고압가스 반도체 특수가스 캐비닛 설치 기준 완벽 정리

이 글의 목적은 반도체·디스플레이·연구소에서 사용하는 고압 특수가스를 안전하게 취급하기 위한 특수가스 캐비닛 설치 기준과 법규 요구사항을 정리하여, 설계·인허가·시공·검사 단계에서 바로 활용할 수 있는 실무 지침을 제공하는 것이다.

1. 특수가스 캐비닛의 개념과 법적 위치

특수가스 캐비닛은 독성·특수가스·특수고압가스를 실린더 상태로 보관·사용할 때, 화재와 누출 시 위험을 국소적으로 제어하기 위해 제작된 밀폐형 배기 캐비닛을 말한다. 주로 반도체용 특수가스를 저장·공급하는 장치로 사용되며, 고압가스 안전관리법 체계에서는 개별 용기 자체는 고압가스 용기이고, 캐비닛은 이를 수용하는 사용설비의 일부로 해석되는 경우가 많다.

국내 법령에서는 포스핀, 압축모노실란, 압축디보레인, 디실란, 게르만, 셀렌화수소 등 반도체 공정용 고위험 가스를 특수고압가스 또는 특수가스로 분류하여 별도의 허가·신고 기준과 강화된 기술기준을 적용하고 있다.

1.1 특수고압가스·특수가스 분류 개요

고압가스 안전관리법 시행규칙 및 관련 고시에 따라 반도체 공정에서 사용하는 고위험 가스는 대략 다음과 같이 분류된다.

특수고압가스의 대표 예시: 압축모노실란(SiH₄), 압축디보레인(B₂H₆), 디실란(Si₂H₆), 게르만(GeH₄), 셀렌화수소(H₂Se), 포스핀(PH₃) 등
특수가스(시행령·시행규칙에서 정의): 위 가스들을 포함하여 독성·자연발화성·강산화성 등으로 특별 관리가 필요한 고압가스
그 외 고압가스: 산소, 질소, 아르곤 등 일반 고압가스, LPG, LNG 등 액화가스 등

특수가스 캐비닛은 이러한 특수고압가스·특수가스를 안전하게 보관·사용하기 위한 핵심 설비로, 저장시설·사용시설에 대한 KGS Code와 NFPA 55, 국제화재코드(IFC) 등의 기준을 동시에 고려하여 설계하는 것이 일반적이다.

1.2 관련 법규·코드 체계

실무에서 특수가스 캐비닛 설치 기준을 검토할 때 주로 참조하는 체계는 다음과 같다.

구분	주요 내용	설계 시 활용 포인트
고압가스 안전관리법 및 시행령·시행규칙	제조·저장·사용·판매·수입업 시설기준(별표 4, 8, 9 등), 특수고압가스·특수가스 정의와 허가·신고 기준	허가·신고 대상 여부, 저장능력 산정, 안전관리자·취급자 교육 의무 확인
KGS Code (예: FU111, FU211, FU212 등)	저장시설·사용시설에 대한 세부 기술기준(건축, 배관, 압력방출, 누출검지, 환기 등)	설계·시공 도면 기준, 검사 체크리스트의 기준선으로 활용
NFPA 55, NFPA 1, IFC 등	독성·고독성·자연발화성 가스에 대한 실린더 캐비닛, 가스룸, 배기 인클로저 요구사항	캐비닛 내부 스프링클러, 허용 용기 수, 음압 유지, 이격·분리 기준에 직접 영향
SEMI S2, SEMI S6 등	반도체 장비 안전·환기 성능 요구사항	Fab 인수시험(FAT/SAT) 및 FAB 내부 안전 기준과 연계

주의 : 본문에서 제시하는 사항은 국내외 주요 기준을 정리한 것이며, 실제 설계·인허가 시에는 항상 최신 법령과 KGS 코드, 관할 지자체 및 한국가스안전공사(KGS)의 해석을 추가로 확인해야 한다.

2. 특수가스 캐비닛 설치가 요구되는 상황

일반적으로 다음 조건에 해당하는 경우 특수가스 캐비닛 또는 동등 이상의 배기 인클로저가 요구된다.

