소량 누출원의 위험장소 구분 기준

소량의 위험물질 취급하는 실험실 등의 폭발위험장소 구분 및 설정과 관련한 국내외 규격에 대해서 공유하고자 한다.

 

 

 

소량 누출원의 위험장소 구분 기준

KS C IEC 60079-10-1 ; 2015 기준

한국산업표준 폭발위험장소 구분(KS C IEC 60079-10-1 ; 2015) 규격에서는

- 4.3(위험성평가)항의 비고 1에는 “무시할 수 있는 범위의 구역(Negligible Extend ; NE)”에 대한 내용이 기술되어 있으며 구체적인 내용을 보면, “천연 가스운(Natural gas cloud)의 평균농도가 폭발하한계(Lower Flamable Limit, LFL)의 50%인 부피 0.1 ㎥ 또는 밀폐공간의 1.0%(어느 쪽이든 작은 쪽) 이하의 부피를 말한다.”고 제시하고 있다. 그러나 본 규격에서는 LFL의 50%인 부피를 결정하는 방법은 제시하고 있지는 않다.

-  본 규격의 3.4.1.4항의 “증발풀의 증발률 산정”의 항목에는 “임계온도가 영하 50℃ 미만인 액화가스가 소량 누출되는 경우에는 주위로부터 열을 흡수하여 신속하게 증발되므로 액체 풀을 형성하지 아니하는 것으로 본다”라고 제시되어 있다.

- 규격의 6.2항(누출원)의 내용에서 “실험실과 같이 잠재 폭발위험조건이 존재하더라도 누출될 수 있는 인화성 물질의 양이 적은 경우에는 이와 같은 폭발위험장소 구분 절차를 적용하는 것이 부적절할 수 있다. 이러한 경우에는 관련된 특정 요인을 고려하여야 한다.”고 규정하고 있으며, 소량의 위험물질 취급시설에 대한 기본적인 개념을 제시하고는 있지만 이에 대한 세부 기준은 나타나 있지 않다.

 

 

- 그러나 본 규격의 부록 C.4.6항(비산 누출) 항목에서는 소량 누출이 발생하여 가스 등의 농도 축적이 일어날 수 있는 환경조건에서는 적합한 환기방법을 갖추도록 규정하고 있다. 예를 들면, 비산 누출은 가스 또는 증기가 압력용기의 누출부로부터 소량 누출(10^-7∼10^-9 kg/s의 누출량 크기)이 일어나는 경우를 나타낸다. 이러한 소량 누출의 경우라도 밀폐된 작업장 등의 공간에서는 환기가 이루어지지 않으므로 농도 축적이 일어날 수 있으므로, 비산 누출은 누출과정에서 가스 등의 농도가 축적되어 화재폭발이 발생할 수도 있다.

- 위험물질을 소량으로 사용하고 있는 실험실 등의 취급 시설에 대해서는 “KSC IEC 60079-10-1 ; 2015”의 규격을 적용하는 경우에 세부적인 기준이 없기 때문에 규정 적용상에 있어서 어려움이 있다.

그러므로 시험분석이 행해지는 실험실이거나 밀폐 장소(고압의 가스 계통이 존재하는 밀폐 공간이 존재, 방수형 용기 및 계기용 패널, 단열된 가열 용기 및 파이프 설비)와 같이 특정 장치나 설비의 경우에는 주의가 요구된다. 이러한 장치나 설비에서는 임계 시간(Critical time) 내에 가스 등의 환기나 가스 분산에 필요한 장치를 설치해야 한다. 이러한 환기 및 분산 장치의 설치가 현실적으로 힘든 경우에는 용기 외부에 가스 등의 누출원이 놓이도록 개선대책을 실시해야 한다. 이러한 개선대책의 예로서 배관의 접속부분을 잠재적인 누출 위험요인이 될 가능성이 있는 다른 장치 등과 함께 격리된 용기 외부에 설치하는 것도 하나의 방법이 될 수 있다.

 

 

API RP 505 기준

API RP 505(8.2.8 ; 실험실, 실험건물 및 분석건물)에는 소량의 위험물질을 취급하는 실험실이나 실험건물, 그리고 시험분석 건물에 있어서의 폭발위험장소 구분에 관련된 기준을 제공하고 있다.

