반도체용 특수가스란 반도체산업에서 사용되는 순수가스 및 혼합물을 의미한다. 이 산업은 고순도가 요구되기 때문에 밸브가 부착된 실린더는 사용되는 모든 기간 동안에는 가스의 누출을 최소화하기 위한 모든 조취를 강구해야 한다. 그러나 이러한 가스들은 대부분 높은 압력으로 저장이 되고 가연성, 독성, 부식성 등 각종 위험성을 포함하고 있으므로 비록 사용되는 가스가 불활성 일지라도 상당한 주의가 요구된다.

특히 2001년 발생한 미국 911테러 이후로는 이들 특수가스들이 대량학살 무기로 간주되고 있다. 지금부터 언급하고자 하는 것은 이 물질들을 취급하는 장소에서의 안전과 보안 수위를 높이고자 하는데 도움이 될 것으로 기대한다.

■특수가스의 위험성
특수가스는 해당 가스가 가지고 있는 고유한 위험성뿐만 아니라 화학적 생물학적 반응에 따른 위험성을 가지고 있으며, 한 가지 이상의 위험성을 함께 가지고 있는 경우가 많다. 가스의 공급자가 제공하는 물질보건안전자료(MSDS)는 해당 가스가 소유하고 있는 위험성과 안전한 취급 방법을 잘 제공하고 있다.

물리적 위험으로 압축가스는 주변 대기압보다 훨씬 높기 때문에 이러한 압력에너지로 인한 위험성을 내포하고 있다. 사람의 실수 또는 기기의 파손 등으로 인한 압력의 방출은 심각한 인명의 손상 또는 피해를 발생시킬 수 있다. 주변의 화재 또는 비정상적인 압력의 상승은 용기의 파손을 발생시킬 수 있고, 과충전 용기 또한 같은 위험성을 내포하고 있다.

액체로 저장된 초저온 액체는 △동상 △금속 파괴 △연무 발생 △열 수축 또는 팽창 △결빙 등과 같은 여러 가지 위험성을 가지고 있다.

화학적 위험으로 가연성 가스는 조연성 물질과 점화원이 같이 필요하다. 가연성 가스가 연소하기 위해서는 연소범위, 즉 연소하한계(LFL, Lower Flammable Limit)와 연소상한계(UFL, Upper Flammable Limit) 범위 내에서 존재하여야 하며, 이 범위를 벗어난 가연성 가스는 연소하지 않는다.

암모니아와 같은 몇몇 가스들은 특정 조건에서만 연소를 함으로써 가연성으로 취급되지 않으며, 또 다른 가스들은 제한된 옥내에서 누출이 일어나고 점화원이 존재하는 경우에 폭발을 일으킬 수 있다. 내부의 높은 압력은 용기의 파열시킬 수 있으므로 주의가 필요하다. 적절히 혼합된 가연성 가스는 대부분 급격한 연쇄반응을 시작하기 위하여 점화원이 필요하며, 또 어떤 가스들은 대기온도(약 54.4℃) 이하의 자연발화 온도를 가지고 있는 것들이 있으며 이러한 물질을 자연발화성 가스라 한다.

O₂, F₂, NF₃, N₂O, N₂O₂와 같은 산화성 또는 조연성 가스는 연소를 증진시키는 역할을 하며 직접 연소하지는 않는다. 이러한 가스들의 반응성은 압력과 온도 산화성의 정도에 따라 다르다. 일반적인 대기조건 상태에서는 상당히 안정한 물질인 그리스, 스테인리스 스틸 등도 높은 압력과 온도에서는 산화성 가스의 존재 하에서 격렬하게 연소될 수 있다. 즉, 산화성 가스를 취급하는 배관 또는 기기들은 이러한 가스를 투입하기 전에 내부에 어떠한 물질도 남지 않도록 청소를 확실히 수행해야 한다.

불소는 가장 강력한 산화제로서 이 물질을 취급하는 기기 또는 배관은 반드시 사용 전에 보호막입힘(Passivation)을 수행하여야 한다. 강력한 산화제인 플로린(F2) 또는 질소트리플루오르화물(NF3) 등은 금속을 대기온도에서도 연소시킬 수 있다. 미립자 형태의 알루미늄, 카본스틸, 스테인리스스틸 산화성 가스의 존재 하에서 즉각적으로 연소될 수 있다.

추광호 (주)원익머트리얼즈 상무
khchoo@wimco.co.kr
화공기술사, 국제기술사, MBA

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