API 581에 따른 누출 지속 시간 산출 방법

API 581(위험 기반 검사, Risk-Based Inspection) 가이드라인에 따른 누출 지속 시간(Leak Duration) 산출 방법은 누출이 발생했을 때 이를 감지하고 차단하는 시스템의 성능에 따라 결정된다.

이 방법론을 통해 산출된 누출 지속 시간은 피해 범위(화재, 폭발, 독성 확산)를 예측하는 데 핵심적인 기초 자료로 사용된다.

 

 

 

API 581에 따른 누출 지속 시간 산출 방법

API 581에서는 누출 시나리오별로 감지 시스템(Detection System)과 차단 시스템(Isolation System)의 등급을 나누어 누출 시간을 산출한다.

 

 

감지 및 차단 시스템 등급 분류

누출 시간을 결정하기 위해서는 먼저 해당 공정의 감지 및 차단 능력을 등급(A, B, C)으로 분류해야 한다.

1. 감지 시스템 등급 (Detection System Classification)

• 등급 A (Instrumented): 가스 감지기(Gas Detectors) 또는 다른 유형의 자동 감지 장치가 설치되어 있고, 누출 발생 시 제어실(Control Room)에 즉각적인 경보(Alarm)를 발생시키는 시스템이다.
• 등급 B (Visually Detected): 현장 운영 인력이 상주하거나 정기적인 순회 점검(Routine Rounds) 중에 육안 또는 소음으로 누출을 감지하는 경우이다.
• 등급 C (Not Detected): 신속한 감지 수단이 없거나, 인적이 드문 곳에 위치하여 누출을 즉시 발견하기 어려운 경우이다.

2. 차단 시스템 등급 (Isolation System Classification)

• 등급 A (Remote or Automated): 제어실에서 원격으로 작동할 수 있는 자동 차단 밸브(Remote Watched Isolation Valves)가 설치되어 있어, 현장에 가지 않고도 즉시 흐름을 차단할 수 있는 시스템이다.
• 등급 B (Manual): 현장에 설치된 수동 밸브를 직접 조작해야 하는 경우이다. 다만, 밸브가 누출 지점에서 충분히 떨어져 있어 안전하게 접근 가능해야 한다.
• 등급 C (No Isolation): 차단 밸브가 없거나, 밸브가 누출 지점과 너무 가까워 접근이 불가능하거나 조작에 과도한 시간이 걸리는 경우이다.

 

 

등급별 누출 시간(ldₙ) 산출 기준

감지 및 차단 등급의 조합에 따라 예상되는 최대 누출 시간(Minutes)은 일반적으로 다음과 같이 정의된다.

이는 제한 시간으로 칭하며 누출공 크기와 관계없이 동일한 시스템 조건이면 고정값이다.

 

<표 1> 검출 및 차단 시스템에 기반한 누출시간

감지 등급	차단 등급	누출 시간 (ldₙ, 분)	비고
A	A	ld₁ = 20	신속한 감지 및 원격 차단 가능
A	B	ld₂ = 30	신속 감지 후 현장 이동 및 수동 차단
B	B	ld₃ = 45	순회 점검 시 발견 후 수동 차단
C	C	ld₄ = 60 (또는 그 이상)	감지 및 차단이 매우 늦어짐

 

※ API 581 버전 차이: 구 버전(1st Edition)과 최신 버전(3rd Edition) 간에 누출공 크기별 기본 시간 설정 방식에 미세한 조정이 있었다.

 

 

 최종 누출 지속 시간 결정

실제 위험성 평가(CA, Consequence Analysis)에서는 위에서 결정된 시간(ldₙ)과 설비 내의 전체 재고량이 모두 소진되는 시간(Massₜₒₜₐₗ / Wₙ) 중 작은 값을 누출 지속 시간으로 선택한다.

누출 지속 시간 산출 수식: tₗₑₐₖ = min [ ldₙ , (Massₜₒₜₐₗ / Wₙ) ]

• tₗₑₐₖ: 최종 누출 지속 시간 (min)
• ldₙ: 시스템 등급에 따른 누출 제한 시간 (20, 30, 40분 등)
• Massₜₒₜₐₗ: 설비 내 포함된 유체의 총 질량 (kg)
• Wₙ: 누출공 크기(n)에 따른 누출 속도 (kg/min)

 

 

누출공 크기에 따른 지속시간 결정

1. 누출공 크기 구분

API 581은 누출공 크기를 크게 4가지(Small, Medium, Large, Rupture)로 구분하고 있고, 크기들은 다음과 대응된다.

• 1/4" (6.4mm): Small (미세 누출)
• 1" (25mm): Medium (중간 누출)
• 4" (100mm): Large (대형 누출)

 

2. 크기별 누출 시간의 차이가 발생하는 이유

⓵소형 누출 (1/4")

• 누출 속도(Wₙ)가 매우 작다.
• 따라서 전체 질량을 누출 속도로 나눈 값(소진 시간)이 시스템 제한 시간(ldₙ, 예: 20분)보다 훨씬 커지는 경우가 많다.
• 결과적으로 tₗₑₐₖ = ldₙ (20분)이 채택된다. 즉, 감지해서 끌 때까지 계속 샌다.

⓶대형 누출 (4")

• 누출 속도(Wₙ)가 매우 빠르다.
• 설비 내의 전체 유체가 순식간에 빠져나가므로, 소진 시간 값이 20분보다 작아질 확률이 높다 (예: 5분 만에 전량 누출).
• 결과적으로 tₗₑₐₖ = 5분이 된다. 즉, 차단하기 전에 이미 다 쏟아져 나온 상황이다.

 

3. 누출공 크기에 따른 지속시간 결정 원리

• 제한 시간 (ldₙ): 감지 및 차단 등급(A~C)에 의해 결정되는 상한치이며, 누출공 크기와 관계없이 동일한 시스템 조건이면 고정값이다.
• 소진 시간 (tₛₒ): 수식 tₛₒ = Massₜₒₜₐₗ / Wₙ 에 따라 산출되며, 누출공 크기가 커질수록 누출 속도(Wₙ)가 증가하여 소진 시간은 짧아진다.
• 최종 시간 (tₗₑₐₖ): 위 두 값 중 작은 값을 선택하므로, 대구경 누출일수록 전체 재고량 소진에 의한 '짧은 시간'이 적용될 가능성이 높고, 소구경 누출일수록 시스템 차단 능력에 의한 '제한 시간'이 적용될 가능성이 높다.

 

결론적으로, 누출공이 커질수록 실제 누출 지속 시간(tₗₑₐₖ)은 짧아지거나 같아지는 경향을 보인다.

 

Reference: API 581 3rd Edition (최신 개정판)의 Part 3 (Consequence Analysis)