위험성평가를 통한 위험장소 구분 방안(2)

폭발위험장소에서 누출된 가스 등에 의한 화재·폭발 시에 인체 피해영향 기준을 고려하여 위험장소 구분을 정량적으로 평가할 수 있다. 이를 위해 폭발 특성값을 활용하여 “무시할 수 있는 범위의 구역”으로 구분할 수 있는 판정 기준값이 필요하다.

 

 

 

위험성평가를 통한 위험장소 구분 방안(2)

화학공장이나 위험물질을 취급하는 사업장에는 폭발위험장소가 존재하며 이러한 장소에서 전기·계기설비를 도입하여 사용하는 경우에는 전기·계기설비가 착화원으로 작용하여 화재폭발사고 위험성으로 이어질 수 있다.

더욱이 현재 사업장 내의 폭발위험장소에서 전기·계기설비를 활용하는 경우에는 산업안전보건법이나 고압가스안전관리법 등에 의해 제도적으로 관리되고 있으며 사용상의 제한사항이 적지 않아 보급도 쉽지 않은 실정이다.

이러한 상황에서 전기·계기설비와 같은 최신 전자기기의 사용을 고려한 폭발위험장소 구분에 대한 지침 등도 없기 때문에 보다 정확한 폭발위험장소 구분에 대한 판단이 쉽지 않다. 따라서 산업안전보건법 및 관련 규정에서 요구하는 안전 수준을 확보하면서 전기·계기설비의 안전한 사용방법을 강구할 필요가 있다.

 

 

IEC 60079-10-1(2015) 기준

특히 폭발위험장소 범위 설정은 IEC 60079-10-1 (2015)의 규정에 따라 주로 이루어지고 있으며, 폭발위험장소 구분에 활용할 수 있는 상세한 기준이 충분하지 않고 관련 위험성 평가법이 매우 부족하여 사업장에서 활용할 수 있는 평가방법도 충분치 않은 것이 현실이다.

IEC 60079-10-1(2015) 기준에서는 “무시할 수 있는 범위의 구역”을 “Negligible Extend (NE)”로 나타내며 가스 등의 평균농도는 LEL의 50 vol%이며, 0.1㎥ 미만이거나 밀폐 공간의 1.0 % 미만의 가연성분위기로 규정하고 있다.

또한 “Negligible Extend (NE)”로 판정을 받은 구역은 “Non-hazardous (Zone 2 NE)”로 표기하고 있다.

 

 

복사열에 의한 기준

인화성 가스 등의 누출원이 존재하면 그 주변은 원칙적으로 위험장소로 구분된다.

그러나 위험장소에 대한 위험성평가를 통하여 “무시할 수 있는 범위의 구역”으로 판정할 수 있는 경우에는 비방폭구역으로 설정이 가능하다.

 

● 위험장소 구분을 위한 폭발 특성 기준값

가스 등의 누출원이 착화에 의해 화재폭발이 발생하면 폭발과압 이외에도 화염에서 방출되는 복사열에 의한 피해도 예상된다. 복사열이 인체에 미치는 영향에 대해서 그동안 많은 실험적 및 이론적 연구가 이루어져 왔으며, 화염에서 방출되는 복사열의 크기에 따른 인체와 물체에 미치는 영향에 대한 여러가지 조사 결과가 보고되고 있다 (Stoll, A.M., 1969 ; ISO 17492, 2003).

화재폭발 시에 발생하는 복사열에 따른 피해 영향은 단위시간 당의 열량과 폭로 시간에 의해 평가된다.

 

 

화염의 복사열 크기(Radiant intensity)에 따라 인체에 미치는 피해 영향을 <표 1>에 제시하였다.

 

<표 1> 복사열의 크기에 따른 피해 영향

 

인화성 액체의 액면 상부에서 인화성 증기의 착화에 의해 화재확산과 함께 화염이 지속하며 발생하는 Pool fire(액면화재)의 경우에는 화염이 인체에 미치는 영향 허용한계로서 2.3 kW/㎡가 주로 사용되고 있다.

2.3 kW/㎡의 복사열 크기는 1분 이내에 피부 통증을 느끼는 정도로서 액면화재에서의 복사열에 따른 위험 기준값으로 정하고 있다.

반면에 증기운폭발(UVCE ; Unconfied Vapour Cloud Explosion)이나 비등액체 증기운폭발(BLEVE ; Boiling-Liquid Expanded Vapour Explosion)과 같이 저장탱크의 유증기 가스 등이 다량으로 누출되어 착화된 경우에는 파이어볼(Fireball)을 형성하는데 특히 화염에 의한 복사열의 영향으로 인적, 물적 피해가 발생할 수 있다. 파이어볼에 의한 복사열의 피해영향 기준값은 11.6 kW/㎡(10,000 kcal/㎡·h)가 사용되고 있다.

 

복사열 크기는 단위 시간 동안에 인체에 폭로되는 열량과 폭로시간에 의해 결정되며 피해영향은 통증 또는 화상으로 나타난다. 또한 일반적으로 복사열 크기 (Radiant intensity, E, W/㎡)는 폭로 시간(Exposure time, T)에 따라 변화하는데 관계식은 E = A·Tn으로 나타내며, 관계식에서의 A와 n은 각각 복사열의 측정조건에 의해 정해지는 계수이다.

 

 

복사열의 경우에는 액면화재 또는 증기운 폭발에 따라 복사열의 안전 기준값이 달라진다. 액면화재에서는 2.3 kW/㎡의 기준값을 가지며 유증기 등의 누출원이 착화에 의해 유증기 화재폭발을 일으키는 피해영향 기준값은 11.6kW/㎡가 사용되고 있다.

액면화재 기준값으로서 2.3 kW/㎡는 <표 1>과 같이 1분 이내에 통증을 느끼는 위험기반(Risk-based) 안전기준으로 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 파이어볼의 기준값은 11.6 kW/㎡을 경계로 하여 화재폭발 발생에 따른 현실적이며 수용 가능한 (Reasonable risk) 피해영향 평가를 고려하여 위험장소를 구분하는 경우에 판정기준으로서 사용하는 방안을 제시하고자 한다.

* ALARP는 "As Low As Reasonably Practicable"의 약자로, 'ALARP 원칙'은 '위험이 합리적으로 실행 가능한 최대한 낮게 해야 한다'는 것이다. 

 

Reference : KOSHA 화학물질의 누출특성을 고려한 위험장소 설정기준 개선방안 연구