LEL과 UEL (Explosive Limit)

화학물질 또는 소재를 검토하기 위해 기술자료나 TDS, MSDS 등을 보면 LEL과 UEL이 표기된 경우가 더러 있습니다. 보통 가연성의 기체나 vapor 대상으로 기재가 되는데요, 예를 들자면 아래처럼 말이지요.

- 화학물질의 property에 보면 간혹 LEL/UEL이 표기되어 있다. -

이 데이터가 기재된 단위를 보면 %로 되어 있으므로, 쉽게 눈치를 챌 수도 있겠고, 이런 부분들을 사소하게 보고 넘어가는 경우도 더러 있으나, 이런 사소한 것들을 아는 것과 모르고 있는 것은 점점 누적되어 결국에는 큰 차이로 나타난다는 것을 언제나 이야기하고 싶습니다.

 

LEL과 UEL (Lower Explosive Limit, Upper Explosive Limit)

연료와 점화원, 산소라는 연소의 3요소에 대해서는 아마 들어본 적이 있을 겁니다. 그리고, 여기서 연료와 산소의 적절한 비율이 필요하게 되는데요, 적정 농도라는 것이 있다는 뜻입니다. 다시 말해, 공기 중에서 연료 물질이 폭발 내지 가연성을 가지기 위해서는 최저 농도와 최고 농도가 존재하게 되고, 이 두 농도 사이에서 폭발 내지 연소가 이루어지는 것인데요, 우리말로 옮기자면 LEL(Lower Explosive Limit)은 최저폭발한계, UEL(Upper Explosive Limit)은 최고폭발한계가 됩니다. 간단한 도식으로 그려보면 아래와 같습니다.

- LEL과 UEL -

예를 들면, Methane의 LEL과 UEL은 5%와 17%인데요, 그러면 methane의 농도가 5% 이하에서는 methane이 불충분, 다시 말해 산소가 과량이므로 연소가 일어나지 않으며, methane의 농도가 17% 이상에서는 산소가 불충분, 다시 말해 methane이 과량이므로 연소가 발생하지 않습니다. 물론, 이 값들은 일반적으로 상온과 상압에서의 수치이므로 온도나 압력 조건 등 다른 조건들도 고려해야 됩니다. 당연히 온도가 높아지면 연소 가능 범위는 넓어지겠죠. 압력이 높아져도 넓어질 테고요.

 

자, 그러면 우리가 어떤 가연성 물질을 다룬다고 생각을 해봅시다. 저 같으면 이 물질을 보관할 때 당연히 LEL 이하로 희석시켜서 보관할 것 같네요. 제가 공정 중에서 이 물질을 다룬다면 안전 마진까지 고려해서 기준을 정해 농도를 낮출 테고요.

 

참고로, 혼합물의 LEL 계산 방법은 단순하게 르 샤틀리에의 법칙을 적용해서 계산하면 됩니다.