가연성 가스 안전 가이드, 폭발하한계(LEL) 설명, 감지기 설치 위치 및 센서 선택
가연성 가스는 적절한 농도 범위에서 공기(산소)와 혼합될 때 점화되어 연소될 수 있는 모든 가스를 말합니다. 가정에서는 일반적으로 천연가스(메탄) 또는 LPG(프로판/부탄)를 의미합니다. 산업에서는 증기 , 휘발유 , 일산화탄소(가연성) 및 기타 여러 가스를 포함할 수 있습니다 .
가연성 가스 누출은 작은 냄새에서 순식간에 화재나 폭발 로 이어질 수 있기 때문에, 감지 시스템은 특히 자동 환기 및 차단 밸브 와 함께 사용할 경우 가장 비용 효율적인 안전 개선 사항 중 하나입니다 .
가연성 가스란 무엇인가요?
기체가 공기와 점화 가능한 혼합물을 형성하고 점화원(스파크, 뜨거운 표면, 정전기, 불꽃)이 있을 때 연소할 수 있다면 그 기체는 “가연성”(또는 인화성)이라고 합니다.
일반적인 가연성 가스는 다음과 같습니다.
- 메탄(CH₄) – natural gas, biogas
- 프로판(C₃H₈) / 부탄(C₄H₁₀) – LPG cylinders, cooking fuel
- 수소(H₂) – 배터리실, 수소 에너지, 일부 UPS 시스템
- 에틸렌(C₂H₄) – petrochemical processes
- 일산화탄소 (CO) – toxic 및 combustible (often monitored primarily for toxicity)
LEL 및 UEL 설명 (%LEL이 가장 일반적인 출력값인 이유)
가연성 가스 위험도는 일반적으로 폭발하한 도(LEL) 대비 백분율 로 측정됩니다 .
- LEL(폭발 하한계): the minimum concentration (%) in air that can ignite
- UEL(상한 폭발 한계) : 공기 중에서 발화할 수 있는 최대 농도(%)
- LEL과 UEL 사이가 가연성 범위 입니다.
예시 (근사치이며, 기준 조건에 따라 달라질 수 있습니다):
- 메탄: LEL ~5% vol, UEL ~15% vol
- 프로판 : LEL ~2.1% vol, UEL ~9.5% vol
- 수소: LEL ~4% vol, UEL ~75% vol (very wide range)
“위험 구역”은 폭발하한계(LEL)에서 시작되므로 대부분의 감지기는 LEL보다 훨씬 낮은 수준(일반적으로 규정 및 위험 전략에 따라 10~25% LEL)에서 경보를 울리도록 설계되어 있습니다.
%LEL은 다양한 가스에 걸쳐 일관된 방식으로 경보를 설정하고, 환기를 제어하고, 차단 로직을 작동시키는 데 도움이 되는 안전 언어입니다 .
일반적인 가연성 가스: 센서 선택 및 배치에 영향을 미치는 주요 특성
| 가스 | 일반적인 소스 | LEL(대략) | 공기 대비 상대 밀도* | 배치 힌트 |
|---|---|---|---|---|
| 메탄(천연가스) | 보일러, 주방, 파이프라인 | 5% 부피 | 약 0.55 (더 가벼움) | 천장 근처/높은 지점 |
| 프로판 (LPG) | 실린더, 포크리프트, 요리 | 2.1% 부피 | 약 1.5 (더 무거움) | 바닥 근처 / 낮은 지점 |
| 부탄 | LPG 혼합 연료, 라이터 | 1.8% vol | ~2.0 (더 무거움) | 바닥 근처 / 구덩이 |
| 수소 | 배터리실, 수소 저장 장치 | 4% 부피 | 약 0.07 (훨씬 가벼움) | 가장 높은 지점, 지붕 근처 |
| 에틸렌 | 석유 화학 제품 | 2.7% vol | ~0.97 (유사함) | 호흡 영역 + 공기 흐름 연구 |
*누출된 가스는 밀도와 공기 흐름에 따라 상승하거나 하강하는 경향이 있으므로 상대 밀도가 중요합니다 .
가연성 가스 감지기의 작동 원리 (센서 기술)
환경에 따라 필요한 감지 원리가 다릅니다. 가장 일반적인 옵션은 다음과 같습니다.
1) 촉매 연소(펠리스터) 센서
작동 원리: 가열된 촉매 비드에서 가스가 산화됨 → 열 변화 → 신호는 가연성 물질 농도에 비례함.
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장점
- 다양한 가연성 가스에 적용 가능한 우수한 종합 솔루션입니다.
- 성숙 단계에 접어들어 산업계에서 널리 사용되고 있습니다.
- 잘 작동합니다 %LEL 측량
단점
- 정상 작동하려면 산소가 필요합니다.
- 실리콘 중독 , 납 화합물, 황 화합물 의 영향을 받을 수 있습니다.
