가스기능장 준비 (5장 가스설비 - 2)

2. 가스 제조설비 일반

2-1) 고압가스 제조 설비

오토클레이브 : 액체를 가열하면 온도의 상승과 함께 증기압도 상승한다. 이때 액상을 유지하며 2종류 이상의 고압가스를 혼합하여 반응시키는 일종의 고압 반응가마를 일컫는다.

오토클레이브의 종류

- 교반형 : 교반기에 의하여 내용물을 혼합하는 것으로 종형 교반기와 횡형 교반기가 있다

특징

기액반응으로 기체를 계속 유통시킬 수 있다.
교반 효과는 횡형 교반기가 뛰어나며, 진탕식과 비교하여 효과가 크다.

종형 교반기에서는 내부에 글라스 용기를 넣어 반응시킬 수 있어 특수한 라이닝을 하지 않아도 된다.

교반 축에서 가스누설의 가능성이 많다.

회전 속도, 압력을 증가시키면 누설의 우려가 있어 회전 속도와 압력에 제한이 있다.

교반 축의 패킹에 사용한 물질이 내부에 들어갈 우려가 있다.

- 전탕형 : 횡형 오토클레이브 전체가 수평, 전후 운동을 하여 내용물을 혼합하는 것으로 이 형식을 일반적으로 사용한다.

특징

가스누설의 가능성이 없다.

고압력에 사용할 수 있고 반응물의 오손이 없다.

장치 전체가 진동하므로 압력계는 본체에서 떨어져 설치하여야 한다.

뚜껑판에 뚫어진 구멍에 촉매가 들어갈 염려가 있다.

- 회전형 : 오토클레이브 자체가 회전하는 형식으로 고체를 액체나 기체로 처리할 경우에 적합한 형식이다. 교반 효과가 다른 형식에 비하여 떨어지기 때문에 용기 벽에 장애판을 설치하거나 내부에 다수의 불을 넣어 내용물의 혼합을 촉진시켜 교반 효과를 증가시킨다.

- 가스 교반형 : 오토클레이브 기상부에서 반응가스를 추출하여 액상부 최저부에 순환 송입하는 방법과 원료가스를 액상부에 송입하여 배출가스를 방출하는 방법이 있으며, 연속반응을 실험실에서 연구할 때 사용된다.

암모니아 합성탑

내압 용기와 내부 구조물로 되어 있으며 내부 구조물은 촉매를 유지하고 반응과 열 교환을 하기 위해서이다. 암모니아 합성의 촉매는 주로 산화철에 Al2O3, K2O를 첨가한 것이나 CaO 또는 MgO 등을 첨가한 것을 사용한다.

메탄올 합성법

온도 300~350도, 압력 150~300 atm에서 Zn-Cr계 또는 Zn-Cr-Cu계의 촉매를 사용하여 CO와 H2로 직접 합성된다.

석유화학장치

반응장치, 전열장치, 분리장치, 저장 및 수송기기 등이 있으나 이중 반응장치가 석유화학장치 중 가장 중요하다.

2-2) 고압밸브 및 신축 이음장치

고압밸브

- 특징

주조품보다 단조품을 절삭하여 제조한다.

밸브시트는 내식성과 경도가 높은 재료를 사용한다.

밸브시트는 교체할 수 있도록 한다.

기밀유지를 위하여 스핀들에 패킹이 사용된다.

종류

글로브 밸브 : 스톱 밸브라 하며 유량 조정용으로 사용된다. 유체의 흐름방향과 평행하게 밸브가 개폐되고, 유체의 흐름이 밸브 내에서 변경되므로 압력손실이 많이 발생한다.

슬루스 밸브 : 게이트 밸브라 하며 유로의 개폐용에 사용된다. 밸브를 완전히 개방하면 배관 안 지름과 같은 단면적이 되므로 유체의 압력손실이 적으나 유량조절용으로 사용하면 와류현상이 생겨 유체의 저항이 커지고, 밸브 디스크의 마모가 발생되므로 부적합하다.

체크 밸브 : 역류방지 밸브라 하며 유체를 한 방향으로만 흐르게 하고 역류를 방지하는 목적에 사용하는 밸브이다.

볼 밸브 : 콕이라 하며 핸들을 90도 회전시켜 유속을 급속히 개폐할 수 있으며 유체의 저항이 적은 반면 기밀유지가 어렵다.

안전밸브 : 가스설비의 내부 압력이 상승 시 파열사고를 방지할 목적으로 사용된다.

저장탱크 및 충전용기

- 저장 탱크의 종류

원통형 저장탱크 : 동체와 경판으로 구성되며 설치 방법에 따라 수평형과 수직형으로 구분된다. 원통형은 동일 용량, 동일 압력의 구형 탱크보다 철판 두께가 두꺼우며, 수평형은 수직형보다 강도, 설치 및 안정성이 우수하다. 그러므로 수직형은 철판 두께를 두껍게 하여 바람, 지진 등에 의한 굽힘 모멘트에 견딜 수 있도록 하여야 한다.

구형 저장탱크 : 횡형 원통형 저장탱크에 비해 표면적이 작고, 강도가 높으며 외관 모양이 안정적이다. 기초가 간단하여 건설비가 적게 소요된다.

구면 지붕형 저장탱크 : 액화산소, 액화질소, LPG, LNG 등의 액화가스를 저장할 때 사용한다.

- 충전용기

용기 재료의 구비조건

내식성, 내마모성을 가질 것

가볍고 충분한 강도를 가질 것

저온 및 사용 중 충격에 견디는 연성, 전성을 가질 것

가공성, 용접성이 좋고 가공 중 결함이 생기지 않을 것

종류

이음매 없는 용기 : 주로 압축가스에 사용하며 액화 이산화탄소, 액화 염소 등을 충전하는데 사용된다.

특징

고압에 견디기 쉬운 구조이다.

내압에 대한 응력 분포가 균일하다.

제작비가 비싸다.

두께가 균일하지 못할 수 있다.

용접 용기 : 주로 액화가스에 사용한다.

특징

제작비가 저렴하다.

두께가 균일하다.

용기의 형태, 치수 선택이 자유롭다.

고압에 견디기 어렵다.

초저온 용기 : -50도 이하의 액화가스를 충전하기 위한 용기로서 단열재로 씌우거나 냉동설비로 냉각하는 등의 방법으로 용기 내의 가스 온도가 상용 온도를 초과하지 않도록 한 용기로 18-8 스테인리스강, Al합금으로 제조된다.