희석 등급(중/저) 판정 시 폭발위험범위 산정 대안 방법

IEC 60079-10-1:2020 부속서 D.3의 그림 D.1(범위 추정 차트)을 적용할 수 없는 희석 등급이 '중(Medium)' 또는 '저(Low)'로 판정된 상황에서의 위험범위(r) 결정 방식을 공유하고자 한다.

 

 

 

희석 등급(중/저) 판정 시 폭발위험범위 산정 대안 방법

가상체적(Vz) 계산 결과가 크고 환기 효율이 충분하지 않아 희석 등급이 '중(Medium)' 또는 '저(Low)'로 판정된 경우, 표준 부속서 D.3의 그림 D.1(차트)을 적용할 수 없는 상황에서의 위험범위 결정 방식은 다음과 같다.

 

 

가상체적 기반 범위 추산 원칙

차트 활용이 불가능할 경우, 표준에서는 가상체적(Vz)과 누출의 특성을 결합하여 범위를 산정한다. 기본적으로 위험범위(r)는 가상체적의 크기에 비례하는 구(Sphere) 또는 원추(Cone)의 형상을 가정하여 산출할 수 있다.

 

1. 구형 확산을 가정한 범위 산정

가스가 전 방향으로 균일하게 확산된다고 가정할 때, 위험범위(r)는 다음 수식으로 추정할 수 있습니다.

r = [ (3 · Vz) / (4 · π) ]¹/³

• r: 누출원으로부터의 반경 (m)
• Vz: 계산된 가상체적 (m³)
• π: 원주율 (약 3.14)

 

2. 환기 효율을 고려한 수정 누출률

희석 등급이 낮을 경우, 실제 환경에서의 누출 농도 감쇄 속도를 반영하기 위해 수정된 누출률(Qₛ)을 사용하기도 합니다.

Qₛ = Qg / (k · LFL)

• Qₛ: 희석에 필요한 임계 환기량 (m³/s)
• k: 안전 계수 (0.25 또는 0.5)

 

 

희석 등급에 따른 범위 결정 논리

1. 희석 등급 '중(Medium)':

• 가상체적(Vz)이 일정 시간 내에 소산될 수 있는 수준이다.
• 위험범위는 위에서 계산된 반경 r을 기준으로 설정하되, 설비의 구조와 기류의 방향을 고려하여 범위를 확장하거나 조정한다.

2. 희석 등급 '저(Low)':

• 누출이 지속되는 동안 폭발성 가스 분위기가 계속 축적되는 상태이다.
• 이 경우 Vz 공식에 의한 일시적 범위 산정은 의미가 퇴색되며, 구역 전체(Whole indoor space)를 위험장소(주로 1종 또는 2종)로 지정해야 한다.

 

 

결론 및 대안

차트(D.1)와 수식(Vz) 기반의 추산이 모두 한계를 보일 경우, IEC 60079-10-1 표준은 다음과 같은 실무적 방법을 권장하고 있다.

• 수치해석(CFD)의 활용: 복잡한 기류와 낮은 희석 등급에서는 전산유체역학을 통해 가스 농도가 LFL의 25% 또는 50%에 도달하는 물리적 거리를 직접 계산한다.
• 유사 설비 데이터 적용: 동일한 공정, 동일한 누출 조건에서 실측된 데이터가 있는 경우 이를 근거로 범위를 설정할 수 있다.