- 다른 대안보다 더 높은 출력
2) 적외선( NDIR ) 가연성 가스 센서
작용 원리: 탄화수소는 특정 파장의 적외선을 흡수합니다. → 흡수율은 농도와 상관관계가 있습니다.
장점
- 촉매 중독에 대한 저항성 (비드 촉매 없음)
- 안정적 hydrocarbon gases (methane, propane, butane)
- 수명이 더 길고 드리프트가 적은 경우가 많습니다.
단점
- 에 적합하지 않음 수소 (H₂ does not absorb IR strongly)
- 디자인에 따라 비용이 더 높아질 수 있습니다.
3) MOS (반도체) Sensors
작동 원리 : gas changes conductivity of a heated metal-oxide surface.
장점
- 소형이고 가격 대비 성능이 뛰어나며, 가정용 경보기에 적합합니다.
- 다양한 가스에 대한 빠른 반응
단점
- 휘발성 유기 화합물(VOC)에 대한 교차 민감도, 습도/온도 영향
- 일반적으로 보정 알고리즘이 없으면 선택성이 떨어집니다.
4) TDLAS 레이저 메탄(CH4) 센서
TDLAS는 가스 분자에 의한 레이저 광의 흡수를 기반으로 합니다. 파장 가변 다이오드 레이저가 가스 분자의 흡수선에 해당하는 특정 파장의 빛을 방출하면 가스는 빛의 일부를 흡수합니다. 흡수선을 가로질러 레이저를 조정하고 투과된 빛의 강도를 측정함으로써 가스의 농도를 결정할 수 있습니다. Beer-Lambert 법칙은 흡수 종의 흡광도와 농도 사이의 관계를 설명합니다.
적합한 가연성 가스 센서 선택 방법
감지기를 구매하거나 제품에 센서를 통합하기 전에 다음 질문에 답하십시오.
- 목표 가스: 메탄? 프로판? 수소? 혼합 탄화수소?
- 측정 단위: %LEL, ppm, %vol (LEL is most common for safety)
- 환경: 실내/실외, 온도 범위, 습도, 먼지/기름 분무
- 유해 물질: 실리콘 증기, 용제, H₂S, 배기가스, 세척 화학물질
- 응답 요구사항: T90 응답 시간, 경보 지연 허용 오차
- 전력 예산: battery, mains, or 24V industrial loop
- 출력 및 통합: 아날로그(4–20mA), RS485/Modbus, 릴레이, UART/I²C
- 규정 준수 요구 사항: ATEX/IECEx/UL
- 유지 관리 계획: calibration/bump-test accessibility and schedule
- 총 소유 비용: sensor life + calibration labor + downtime risk
가연성 가스 감지기 설치 위치
올바른 위치 선정은 “설치”와 “효과적인” 제품의 차이를 만듭니다.
기체 밀도에 따른 배치
- 공기보다 가벼운 기체 (메탄, 수소): 높은 위치 (천장 근처, 지붕 들보, 밀폐 공간 상단) 에 설치
- 공기보다 무거운 가스 (프로판, 부탄): 마운트 융기 (바닥 근처, 구덩이, 도랑, 낮은 모서리)
- 공기 (에틸렌)와 유사하게: 누출 패턴을 고려하고 누출 가능성이 높은 경로 근처에 설치하십시오.
실제 배치 팁
- 누출 가능성이 높은 곳 (밸브, 조절기, 연결부, 계량기, 버너, 압축기 등) 근처에 설치하십시오.
- 사각지대를 피하십시오: 공기 흐름이 없는 모서리, 문 뒤, 밀폐된 캐비닛 내부(샘플링 목적이 아닌 경우)
- 환기구 바로 앞에 설치하지 마십시오. 신선한 공기가 누출을 감지하기 전에 희석시킬 수 있습니다.
- 기계실에서는 가스 농도가 변동하거나 알 수 없는 경우 고농도 센서와 저농도 센서를 여러 개 설치하는 것을 고려하십시오.
경보 설정값 및 제어 로직(일반적인 모범 사례)
대부분의 안전 시스템은 두 가지 경보 단계를 사용합니다 .
- 경보 수준 낮음: 조기 경보 → 환기 장치 작동, 작업자에게 알림
- 고위험 경보: 긴급 → 가스 공급 차단, 점화원 제거, 대피 조치
일반적으로는 규정, 현장 위험 평가 및 공정 요구 사항에 따라 10~20% LEL(낮음) 및 20~40% LEL(높음) 정도의 수준으로 경보를 설정합니다.
권장되는 접근 방식: follow your local code requirements and conduct a 위험 분석 공간을 위해.
