가상체적(Vz) 계산

가상체적(Vz)는 가연성 가스 또는 증기의 평균 농도가 안전율 k값에 따라 폭 발하한의 0.25 또는 0.5배가 되는 체적을 나타내고, 이는 환기등급을 결정하는데 이용된다.

 

 

 

가상체적(Vz) 계산

가상체적(Vz) 

가상체적( Vz )는 가연성 가스 또는 증기의 평균 농도가 안전율 k값에 따라 폭발하한의 0.25 또는 0.5배가 되는 체적을 나타낸다.

즉 가상체적의 경계부에서의 가스 또는 증기의 농도가 폭발하한보다 훨씬 낮다는 것을 의미한다. 다시 말하면 농도가 폭발하한 이상이 되는 체적이 Vz보다 작게 된다. 즉,Vz는 LEL 보다 높은 농도를 갖는 체적임을 뜻한다.

Vz의 계산은 환기등급을 평가하는데 사용하기 위한 것이며, 누출원에서부터 연소가 가능한 곳까지의 경계에 대한 기준을 제공한다. 그러나 형상이 정해져 있지 않으며, 바람이 흐르는 쪽으로 편향되어 위치하게 되고, 환기방향이 변할 가능성 및 가스 또는 증기의 부력(또는 상대밀도)을 고려해야 하므로 경계면이 폭발위험장소의 크기와 일반적으로 일치하지 않고 주어진 누출원에서부터 폭발위험장소의 크기는 가상체적 Vz보다 일반적으로 수 배 심지어 그 이상으로 커진다.

 

 

환기등급을 결정하는데 필요한 가상체적(Vz) 계산

가상체적을 구하기 위해서는 먼저 주어진 인화성 물질이 누출되는 경우, LEL 이하의 필요 농도로 희석시키기 위하여, 신선한 공기의 최소 환기량과 단위시간당 신선한 공기의 환기 회수가 필요하다.

 

 

1. 옥내의 가상체적(Vz)

여기에서, f = 폭발성가스의 희석(diluting) 효과를 나타내는 환기의 유효성(품질계수),

일반적으로 f는 f=1(이상적인 조건)에서 f=5(공기흐름장애)의 범위가 된다.

	주) LELv(vol.%)를 LELm((kg/㎥)로 변환하고자 하는 경우에는 다음 식을 이용         LELm=0.416x10^-3xMxLELv, M : 분자량(kg/kmol)

 

 

● 환기의 유효성(품질계수), f

- KS C IEC 60079-10-1:2012에서는 부속서 B, B.8 예시에서 옥외인 경우에는 f=1, 옥내에서 12 ACH 미만인 경우에는 f=5, 12 ACH는 f=2, 12 ACH 초과인 경우에는 f=1로 계산하고 있다.

- API RP 505에서는 옥내의 적절한 환기(Adequate Ventilation)를 최소한 12 ACH로 규정하고 있다.

- 그리고 IP 15의 Fig. 6.1 Procedure for assessing type and degree of ventilation에서는 옥내의 적절한 환기를 12 ACH 초과로 규정하고 있으며, NFPA 820 Table 9.1.1.4 Minimum Ventillation Rates에서는 최소 12 ACH 초과를 비폭발위험장소로 구분하고 있다.

- 또한 위험물관리법 시행규칙 [별표 4] 제조소의 위치·구조 및 설비의 기준(제28조관련)에서는 배출능력은 1시간당 배출장소 용적의 20배 이상인 것으로 하여야 한다. 다만, 전역방식의 경우에는 바닥면적 1㎡당 18㎥ 이상으로 할 수 있다.

- 그리고 과거의 소방기술기준에 관한 규칙 제153조(위험물 제조소의 배출시설)에서는 국소배기장치 또는 전체 환기방식으로 시간당 배출장소 용적의 20배 이상을 옥외 안전한 곳으로 급배기하도록 규정하고 있다.

따라서, 옥외, 옥내로 구분하여 옥외인 경우에는 구조물, 차단벽 등으로 옥외 환기가 원활하지 않은 경우를 제외하고 f=1이 적정하며, 옥내의 경우에는 12 ACH 미만은 f=3∼5, 12 ACH 이상 20 ACH 미만은 f=2, 20 ACH 이상은 f=1로 하는 것이 적정하다. 다만, 환기율, 상시환기, 환기설비의 신뢰성 및 구조물 구조 등과 [그림 2-3]의 단일성분의 유기화합물이 발생되는 작업장에 대한 전체환기량 산정시의 안전계수 K 등을 고려하여 환기가 불량인 경우 신선한 공기의 시간당 치환 횟수가 많더라도 f=4∼5가 적용되어야 한다.

 

<그림 1> 환기종류별 안전계수

 

 

2. 옥외의 가상체적(Vz)

개방된 장소(옥외)에서는 현장 배치 및 특성을 바탕으로 한 평가를 수행하고, 개방된 장소 안에 한 변의 길이가 15 m인 가상의 정육면체를 가정하면, 0.5 m/s의 풍속일 경우 체적 3400 ㎥(Vz)에 대해 약 100/h (0.03/s) 이상의 환기 회수가 계산된다.

f : 환기의 유효성(품질계수) (dV/dt)min : 신선한 공기의 최소 유량(㎥/s), 0.03 : 초당 환기 회수

 

Reference : KOSHA 연구보고서,  인화성액체의 물리화학적 특성 분석을 통한 폭발위험장소 구분에 관한 연구