[기고] CNG 자동차 안전관리
[기고] CNG 자동차 안전관리
  • 장갑만 한국가스안전공사 가스안전연구원
  • 승인 2010.07.05
  • 댓글 0
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CNG차 연료장치 부품 인증제도 필요
▲ 장갑만 한국가스안전공사 가스안전연구원 안전연구실 신뢰성연구부 선임연구원
국내의 경우 천연가스를 연료로 사용하는 천연가스자동차(NGV: Natural Gas Vehicle)는 도심지 환경오염 개선 및 석유 대체 수송 에너지의 사용을 위하여 도입되기 시작했으며 특히 디젤 자동차가 배출하는 대기 오염물질의 양이 전체 자동차에 의한 오염물질의 약 1/3 이상을 차지하는 등 디젤 자동차에 의한 대기오염이 매우 심각함에 따라 이를 저감시키기 위하여 천연가스자동차의 도입을 정부 주도적으로 추진하였다.

따라서 환경부 주관으로 자동차 제조사에서 시험·홍보용으로 사용하기 위하여 제조한 소형 천연가스자동차 9대로 국내 최초로 공식적인 천연가스자동차 시범 운행을 시작하고 1998년도 7월27일부터 인천시의 삼환교통에서 시내버스 2대, 경기도 안산시의 경원여객에서 시내버스 1대 및 한국가스공사에서 업무용 버스 1대를 도입하여 사용하기 시작하였다.

그리하여 2010년 6월 현재 약 2만5천여대의 천연가스자동차를 보급하였으며 특히 버스의 경우 중국, 우크라이나에 이어 세계 3위의 보유국으로 자리매김하고 있다.

CNG자동차 연료장치 구성부품의 종류

천연가스자동차의 엔진과 일반 디젤엔진의 차이점은 연료장치에서 출발한다. 연료를 저장하는 저장용기, 연료의 압력과 양을 제어하는 장치가 모두 CNG 자동차 엔진의 연료장치를 구성하게 된다.

연료의 흐름은 천연가스 충전소의 충전노즐에서 자동차의 주입구(리셉터클) 체크밸브를 거쳐 용기에 저장되고 저장된 용기의 연료는 배관라인을 따라서 고압의 상태를 저압으로 조정하여 엔진의 연소실로 주입된다.

천연가스자동차 연료장치 구성부품은 약 17종으로 고압의 CNG를 충전하기 위한 용기가 있고 용기에 부착되어 있는 용기 부속품으로는 자동실린더 밸브, 수동 실린더 밸브, 화염에 휩싸일 경우에 과도한 온도를 감지하여 실린더의 파열을 방지하기 위해 가스를 배출시켜 주는 일회용 소모성 장치인 압력방출장치가 있다. 또 유량이 설계 설정값을 초과하는 경우 자동으로 흐름을 차단하거나 제한하는 밸브인 과류 방지 밸브가 용기용 밸브 내에 부속품으로 구성되어 있다.

또한 CNG 연료주입 노즐과 결합하여 차량에 연료를 보내주는 리셉터클이 있으며 체크밸브, 플렉시블 연료호스(fuel hose), CNG 필터, 압력조정기, 가스/공기 혼합기, 압력계 등이 있다.

인증제도가 필요한 이유

선진국의 경우 대부분 CNG 자동차 연료장치 부품에 대한 인증기준을 가지고 있고 자국의 자동차에 적용하기 위해서는 자국인증기준에 적합한 부품을 사용하도록 하여, 자국의 산업을 보호하는 정책을 시행하고 있다.

미국의 경우에는 ANSI NGV3.1, 유럽의 경우에는 유럽통합규격인 ECE R-110 그밖의 나라의 경우에는 ISO 15500 시리즈의 기준으로 인증을 받은 부품을 사용하도록 하고 있다.

이처럼 선진국의 경우 CNG 자동차 연료장치 구성부품 인증기준은 보급이 많이 된 CNG 승용차를 목표로 하여 작성된 규정이라고 할 수 있다.

승용차는 일주일에 1∼2회 충전을 하며 운행조건이 국내 CNG 자동차의 대부분을 차지하고 있는 CNG 버스의 운행환경보다 좋은 것이 사실이다.

반면 국내의 CNG 버스의 운행환경은 급속충전, 오일전이, 긴 운행시간, 긴 운행거리 등으로 실차 운행 환경이 열악하여 CNG 연료장치 구성부품의 신뢰성 확인검증이 반드시 필요하다.

예를 들면 CNG버스의 1개월 운행거리가 1만km 이상으로 평균 승용차의 10배의 운행거리를 갖는다.

따라서 연료장치 구성부품의 국내 검사제도가 필요하며 국내의 환경에 맞는 연료장치 구성부품의 제조 및 검사·인증기준을 제정하여 안전성을 확보할 필요가 있다.

