가스 제거 시간(t)에 따른 위험 장소 판정 기준

누출이 정지된 이후에도 환기가 불충분할 경우 가스 분위기가 장시간 체류할 수 있어, 제거 시간(t)을 평가함으로써 해당 장소가 2종 장소(단시간 체류)에 해당하는지, 아니면 환기 불량으로 인해 1종 또는 0종 장소(장시간 체류)로 보아야 하는지, IEC 60079-10-1:2020 표준 및 관련 산업 지침에서 제시하는 가스 제거 시간(t)의 판정 기준과 그 근거에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

가스 제거 시간(t)에 따른 위험 장소 판정 기준

가스 제거 시간(t)은 누출 정지 후 폭발성 가스 분위기가 얼마나 오랫동안 지속되는지를 나타내는 척도이다. 표준에서는 이 시간을 통해 환기 등급(Dilution degree)과 가용성(Availability)을 종합하여 최종적인 위험 장소 종별(Zone 0, 1, 2)을 결정한다.

 

 

제거 시간 산출 공식

IEC 60079-10-1에서는 이를 환기 횟수와 가스 농도의 감쇄 관계를 이용하여 산출한다.

가스 농도가 초기 농도(X₀)에서 목표 농도(X)로 낮아지는 데 걸리는 시간 t는 다음과 같은 대수 방정식을 통해 산출된다.

t ＝ (-f / C) × ln(X / X₀)

• t: 가스 제거에 소요되는 시간 (s)
• f (Efficiency factor): 환기 효율 계수 (1에서 5 사이)
• C (Air change rate): 단위 시간당 환기 횟수 (1/s)
• ln: 자연로그 (Natural logarithm)
• X: 목표로 하는 농도 (보통 k × LEL)
• X₀: 누출 시 형성된 초기 배경 농도 또는 농도의 최대치

 

 

판정 기준 시간 및 근거

표준서 자체에서 모든 상황에 적용되는 단 하나의 절대적인 시간(예: 몇 분)을 명시하고 있지는 않으나, 일반적으로 실무와 표준의 해석(부속서 B 및 관련 기술 가이드)을 통해 다음과 같은 기준을 적용한다.

1. 2종 장소 (Zone 2) 판정 기준: 짧은 시간

• 기준 시간: 일반적으로 누출 정지 후 수 분(보통 15분 내외) 이내에 가스가 LEL 미만으로 제거되는 경우
• 근거: IEC 60079-10-1에서는 2종 장소를 가연성 분위기가 비정상적인 상태에서만 발생하고 짧은 기간(Short period) 동안만 지속되는 장소로 정의한다. 통상적으로 산업 현장에서는 운전원의 조치 시간과 환기 성능을 고려하여 15분 이내를 짧은 시간의 기준으로 삼는 경우가 많다.

2. 1종 또는 0종 장소 판정 기준: 긴 시간

• 기준 시간: 가스 제거 시간(t)이 수십 분에서 수 시간 이상 소요되는 경우
• 근거: 환기가 불충분(Low dilution)하여 가스가 장시간 체류하면 누출 빈도가 낮더라도 해당 장소는 폭발성 분위기가 존재할 가능성이 높은 장소로 변모한다. 연간 발생 시간 합계가 10시간에서 1000시간 사이면 1종, 1000시간 이상이면 0종으로 분류하는 정량적 기준과 연계된다.

 

 

환기 등급과의 연계 판정

제거 시간 t는 환기 등급을 최종 확정하는 데 직접적인 영향을 미친다.

• 고(High) 희석: 누출 정지 후 즉시(Virtually instantaneously) 가스가 제거되는 상태 (t ＝ 거의 0)
• 중(Medium) 희석: 누출이 지속되는 동안에는 농도가 제어되지만, 누출 정지 후 가스가 제거되기까지 일정 시간(수 분)이 소요되는 상태.
• 저(Low) 희석: 누출 정지 후에도 가스가 오랜 시간(Long period) 동안 잔류하는 상태, 이 경우 2차 누출원이더라도 1종 장소로 판정

 

 

가스 밀도 특성별 판정 시사점

1. 가벼운 가스 (Lighter-than-air)

상부 환기가 원활하면 제거 시간 t가 짧아지므로 2종 장소로 판정될 가능성이 높다. 그러나 상부 포켓에 가스가 갇혀 t가 길어진다면 해당 국소 부위는 1종 장소로 강화되어야 한다.

2. 무거운 가스 (Heavier-than-air)

바닥 정체 구역에서 t를 계산했을 때 기준 시간을 초과하는 경우가 빈번하다. 특히 피트나 트렌치 내부는 자연 환기만으로는 t가 무한대에 가까워질 수 있으므로, 별도의 강제 환기 없이는 1종 혹은 0종 장소로 판정하는 것이 타당하다.

 

 

결과 판정 및 적용

산출된 제거 시간(t)에 따라 다음과 같이 위험 장소를 구분하는 가이드라인으로 활용한다.

• 짧은 시간 (수 분 이내): 환기가 원활한 상태이며, 누출 정지 후 즉시 위험이 해소되므로 2종 장소 또는 비위험 장소로 분류 가능하다.(약 15분 기준, 상기 판정 근거 참조)
• 긴 시간 (수십 분 이상): 환기가 불충분하여 가스가 정체되는 상태이다. 누출 빈도가 낮더라도 가스 체류 시간이 길기 때문에 1종 장소로 등급이 강화될 수 있다.

 

 

종합 결론

제거 시간(t)의 판정 기준은 해당 설비의 유지보수 주기, 운전원의 상주 여부, 감지 시스템의 반응 속도 등을 종합적으로 고려하여 결정된다.

실무적으로는 누출 정지 후 15분 이내에 LEL의 안전 계수(k) 이하로 농도가 떨어지는지를 중 등급 환기와 2종 장소를 판정하는 주요 분기점으로 활용한다.