독성 또는 고독성 가스를 옥내에서 보관·사용하는 경우
자연발화성(피로포릭) 가스를 실린더 상태로 사용하는 경우
특수고압가스·특수가스 중 누출 시 작업자 인명·설비에 치명적 영향을 줄 수 있는 가스를 다량 또는 연속 사용하는 경우
FAB·연구소 등에서 가스공급실이 별도로 구획되지 않고, 공정 장비에 근접해 실린더를 배치해야 하는 경우

NFPA 1 및 NFPA 55에서는 독성 및 고독성 가스를 옥내에서 보관·사용할 때 가스 캐비닛, 배기 인클로저, 가스룸 중 하나로 수용하도록 요구하며, 국내 반도체 특수가스 설비도 이와 유사한 개념으로 설계·심사를 받는 경우가 많다.

주의 : 동일한 가스라도 저장량, 실 규모, 주변 용도, 방폭 구역 설정 등에 따라 캐비닛 설치 의무 여부가 달라질 수 있으므로, 초기 설계단계에서 허가·신고 담당자와 건축·소방·가스 설계자가 함께 기준을 정리하는 것이 바람직하다.

3. 특수가스 캐비닛 위치 선정 기준

3.1 실 단위 배치 기준

특수가스 캐비닛의 위치는 화재·누출 시 가스를 신속하게 배출하면서도 피난과 비상 대응에 유리하도록 선정해야 한다.

가능하면 별도의 가스공급실 또는 독립된 위험물 취급실에 설치한다.
인원 상주 공간(사무실, 휴게실 등)과는 방화구획으로 명확히 분리한다.
피난 경로(계단, 복도)의 직선 연장상에 두지 않고, 누출 시 피난 동선과 교차되지 않도록 배치한다.
배기 덕트 동선을 고려해, 상부 배기구와 외부 배기 포인트 사이의 경로가 짧고 굴곡이 적도록 배치한다.
바닥 배수 및 누출 시 세정수를 취합할 수 있는 트렌치·폐수라인과의 연계를 고려한다.

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3.2 캐비닛 간 및 타 설비와의 이격

NFPA 55 등 국제 기준에서는 캐비닛 내 용기 수 제한(통상 3본 이내)과 더불어, 서로 다른 위험 특성을 가진 가스를 별도 캐비닛에 분리할 것을 요구한다.

자연발화성 가스와 산화성 가스는 동일 캐비닛 내 수용을 피하고, 가능한 한 다른 캐비닛 또는 가스룸으로 분리한다.
고독성 가스와 상대적으로 위험도가 낮은 가스를 혼합 수용하는 대신, 고독성 가스 전용 캐비닛을 별도로 구성한다.
캐비닛 전면에는 비상 작업 공간(점검·실린더 교체 공간)을 확보하고, 그 영역을 피난 동선과 중복되지 않도록 계획한다.
전기설비, 가연성 물질 보관고 등과는 방폭·방화 관점에서 충분한 이격을 확보한다.

4. 특수가스 캐비닛 본체 설계 기준

4.1 구조·재질·내화 성능

반도체용 특수가스 캐비닛은 일반적으로 불연성 재질(강판 등)로 제작된 밀폐형 구조이며, 화재 시 내부에서 발생하는 고열·압력에 대해 일정 시간 견딜 수 있도록 설계된다.

본체 재질은 불연성(예: 강판)으로 하고, 용접·접합부는 기밀성이 확보되도록 설계한다.
문은 자동폐쇄(self-closing) 기능을 갖추고, 개폐 시에도 캐비닛 내부 음압이 가능한 한 유지되도록 구조를 설계한다.
전면 관찰창은 방화유리 또는 동등 수준 이상의 내열·내화 강도를 확보한다.
실린더 고정용 체인·클램프를 설치하여, 지진·충격 등에도 용기가 넘어지지 않도록 설계한다.

4.2 허용 용기 수와 내부 배치

NFPA 55에서는 독성·고독성·자연발화성 가스를 수용하는 가스 캐비닛 내 용기 수를 3개 이하로 제한하고 있으며, 국내 특수가스 설비도 이를 기준으로 설계하는 사례가 많다.

일반적으로 1캐비닛당 동일 가스 용기 1~3본을 수용하도록 설계한다.
실제 허용 용기 수는 법령, 인허가 조건, 제조사 사양, 배기 성능 등을 종합하여 결정한다.
실린더 밸브 조작 공간과 전면 도어 개구 각도를 고려해, 밸브 조작 시 안전거리가 확보되도록 내부 레이아웃을 설계한다.