본 규정에 대한 사용 조건으로는 NFPA 45(Standard on fire protection for laboratories using chemicals)의 규정에 맞도록 설계, 설치된 실험실과 실험건물은 API RP 505 기준의 폭발위험장소 구분에 대한 조건을 만족하는 경우를 제시하고 있다.

- API RP 505(3.1.50항)에서 규정하는 적절한 환기 조건은 “증기혼합물 농도가 폭발하한농도의 25%를 넘어서 농도 축적을 방지하는데 필요한 충분한 환기량”으로 제시하고 있다.

-  NFPA 497(3.3.1항)에서의 적절한 환기조건은 “단위 면적(㎡)에서의 0.3 ㎥/min 이상의 환기량이 제공되거나 증기 혼합물 농도가 폭발하한농도의 25%를 넘어서 농도 축적을 방지하는데 필요한 충분한 환기량”으로 규정하고 있다.

 

● 실험실 등의 폭발위험장소의 구분 방법

소량의 액체, 증기, 가스 등의 인화성 물질의 분석을 위해서 배관을 거쳐서 실험실이나 건물 내부로 유입되는 경우에 있어서 실험실 등의 폭발위험장소의 구분 방법은 이하와 같다.

1) 최소한의 공기치환율이 6회/hr 미만의 환기 조건에서는 실험실의 내부 전체를 1종 장소로 구분한다.

2) 최소한의 공기치환율이 6회/hr 이상의 환기 조건에서는 실험실 내부를 모두 2종 장소로 설정해야 한다.

3) 최소한의 공기치환율이 6회/hr 이상의 환기 조건에서는 가스감지 경보기를 설치하고, 만일의 환기 작동이 실패하는 경우로서 2종 장소에 부적합한 모든 전기설비에 대해 전원 공급을 자동 차단되도록 설치한 경우에는 실험실 등의 내부를 비폭발위험장소로 구분한다. 또한 가스감지나 내부 환기의 실패 시에는 실험실 내부로 공급하는 모든 공정 공급라인이 자동적으로 차단되게 해야 한다. 실험실 내부의 가스감지 장치는 가스 등의 누출원 물질을 정확하게 감지 가능하도록 설치해야 하며 2종 장소에 적합한 방폭형 제품을 사용해야 한다.

 

 

● 위험물질 저장 실험실, 캐비넷 및 라커 등

실험 또는 분석용 위험물질을 저장하는 개방 및 폐쇄지역(Non-enclosed and enclosed areas)의 실험실, 캐비넷 및 라커 등에는 이하와 같은 사항이 적용된다.

1) 환기의 적합성 여부, 개방 또는 사용제한 지역 등과 상관없이 실험분석용의 인화성 또는 가연성 등의 위험물질을 저장하는 용기가 미국 에너지부(DOT)의 승인을 받아 밀폐용기에 저장되어 있는 경우에는 해당 지역은 비위험장소로 분류할 수 있다.

2) 환기 적절성과 관계없이 사용제한 지역에 실험분석용의 인화성 또는 가연성 등의 위험물질량이 4리터를 초과하여 미국 에너지부(DOT) 승인을 받지 않은 밀폐용기에 저장하는 구역의 내부는 2종 장소로 구분한다.

 

● 인화성 물질 전체 사용량이 4 L 이하의 경우

4리터(1 갤런) 이하의 액체, 증기, 가스 등의 인화성 물질의 시료 용기가 시험분석을 위해서 실험실 내부나 실험실 건물에 있는 경우에는 이하와 같이 조건이 적용되어야 한다.

1) 환기 조건(공기치환율)

최소한의 공기치환율이 6회/hr 미만의 환기 조건	최소한의 공기치환율이 6회/hr 이상의 환기 조건
- 실험실의 내부 전체를 1종 장소로 구분한다. - 그러나 시료 용기가 개방된 구조로 사용하는 경우에는 실험실 내부는 2종 장소로 구분한다.  - 또한 시료 용기가 NFPA 45의 기준에 따라 설계, 설치되어 있는 흄 후드 안에서 이송, 분석 등이 사용되는 경우에는 후드 외부는 비위험장소로 구분할 수 있다.	- 실험실 내부를 모두 2종 장소로 설정해야 한다. - 그러나 환기가 부적절한 경우에는 위험분위기의 농도 형성을 예방하거나 2종 장소에 부적합한 전기설비 전원을 차단하기 위한 긴급조치가 이루어지도록 하고 경보장치가 작동되는 경우에는 실험실 내부를 비위험장소로 구분할 수 있다.

