하고 경고표지를 설치함 - 주기적인 안전교육 및 비상조치 훈련 실시 여부를 확인함 - 개인 보호구와 공기호홉기를 비치함 - 비상발전기 등 예비 동력원 확보 및 유지 관리 상태를 확인함 - 소화기, 소방설비 설치 및 유지관리 상태를 확인함 - 가스누출감지경보기를 설치하고 주기적인 검,교정 여부를 확인함 - 휴대형 가스누출감지기 보유 및 주기적인 검,교정 여부를 확인함 - 안전밸브 분출시험 등 유지관리 상태를 확인함 - 안전밸브 설정 압력이 설비의 최고 사용압력 이하 여부를 확인함
현장 설비	- 수소 화염을 감지할 수 있는 불꽃감지기 설치 여부를 확인함 - 방폭 전기기계기구 설치 및 유지관리 상태를 확인함 - 온도계, 압력계, 유량계 등 계측장치 설치 및 정상작동을 확인함 - 자동경보장치 및 긴급차단장치 인터록 구성 및 정상작동을 확인함 - 소음, 진동 및 연결부 누출 등 압축기 본체 작동 상태를 확인함 - 압축기 과압방지조치 정상 작동을 확인함 (설정압력 도달 시 개방동작 및 복귀) - 배관 유체 흐름방향 및 밸브 개폐표시를 확인함 - 보온, 단열재 관리 상태와 손상이 있는지 확인함 - 부등침하 및 설비 지지대 앵커볼트가 파손되지 않았는지 확인함 - 부등침하 및 설비 지지대 앵커볼트가 파손되지 않았는지 확인함 - 수소가 안전한 방향으로 배출되도록 벤트배관 확장 여부를 확인함 - 수소 탱크로리 정차 구간에 차량충돌방지턱, 방호펜스 설치함 - 수소 설비 사이 안전거리 또는 정비보수 작업공간 확보 상태를 확인함
작업 전 안전조치	- 정전기 대전 및 방전방지 조치함 (접지 및 본딩, 제전복 등 인체대전 방지) - 작업을 위해 수소 차단시 밸브 잠금, 맹판 설치 후 차단표지를 부착함 - 불활성가스를 사용한 설비 및 배관 퍼지를 실시함