4.3 내부 소방설비(스프링클러) 적용

독성·고독성·자연발화성 가스를 위한 가스 캐비닛은 NFPA 55 등에 따라 내부 스프링클러 또는 동등 수준의 화재 억제 시스템을 요구하는 경우가 많다.

캐비닛 상부에 내식성 스프링클러 헤드를 설치하고, 빌딩 소화배관과 연계한다.
스프링클러 작동 시 발생하는 소화수를 환경·배관 시스템에서 적절히 처리할 수 있도록 폐수 처리 설비를 계획한다.
일부 장비는 내부 미스트 소화, 가스 소화 등 대체 시스템을 사용할 수 있으며, 이 경우 소방·가스 안전기관과 사전 협의가 필요하다.

5. 배기·환기 및 음압 제어 기준

특수가스 캐비닛 설치 기준에서 가장 핵심이 되는 요소는 배기·환기 설계이다. 캐비닛은 주변 공간에 대해 음압을 유지하고, 누출된 가스를 신속하게 외부로 배출하는 구조여야 한다.

5.1 배기 방식과 덕트 구성

캐비닛 상부에 전용 배기구를 설치하고, 전량을 옥외로 배출한다.
가능하면 캐비닛 전용 배기 라인으로 구성하고, 산성가스·염소계 가스 등은 별도의 내식성 덕트를 사용한다.
배기량은 캐비닛 내부 누출 시 가스 농도가 허용기준 이하로 유지되도록 산정하며, 일반적으로 캐비닛 전면 개구부 면적과 목표 면속도(예: 0.3~0.5 m/s 수준)를 고려하여 결정한다.
배기 라인에는 역류 방지댐퍼, 차단댐퍼, 비상 차단장치 등을 설치하여, 화재·전원 상실 시 역류·재유입을 방지한다.

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5.2 음압 유지 및 모니터링

캐비닛 내부 압력은 주변 실 대비 음압(예: -5 Pa 수준)을 유지하는 것을 목표로 설계한다.
차압계 또는 차압 스위치를 설치하여 배기 팬 이상·필터 막힘 등에 따른 음압 상실을 감지하고 경보를 발생시킨다.
필터·스크러버를 사용하는 경우, 압력손실 증가에 따른 배기량 저하를 고려해 팬 용량과 제어 로직을 설계한다.

주의 : 배기 설계는 가스 특성(비중, 반응성, 부식성), 인접 설비와의 상호 영향, 소방·방폭 설계와 긴밀히 연계해야 하므로, 초기 설계단계부터 건축·소방·기계·가스·전기 설계자가 동시에 검토하는 것이 바람직하다.

6. 가스배관, 감압·차단 장치, 퍼지 라인 설치 기준

6.1 캐비닛 내부 배관·밸브 구성

특수가스 캐비닛 내부 배관은 고순도·고청정 가스 공급을 전제로 하면서도, 누출·화재에 대한 안전 기능을 동시에 만족해야 한다.

배관은 고순도 스테인리스강(예: 316L) 튜브를 사용하고, 오비탈 용접 또는 동등 수준의 고청정 접합을 적용한다.
가스 감압밸브, 차단밸브, 체크밸브 등은 특수가스용(고순도·부식성 대응) 인증 제품을 사용한다.
실린더 밸브 바로 하단에 수동 차단밸브와 자동 차단밸브를 조합한 이중 차단(double block) 구성을 적용하는 것이 일반적이다.
배관 기울기와 드레인 포인트를 고려하여, 세정·퍼지 시 잔류 가스·세정액이 체류하지 않도록 설계한다.

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6.2 퍼지(배기) 라인과 N₂ 공급

실린더 교체 및 유지보수 시 잔류 가스를 제거하기 위한 퍼지 라인과 N₂ 배관을 필수적으로 구성한다.
퍼지 배출은 스크러버 또는 폐가스 처리장치로 연결하고, 직접 대기로 배출하지 않도록 한다.
퍼지 시퀀스(밸브 개폐 순서, 시간 등)는 자동제어 로직으로 구현하고, 비상 정지 시에도 안전한 상태로 정지되도록 설계한다.

7. 가스누출검지, 경보 및 인터록

7.1 가스누출검지기 설치

특수가스 캐비닛에는 최소 1개 이상의 가스누출검지기를 설치하여 캐비닛 내부 누출 여부를 실시간으로 감시해야 한다.