 

2) 구조

실험분석용의 인화성 또는 가연성 등의 위험물질 전체 사용량이 4 리터 이하에서는 해당 지역을 비위험장소로 구분한다.

또한 사용 시료를 인화성 용제와 혼합하는 실험방법이나 분석업무, 그리고 실험용 기구들을 용제로 세척하는 업무 또는 세척제 등과 같은 개방상태에서의 위험물질이 존재하는 지역에는 이하와 같은 사항을 적용한다.

개방 구조

- 적절한 환기가 이루어지는 지역에서는 실험 분석을 위해 위험물질이 사용되는 경우에는 비위험장소로 구분된다.

밀폐 구조

- 환기가 적절한 지역에서 실험분석을 위해 인화성 및 가연성 액체 등의 위험물질이 사용되는 경우에는 2종 장소로 구분한다. 그러나 적절히 환기가 되고 있는 밀폐 지역에서는 개방 용기 내의 위험물 질의 총량이 4리터 이하에서는 비폭발위험장소로 구분되며, 또한 적절한 환기 및 밀폐 지역에서 인화점 미만의 가연성 액체를 사용하는 경우에는 비위험장소로 구분된다. - 부적절한 환기 지역에서는 인화성 액체 및 가연성 액체를 실험분석용으로 사용되는 경우에는 1종 장소로 구분한다. - 부적절한 환기 지역에서 개방조건의 시료작업이 연속적으로 이루어질 수 있으며 인화점 이상으로 해당 물질을 취급하면, 0종 장소로 구분된다. - 환기가 부적절한 지역에서 NFPA 45규격에 맞도록 설계되어 제작된 흄 후드는 그 내부에서 인화성 액체, 증기, 가스를 취급, 사용하는 경우에는 후드 외부지역은 비폭발위험장소로 구분된다.

 

 

HSE Guideline

실험실의 폭발위험장소 구분 및 설정과 관련하여 HSE Guideline(Health and Safety Executive(HSE), Hazardous area classification and Laboratory operations)에서는 기본적인 규정을 제시하고 있다. 인화성 액체, 인화성 가스 및 액화 인화성 가스 등의 위험물질이 사용되는 실험실에서 폭발위험장소 구분에 대한 관련 내용을 요약하면 이하와 같다.

1) 50 mL 이하의 소규모 인화성 액체를 취급하는 경우에는 폭발위험장소 구분 대상으로 적절하지 않으며, 50 mL 이상 ∼ 2.5 L 이하의 인화성 액체를 취급하는 중규모인 경우에는 적절한 화재폭발 예방대책이 마련 된 조건에서는 위험성평가를 통한 폭발위험장소 구분이 필요하지 않다.

2) 액화 인화성 가스의 취급에서는 환기 시스템이 취급설비 주변에서 상시 적절하게 작동해야 하며 해당 지역을 2종 장소로 구분해야 한다.

3) 가정용 등과 같은 저압의 인화성 가스배관은 가스 누출에 따른 화재폭발 발생위험이 있다고 하더라도 폭발위험장소에 해당되지 않는다. 인화성가스의 취급 장소의 환기장치 설치 여부, 환기에 의한 관리 가능한 누출 크기 및 신뢰도, 가스 누출 위험성의 최소화 방법, 가스 누출 시의 신속한 감지방법과 적절한 안전조치 등을 고려하여 위험성평가를 실시해야 한다. 또한 소량의 인화성가스 누출은 환기 시스템에 의해 안전하게 확산, 배출되지만, 누출 물질의 가스농도 축적으로 착화가 일어나면 심각한 화재폭발로 이어질 수 있으므로 농도 축적의 예방 관리가 필요하다.

4) 실험실의 2 L 이상의 가스 저장장치 및 파일롯 플랜트의 50 L 이상의 가스 저장장치에서는 보다 주의가 요구된다. 누출 가스의 착화 위험성 관리 방법은 누출 시의 인화성 증기의 확산 범위를 강제 환기나 공간적 격리를 통해 제한해야 하며 모든 전기설비는 위험구역 외부에 가급 멀리 설치해야 한다. 이러한 방법으로 폭발위험장소 범위를 작게 관리해야 한다.

 

Reference : KOSHA 화학물질의 누출특성을 고려한 위험장소 설정기준 개선방안 연구