1. LPG란 무엇인가
원유 채취시나 원유 정제시 나오는 탄화수소로 다른 연료에 비해 발열량이 높다.
액화석유가스(LPG : Liquefied Petroleum Gas)는 유전에서 원유를 채취할 때나 원유 정제시에 나오는 탄화수소를 비교적 낮은 압력을 가하여 냉각·액화시킨 것이다.
LPG의 주성분은 프로판과 부탄이고 소량의 프로필렌, 부틸렌 등이 포함되어 있다.
LPG는 연소시 높은 발열량을 갖으며 순수한 LPG는 아무런 냄새나 색깔이 없다. 다만 가스가
누출될 경우 이를 쉽게 감지하여 사고를 예방할 수 있도록 하기 위해 일반적으로 사용하는
LP가스에는 불쾌한 냄새가 나는 물질을 섞어서 사용하고 있다.
프로판 (C3 H8) - 취사 및 난방용
부탄 (C4 H10) - 자동차, 스프레이, 캐비넷히터, 가스라이터 등
2. LPG의 특성
가. 가스비중
동일온도, 압력, 부피 상태에서의 공기와 가스의 무게비
비중이란 기준이 되는 유체(액체 또는 기체)와의 동일 부피 상태하에서의 무게비를 말한다.
가스의 비중은 보통 0℃, 1기압(표준상태)인 공기의 무게에 대한 같은 부피의 기체의 무게비를 나타낸다.
프로판의 공기에 대한 비중은 1.52, 부탄의 경우는 2이기 때문에 둘다 공기보다 무겁다.
그러므로 누출시 모두 바닥의 낮은 곳에 체류하는 경향이 있다.
나. 비점(끓는점)과 증기압
가열 등으로 액체의 온도가 올라가면 액체의 표면에서 뿐만 아니라 내부에서도 기화가
발생하는데 이때 온도를 비점이라 한다. 증기압은 동일성분, 동일온도에서는 액량과 관계없이
일정하다.
용기에 담겨진 액체는 시간이 지남에 따라 액체표면에서 기체로 되는데 이 현상을 증발이라고 하며, 가열 등으로 계속하여 온도를 더 높여주면 액체의 표면에서 뿐만 아니라 액내부에서도
기화가 일어나게 된다. 이와 같은 현상을 비등이라 하며, 비등이 일어나는 온도를 비점이라고
한다. 물의 경우 1기압하에서 액체인 물의 온도가 100℃가 되면 기체인 수증기로 되기 때문에 물의 비점은 100℃이며, 프로판과 부탄은 1기압하에서 비점은 각각 -42℃, -0.5℃이다.
용기에 액상의 액화석유가스를 넣고 온도를 일정하게 유지 하면 액체상태의 액화석유가스
일부가 증발하여 기체가 되며 용기내의 공간을 채우고 일정한 압력을 갖게 된다. 용기내의
압력은 온도가 높아짐에 따라 증가하고 온도가 낮아지면 압력도 낮아진다. 또한 액의 종류에
따라 용기내의 압력은 다르게 된다. 즉 압력은 동일성분·동일온도라면 액량과 관계없이 압력은 일정하다.
용기밸브를 열어 용기내 상부공간을 채우고 있는 가스의 일부를 사용하면 그 공간부분의
가스량이 감소하기 때문에 압력이 낮아진다. 그 결과 액면에 가해지는 압력도 감소되어 액체
상태의 액화석유가스는 다시 증발하여 가스를 발생하게 된다.
용기밸브를 다시 닫으면 가스가 증가하여 압력이 상승하고 결국 증발이 정지되어 일정한 압력을 유지하게 된다.
다. 증발
LPG가 증발하면서 주위로부터 열을 빼앗아 액화가스와 용기의 온도가 낮아지기 때문에 용기
표면에 이슬이 맺힌다.
LPG의 경우 빠른 속도로 계속해서 가스를 소비하게 되면 용기의 표면에 이슬이 맺히게 된다.
이것은 LPG가 증발하면서주위로부터 열을 빼앗아 액화가스와 용기의 온도가 낮아지기 때문
인데, 열을 빼앗아 가는 것은 더운 여름에 뜰에 물을 뿌리면 시원하게 되는 것과 같은 현상이며, 용기 표면에 이슬이 맺히는 것은 더운 여름날 얼음물이 담긴 컵의 표면에 이슬이 맺히는 것과 같은 현상이다.
※ 증발잠열 _ 어떤 액체 1kg을 일정한 기압하에서 같은 온도의 기체로 만드는데 필요한 열량을 증발잠열 또는 기화열이라고 한다. 액체프로판 1kg이 증발하면서 주위로부터 102kcal의 열을
빼앗아가게 되는데 이를 프로판의 증발잠열(기화열)이라 한다.
라. 가스의 액화
LPG는 액화하면 250ℓ의 기체가 1ℓ의 액체로 변화된다.
액화하기 전의 기체의 용적과 액화된 후의 용적을 비교하여 보면 250ℓ의 기체가 약 1ℓ의
액체로 변화됨을 알 수 있다. 액상태의 액화석유가스는 기체의 경우보다 상당히 작은 용적인
1/250로되어진다. 프로판은약 0.74MPa, 부탄은약0.11MPa 정도로 가압하면 액화된다.
반대로 용기 또는 저장탱크의 정상부에 있는 밸브를 열어두면 액화석유가스는 세차게
방출되며, 용기 또는 저장탱크내의 액화석유가스는 기체로 변화된다. 이것을 기화라고 한다.
이때 용적은 250배로 된다. 프로판만 있을 경우 대기중으로 방출시키면 기화되나, 부탄의
경우는 겨울철 영하의 온도에서는기화되기 어렵고 기화되어도 재액화될 가능성이 있다.
부탄의 이러한 특성 때문에 LPG 기화방식 자동차는 동절기 시동이 어렵다.
이를 방지하기 위해 부탄에 프로판을 첨가하여 충전하고 있다.
마. 액화가스의 팽창
액화가스의 온도가 상승하면 부피가 팽창하기 때문에 충전시 용기 내용적의 85%이하 충전
액상의 프로판이 온도상승한 경우 팽창하는 양은 상당히 크며, 실제 물팽창량의 약 20배 정도
이며, 구리등 금속의 팽창하는 양의 약 100배 정도이다
예를 들면 상온(15℃)일 때의 액체상태인 프로판의 용적을 100이라고 하면 60℃에서는
119.3이 된다. 즉, 60℃의 액체상태의 프로판의 용적은 15℃일 때의 용적보다 약 20% 증가
하게 된다. 이 수치는 LPG를 취급하는 사람은 누구나 기억해두어야 하는 중요한 수치이다.
만일 규정량 이상 충전하게 되면 온도 상승시 안전밸브가 작동할 수 있으며 최악에는 용기가
파열할 경우도 있다. 그러므로 이를 방지하기 위하여 용기 내용적의 85%를 초과하여
충전하지 못하도록 하는 것이다.