1. 서 론

이번 회에는 질량 유량계(열식 유량계, 코리올리식 유량계)로서, 유량을 아날로그 신호 또는 디지털 신호로 출력하는 매스 플로우(이하 MFM)와 유량 신호를 기반으로 유량 제어를 수행하고 매스 플로우 컨트롤러가 사용되는 환경에서의 안전에 관해 설명한다. 본문에서는 MFM과 MFC를 통칭하여 매스 플로우라 한다.

이번 회를 집필하던 중 사이타마대학 공학부 실습 공장과 연구실험실에서 폭발 사고가 발생해 교직원 한 명이 부상당했다. 자세한 내용은 확인되지 않았으나, 실험 중 용기(일반적으로 봄베라고 불리는 경우가 많다)가 발화하여 폭발했다는 뉴스를 접하고 예전의 한 사고가 떠올랐다. 이번에는 한 명이 다친 것으로 끝났지만, 예전에 같은 대학 연구 기관에서 인명 손실이 발생한 비참한 사고가 있었다. 교훈을 다시금 되새기면서 유량계나 매스 플로우가 설치되는 환경이 얼마나 위험한지 인식해 주었으면 한다.

2. 특수 고압가스 모노실란이 유발한 사고 사례

사고의 주인공은 모노실란 가스였다. 모노실란은 특수 고압가스로 분류된다. 특수 고압가스란 일반적인 고압가스보다 위험성이 높은 가스군을 말한다. 각각이 광범위한 폭발 범위를 가지며, 자연 발화성이나 분해 폭발성과 같은 가연성, 한계 농도가 극히 낮은 독성을 지니고 있어 위험하다고 판단된 물질이다. 폭발 범위는 수소가 4.0~75vol%(공기)인 반면, 포스핀은 1.32~98vol%, 모노실란은 1.37~100vol %, 디실란에 이르러서는 0.5~100vol%이다. 이 3종은 상온의 습한 공기와 접촉함으로써 발화한다. 이러한 가스를 소화기로 진압하더라도 연소에 필요한 공기를 일시적으로 차단하는 데 그칠 뿐이며, 누출을 막지 않으면 공기와 다시 접촉했을 때 재점화되는 성질을 가진다.

분해 폭발성을 지닌 모노게르만은 가연성 가스만으로 발화원이 있으면 타오르며 폭발하는 매우 위험한 가스로, 연소성 가스가 필요하지 않다. 다른 이야기이긴 하지만, 특수 고압가스는 아니지만 분해 폭발성으로 유명한 가스로 아세틸렌(C2H2)이 있다. 보도된 바에 따르면 앞서 언급한 사이타마대학교 사고는 이 아세틸렌가스 때문이 아니었을까 하는 추 되고 있으며, 이전에 도쿄 지하에 매립된 용기에서 누출되어 폭발한 것도 세틸레인인 점을 고려하면 어떤 의미에서는 모노실란보다 더 친숙하면서도 위험한 가스라 할 수 있다. 아세틸렌은 가연성 가스 중에서도(매우 고온에서 연소하므로) 금속의 용접 및 용단 가공에 적합하다. 또한 프레임 원자 흡광 분광기와 같은 분석 장치나 다이아몬드 박막 제조 장치 등에 사용되고 있다. 그러나 액화 가스를 용기에 채운 아세틸렌은 용기에서 폭발 사고를 일으킨다. 과거에는 그로 인해 운송 사고가 잇따랐다. 따라서 아세톤 등에 용해한 후 용기에 담아 사용한다(한눈에 식별할 수 있는 갈색 용기 사용). 한편 이러한 분해 폭발성에 대해서는 각종 가스로 실험 검증이 이루어져 있으며, 모노실란·알신·디실란·포스핀·디보란·셀렌화수소에 대해서는 분해 폭발이 없음이 입증됐다. 그렇다고 안심해서는 안 된다. 분해 반응에서 생성되는 열량이 큰 가스는 용기 내 압력이 급상승하며, 용기의 파괴 압력을 초과하면 파열 사고가 발생할 수도 있으므로 주의해야 한다. 정해진 충전량을 준수하고, 화재로 인해 용기 주변 온도가 올라가지 않도록 각별한 주의가 필요하다.

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⇒ 본고는 월간지 ‘計測技術’(일본, 일본공업출판주식회사 발행)2025년 11월호(연재)를 번역·전재한 것입니다. 본 기사의
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