CNG 용기부속품
리셉터클 검사규정 제정 필요

CNG 용기부속품은 CNG 용기에 저장된 천연가스의 흐름을 조절하는 밸브(안전밸브)로 용기내부가 화재 등의 원인으로 이상 고압 상태가 되었을 때 용기의 파열을 방지하기 위해 내부의 가스를 대기 중으로 방출시키는 안전밸브인 압력방출장치가 포함되어 있으며, 충돌 사고시 배관의 손상 등에 의해 가스가 방출되는 것을 막기 위해 과류방지밸브가 내장되어 있다.

따라서 자동 실린더 밸브 또는 수동 실린더 밸브가 압력방출장치(PRD)와 과류방지 밸브를 포함하여 한 개의 밸브로 구성되어 있다.

밸브(안전밸브)는 현재 고압가스안전관리법 제 17조에 따라 검사를 받고 있지만 천연가스자동차용 용기부속품 규정이 아닌 질소, 산소 등의 고압가스 용기밸브를 검사하는 규정인 KGS AA311 고압가스용 용기부속품 제조의 시설ㆍ기술ㆍ검사 기준을 준용하여 검사하고 있는 실정이다.

따라서 차량용인 천연가스자동차에 적합한 검사기준을 제정하여 자동차의 안전성을 확보하는 기준 제정이 필요하다.

또한 리셉터클의 경우 다른 부품과는 달리 항상 외부에 접하고 있어 이물질의 침입 가능성이 가장 큰 부품으로서 충전 전후에 이상 여부를 확인할 필요가 있으며 이물질이 묻어 있는 경우에는 압축공기 등으로 불어내고 충전하여야 한다.

특히 세차 후 또는 비오는 날 충전시 충전구 입구에 수분이 묻어있을 경우 용기내부로 수분이 유입되어 부식을 일으키거나 압력조정기의 다이아프램에 부착되어 동결될 우려가 높으므로 특별히 주의해야 되는 부품이다.

하지만 CNG자동차 리셉터클의 경우 관련법을 정비하지 않아 국내기준이 없어 외국의 기준에 의해 인증을 받은 부품을 사용하고 있는 실정으로 검사기준 제정이 필요하다.

CNG자동차 연료장치
구성부품 인증제도 도입 필요

CNG 자동차 연료장치 구성품 중 고압으로 위험성이 있거나 저압이지만 부품에 대한 신뢰성의 확인이 필요한 부품의 경우에는 검사기준이 아닌 인증기준을 운용하는 것이 타당할 것으로 여겨진다. 그 대상 부품으로는 체크밸브, CNG필터, 압력조정기, 수동밸브(차단밸브), 플렉시블 연료호스, 가스 유량 조절기, 가스·공기 혼합기 등이 될 것이다.

최근 자유무역협정(FTA)이 전세계적으로 체결됨에 따라 기술표준에 대한 논의도 활발히 진행되고 있다. 자유무역협정(FTA)은 국가마다 국익을 증진시키기 위한 차원에서 확대되는 추세이고 우리나라도 동시다발적으로 여러 국가와 함께 FTA체결을 추진하고 있다.

특히 기술표준분야는 WTO의 목적상 투명성 제고를 목적으로 하고 있으나 기술표준은 비관세 장벽으로 작용할 수 있는 잠재적, 부정적인 영향도 있기 때문에 FTA 협상 국가간에 첨예하게 대립각을 세우는 경우가 있다.

우리나라의 경우 CNG 연료장치의 인증기준은 용기에 대한 검사 기준과 연료장치의 구조에 대한 시설기준은 보유하고 있으나 구성부품 각각에 대한 인증기준이 없기 때문에 자동차 분야에서 CNG 연료장치에 대한 기술표준 합의가 필요하다.

가스시설을 구성하는 각 구성품들은 고압가스안전관리법의 저촉을 받고 있으므로 가스제품은 검사 또는 인증을 받아 관리될 필요가 있다.

특히 고압의 가스제품에 대한 인증은 인증기관을 다수로 하면서 인증수요자가 인증기관 선택의 폭을 넓힐 수 있어 사전인증에 해당하는 검사제도보다는 다소 유연성이 있다고 할 수 있다. 따라서 고압가스 안전관리를 함에 있어서 고압가스안전관리법에 가스제품에 대한 효율적인 인증제도의 도입이 반드시 필요하다. 이는 국내·외 가스제품에 대한 일정수준 이상의 안전관리를 유지하면서 가스제품 제조자에게는 인증기관 선택의 폭을 넓히고 국외 인증에 따른 핵심기술 유출, 비용부담 및 시간소요 등의 불편을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한 CNG 연료장치 안전관리 제고를 위해서는 세계 각국의 기준이 통일되고 상호 인정할 수 있는 제도의 개선이 필요하며 구성부품업체의 부단한 기술개발이 수반될 때 CNG 자동차의 안전성은 한단계 향상될 것으로 예상된다.


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