가연성 가스 센서가 필수적인 일반적인 응용 분야
주거 및 상업용 가스 안전
- 주방, 레스토랑, 아파트 보일러실
- 천연가스 계량기 및 조절기
- LPG 가스통 보관함과 조리용 배관
산업 및 에너지
- LNG/LPG 저장 구역, 주유소
- 압축기실, 냉각 설비, 기계실
- 석유화학 처리 구역 및 파이프 랙
- 수소 생산/저장, 배터리실, 연료전지 시설
스마트 빌딩 및 IoT
- 건물관리시스템(BMS)/SCADA 시스템에 통합된 가스 누출 감지 기능
- 자동 환기 + 차단 밸브 시스템
- 시설 관리팀을 위한 원격 모니터링
제품에 가연성 센서 내장하기
가스 경보기 및 제어기, HVAC 안전 모니터, 스마트 주방 시스템, 산업용 송신기 또는 안전 모니터링용 IoT 게이트웨이를 제조하는 경우, 신뢰할 수 있는 가연성 가스 센서를 통합하면 제품의 안전 성능을 강화하고 규정 준수 계획을 간소화하며 시장에서 차별화를 꾀할 수 있습니다.
센서 공급업체를 선택할 때 고려해야 할 사항
다양한 가스, 환경 및 가격대에 맞춰 여러 가지 감지 원리(촉매, 적외선, MOS)를 적용
안정적인 생산 능력과 일관된 교정/품질 관리
통합이 용이한 형식(센서 소자, 모듈, 송신기)으로 개발 주기를 단축하세요.
보상, 워밍업 동작, 드리프트 및 장기 안정성에 대한 명확한 기술 문서
윈센은 왜
Winsen은 광범위한 가연성 가스 감지 솔루션을 제공하며, 출력/인터페이스 옵션, 하우징 설계, 애플리케이션별 튜닝을 포함한 OEM/ODM 맞춤 제작을 지원합니다. 또한 센서 선정, 통합 가이드, 기술 지원을 통해 제품 출시 기간을 단축할 수 있도록 도와드립니다.
측정 대상 가스(CH₄/LPG/H₂ 등), 검출 범위(%LEL/ppm), 적용 분야(주방, 보일러실, HVAC, 산업 시설)를 알려주시면 최적의 센서 방식을 추천하고 맞춤형 솔루션을 제공해 드리겠습니다.
➡️ Winsen 가연성 센서 옵션 살펴보기: https://www.winsen-sensor.com/combusitable-sensor/
자주 묻는 질문
1) 가연성 가스와 유독 가스의 차이점은 무엇입니까?
Combustible gas focuses on 화재/폭발 위험 (measured in %LEL). Toxic gas focuses on 건강 위험 (often measured in ppm), like CO, H₂S, NH₃.
2) %LEL은 무슨 뜻인가요?
%LEL은 폭발 가능 농도 의 백분율입니다 . 100% LEL은 발화가 가능한 최소 농도에 도달했음을 의미합니다.
3) 메탄은 공기보다 무거운가요?
아니요, 메탄은 공기보다 가볍기 때문에 (기류에 따라) 위로 올라가는 경향이 있습니다.
4) 프로판은 공기보다 무거운가요?
네, 프로판은 공기보다 무거워서 바닥, 구덩이, 낮은 곳 근처에 모이는 경향이 있습니다.
5) 천연가스 누출 감지에 가장 적합한 센서는 무엇입니까?
메탄/천연가스의 경우, 환경, 전력 및 안정성 요구 사항에 따라 일반적으로 냉각 및 냉각(NDIR) 이 선택됩니다.
6) 적외선 센서로 수소를 감지할 수 있습니까?
일반적으로는 잘 되지 않습니다. 수소를 얻으려면 촉매 또는 기타 적절한 기술이 필요합니다.
7) LPG 가스 감지기는 어디에 설치해야 하나요?
일반적으로 누출은 바닥 근처, 잠재적 누출원 근처에서 발생하지만, 공기 정체 구역에서는 발생하지 않습니다.
8) 가연성 가스 탐지기는 교정이 필요한가요?
예. 신뢰성을 유지하기 위해 정기적인 범프 테스트와 주기적인 교정을 권장합니다.
9) 촉매 센서가 조기에 고장나는 원인은 무엇입니까?
특정 화학물질(예: 실리콘 증기)로 인한 촉매 중독, 가혹한 환경 또는 반복적인 고농도 노출은 감도를 저하시킬 수 있습니다.
10) 가스 센서를 제어 시스템에 어떻게 연결하나요?
일반적인 옵션으로는 제품 설계에 따라 경보용 릴레이, 아날로그 출력(예: 4~20mA) 또는 RS485/Modbus와 같은 디지털 인터페이스가 있습니다.
11) 오경보를 줄이는 가장 좋은 방법은 무엇입니까?
올바른 위치 선정, 환경에 맞는 감지 원리 선택, 보정 알고리즘, 그리고 적절한 교정 일정 수립이 중요합니다.
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