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Monthly Magazine of Automatic Control Instrumentation

연재 매스플로우 천일야화(67)

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작성자 댓글 0건 조회 212회 작성일 21-06-09 10:16

본문

그림 1. 


서론

이번 회에는 매스플로우 미터(이하 MFM) 및 매스플로우 컨트롤러(이하 MFC)에서 액화 가스를 흘려보낼 때의 주의점에 관하여 설명한다. 액화 가스는 압축에 의해 액체로 변한 물질이 봄베에 봉입되어 있고 이것이 봄베 내 공간에서 기화한 것을 가스로 공급한다. 따라서 일반적인 압축 가스처럼 기체를 그대로 압축하여 봄베에 충진한 것과 비교했을 때 봄베 외관은 비슷해도 내용물은 크게 달라진다.(그림 1)


액화 가스의 법적 정의를 확인하자. 매스플로우(MFCMFM의 총칭)와 직접적인 관계가 없는 고압가스 관련 법규 이야기를 하려는 이유는 리먼 쇼크 이후 배관 현장에서 베테랑 기술자 대부분이 사라져버린 최근 10년간 착각으로 인해 하마터면 법령 위반을 범하게 되는 사례를 목격한 일이 적지 않았기 때문이다. 액화 가스에 관한 내용은 고압가스 보안법 제23에 있다. ‘상용 온도에서 압력이 0.2 메가 파스칼 이상이 되는 액화 가스이며, 실제로 그 압력이 0.2 메가 파스칼이 되는 경우의 온도가 35이하인 액화 가스는 고압가스’(고압가스 보안법에서 인용)라고 취급한다. 액체라고 해서 방심해서는 안 된다는 이야기이다. 이 조문에서 조심해야 하는 부분은 우선 상온에서라는 표현이다. 상온이라고 하면 장치의 온도 환경 상 봄여름가을겨울에서의 평균값이라고 생각하기 쉽지만, 이 조문에서는 이러한 의미가 아니라 액화 가스를 취급하는 데 있어서 생각할 수 있는 최고 온도라고 해석된다. 또한 실제로라는 말에 주의해야 한다. 실제로 아래 조건에서는 고압 가스인지의 여부를 판단한다는 의미로 쓰여서 있다. 즉 상온에서는 0.2MPa 미만에서 고압가스가 되지 않는 액화 가스지만 35에서 0.2MPa 이상이 된다면 이것은 고압 가스로 취급한다는 의미인 것이다. 어떤 액화 가스가 고압가스로서 법적으로 취급되는지는 <그림 2>에서와 같이 선으로 표시되어 있으며 35미만에서 0.2MPa 미만이라고 해도 그 상태도 포함하여 고압가스로 취급하지 않으므로 주의하여야 한다. 

 

암모니아

우리에게 익숙한 액화 가스인 암모니아(NH3)는 반도체 증착 장비, 질화로, 발전 설비, 탈질 장치, 석유 정제 장치의 부식, 이온 에칭 프로세스 등 각종 공업 용도로 널리 이용되고 있다. 최근에는 이산화탄소를 배출하지 않는 무탄소의 연소 가스로서도 연구가 진행되고 있다. 암모니아는 20에서의 증기압이 8.57bar(A)인 액화 가스이다.(그림 3) , 봄베에 충진된 액체 암모니아가 내부에서 기화하여 기체가 되었을 때 얻어지는 공급 압력은 20에서 0.8MPa(A)이면 되지만, 그래도 아직 증기압을 가질 수 있는 액화 가스라고 할 수 있다. 육불화텅스텐(WF6) 등은 20에서도 1.13bar(A)이며, 공급 계통 내의 압력을 모든 부압으로 만들어 가스를 운반하지 않으면 안 된다고 생각하는게 좋을 듯하다.(그림 4)


액체 암모니아의 증발 잠열은 1,268kJ/kg(0, 1,013hPa)이다. 이 때문에 암모니아를 대량으로 봄베로부터 꺼내려고 하면 봄베 자체로부터 열이 빼앗겨 온도가 급격하게 낮아지면서 증기압이 낮아지고 공급 압력을 잃어버리게 된다. 그러므로 소비 유량에 따라서도 다르지만, 0.4~0.45MPa(G)라는 것이 현실적으로 공급할 수 있는 압력이다. 만약 암모니아를 MFC 하류 측으로 0.15MPa(G)의 배압이 성립하는 조건에서 500L/min[N]의 유량 제어를 하고 싶은 경우, 일반적인 MFC라고 해도 최소한 MFC에 대한 공급압은 0.45 MPa의 압력을 취해줄 필요가 있다. 이 경우 MFC의 압력 손실(ΔP)0.3MPa(d)이다. 이것은 어디까지나 MFC의 입구-출구부에서의 차압이기 때문에, 봄베에서 MFC까지의 배관 경로에 있는 다른 배관 부품, 밸브나 필터, 그리고 배관의 휨 등에 의해 생기는 압력 손실을 고려하면 암모니아 봄베로부터의 공급압은 0.5MPa보다 더 높게 유지해야만 한다.


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그림 2.

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그림 3.



 ..(후략)



黒田 誠 / EZ-Japan

본 기사는 2021년 5월호에 게재되었습니다.  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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