검지기는 캐비닛 내부 하단·배기구 인근 등 누출 시 가스가 모이거나 통과하기 쉬운 위치에 설치한다.
검지 대상 가스별로 전용 센서를 사용하거나, 복합가스 검지기를 사용할 수 있다.
검출감도, 응답시간, 교정주기 등은 취급 가스의 독성·인화성 등을 고려하여 선정한다.

7.2 경보 및 안전 인터록

누출검지 농도가 1차 경보치를 초과하면 시각·청각 경보를 발하고, 관리실·관제센터에 신호를 전송한다.
2차 경보치 초과 시에는 자동으로 가스 차단밸브를 닫고, 필요 시 공정장비 가스를 차단하며, 비상 배기량을 증대하는 인터록을 구성한다.
비상정지버튼(E-stop)을 캐비닛 주변 눈에 잘 띄는 위치에 설치하여, 작업자가 즉시 가스를 차단할 수 있도록 한다.
전원 상실·제어 시스템 장애 시에도 안전측 실패(fail-safe)가 되도록, 밸브 구동 방식(스프링 리턴 등)을 선정한다.

주의 : 누출검지기의 경보 설정값은 법규·표준, MSDS(안전보건자료), 사업장 내부 기준을 종합하여 결정해야 하며, 인허가·검사 시 근거 자료를 제시할 수 있도록 문서화해야 한다.

8. 소방·방재 설비와의 연계

특수가스 캐비닛이 설치된 실에는 자동화재탐지설비, 자동식 소화설비(스프링클러, 가스소화설비 등)를 설치한다.
캐비닛 내부 스프링클러 작동 시 비상배기, 가스 차단, 공정설비 정지 등이 연동되도록 제어 로직을 구성한다.
방폭구역으로 분류되는 경우, 전기기기·배선은 방폭형을 적용하고, 접지·정전기 대책을 병행한다.
화재·누출 비상 대응계획(Emergency Response Plan)에 특수가스 캐비닛 관련 절차(접근 제한, 피난 범위, 소화 방법)를 명확히 포함한다.

9. 설치·인허가·검사 실무 체크리스트

반도체 특수가스 캐비닛은 고압가스 설비 중에서도 위험도가 높아, 인허가 및 검사 절차가 복잡한 편이다. 최근에는 대표설비 제조검사를 받은 가스 캐비닛에 대해 현장 완성검사를 일부 면제하는 제도도 도입되고 있어, 설계단계에서부터 검사 전략을 함께 수립하는 것이 중요하다.

9.1 단계별 실무 흐름

기본계획 단계 가스 수요량, 가스 종류, 연간 소비량을 바탕으로 저장능력·사용능력·배관 경로를 개략 설계한다.
법규 검토 및 인허가 전략 수립 특수고압가스·특수가스 해당 여부, 허가·신고 대상 여부, 안전관리자·취급자 교육 의무를 검토하고, 제조시설·저장시설·사용시설 중 어떤 범주로 인허가를 받을지 결정한다.
상세 설계 캐비닛 위치, 배기·덕트, 가스배관, 소방·전기 인터록, 스크러버, 누출검지기, 제어시스템 등을 포함한 P&ID, 레이아웃 도면을 작성한다.
제조·구매 및 FAT 캐비닛 제조사로부터 형식승인·제조검사 성적서, 누설시험 결과, 내압·기능 시험 결과 등을 확보하고, 필요 시 FAT(Factory Acceptance Test)를 수행한다.
현장 설치 및 SAT 배관 용접·누설시험, 인터록 기능시험, 누출검지기·경보 시험을 포함한 SAT(Site Acceptance Test)를 수행하고, 기록을 보존한다.
공사 완료 및 검사 한국가스안전공사 및 관할 지자체의 완성검사·정기검사에 대비하여 도면, 계산서, 시험 성적서, 교육 기록 등을 정리하여 제출한다.

9.2 설치·검사 체크리스트 표

항목	주요 기준	도면/문서	현장 확인 방법
가스 분류·저장능력	특수고압가스·특수가스 해당 여부, 허가·신고 기준 충족 여부	가스 리스트, 연간 사용량 계산서	실린더 수·용량과 도면·계산서 비교
캐비닛 위치·이격	별도 가스실 설치 여부, 피난 동선과의 분리, 타 설비와의 이격	평면도, 피난계획도	실측 이격거리, 방화구획 구조 확인
배기·음압 설계	전용 덕트 여부, 배기량 산정, 음압 유지	덕트 평면도·단면도, 팬 성능곡선	풍량 측정, 차압계·알람 시험
소방·인터록	내부 스프링클러, 가스 차단, 비상배기 연동	인터록 논리도, 제어 로직 설명서	시퀀스 시험, 알람·차단 기능 시험
누출검지기	검지 위치·종류, 경보 설정값, 교정 계획	검지기 배치도, 사양서, 교정 절차서	시험 가스 주입 시험, 경보·인터록 연동 확인
문서·교육	운전·비상조작 절차서, 취급자 교육 기록	SOP, 교육 자료·출석부	취급자 인터뷰, 긴급조치 숙지 여부 확인

주의 : 위 체크리스트는 대표 항목을 정리한 것으로, 실제 검사 시에는 관할기관·검사원 요구에 따라 추가 자료(계산서, 위험성평가서, 비상대응계획 등)를 준비해야 한다.

10. 반도체 FAB에서 자주 발생하는 하자·지적 사례

캐비닛 배기 라인을 일반 배기와 혼합 연결하여, 독성가스 누출 시 다른 구역으로 확산될 우려가 있는 경우
캐비닛 전면 작업 공간 부족으로 실린더 교체 시 피난 동선과 중첩되는 경우
인터록 시험 성적서 누락, 실제 운전 모드와 도면·논리도 불일치
누출검지기 교정 주기·절차 미비, 경보 설정값 근거 미제시
캐비닛 제조사 성적서(내압시험, 누설시험 등) 누락 또는 국문 요약본 미제출
방폭·접지 부족으로 정전기 점화원 위험이 지적되는 사례

주의 : 특수가스 캐비닛 설치 시 가장 중요한 것은 “서류와 현장이 일치하는가”이다. 도면·계산서·절차서·시험 성적서에 기재된 내용이 실제 배관·배기·제어 구성과 정확히 일치하도록, 설계·시공·검사 전 단계에서 상호 검증을 반복해야 한다.

FAQ

Q1. 특수가스 캐비닛 1대에 실린더는 몇 본까지 넣을 수 있는가?

NFPA 55에서는 독성·고독성·자연발화성 가스를 수용하는 가스 캐비닛에 대해 보통 3본 이내로 제한하고 있으며, 국내 반도체 특수가스 설비도 이를 준용하는 사례가 많다. 다만 실제 허용 용기 수는 고압가스 안전관리법·KGS Code·관할기관의 인허가 조건·제조사 사양·배기 성능을 모두 고려하여 결정해야 한다.

Q2. 캐비닛을 옥외에 설치하면 기준이 완화되는가?

옥외 설치 시 실내 인원 피난·환기 측면의 부담이 일부 줄어들 수 있으나, 특수가스·특수고압가스를 사용하는 이상 가스누출검지, 배기·음압, 차단밸브 인터록 등 핵심 안전 기능은 동일하게 요구된다. 또한 옥외 설치 시에는 방수·동파 방지, 직사광선·강풍·지진 등 외부 환경을 고려한 구조 설계가 추가로 필요하다.

Q3. 특수가스 캐비닛 관련 검사에서 어떤 서류가 특히 중요하게 보이는가?

실무에서는 다음 서류가 중점적으로 확인되는 경우가 많다.

가스 리스트 및 저장능력·사용능력 계산서
평면도, 단면도, P&ID, 배기·덕트·배관 상세도
캐비닛 제조검사 성적서, 형식승인·인증서
누설시험·내압시험·인터록 시험 성적서
가스누출검지기 사양·배치도·교정 기록
운전·비상조작 절차서, 취급자 교육 기록

Q4. 기존 일반 실린더 랙을 특수가스 캐비닛으로 교체할 때 핵심 체크 포인트는 무엇인가?

우선 기존 배기·덕트 용량이 특수가스 캐비닛 요구 수준을 만족하는지 검토해야 한다. 다음으로 방화구획, 피난계획, 소방·전기 인터록을 포함한 전체 시스템 관점에서 변경사항을 검토하고, 필요 시 인허가 변경 신고를 진행해야 한다. 마지막으로, 변경 후에는 누설시험·인터록 시험 등 기능시험을 다시 수행하고, 결과를 문서화하여 보관해야 한다.

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