미세 누출에 따른 최소 위험 거리(0.5 m) 적용

폭발위험장소 구분 시 누출률 Wg가 1.0E-4 kg/s 이하인 경우, 산출된 가상 체적 Vz가 무시할 수 있을 만큼 작거나 물리적인 확산 한계로 인해 최소 범위인 0.5 m를 적용한다. 이에 대한 기술적 근거를 공유하고자 한다.

1. IEC 60079-10-1:2020 부속서 및 가이드라인

본 표준은 누출률에 따른 가상 체적 Vz와 환기 효율의 상관관계를 정의한다. 1.0E-4 kg/s 수준의 누출은 '무시할 수 있는 수준(Negligible Extent, NE)'으로 분류될 가능성이 높다.

근거: 표준서 Annex D 및 G에서는 환기가 양호한 환경에서 Vz가 0.1 m³ 미만으로 산출될 경우, 이를 실제적인 위험으로 간주하지 않거나 설계상의 편의를 위해 최소 유지 거리(Minimum Distance)를 설정하도록 명시한다.
0.5 m의 의미: 이는 누출원 바로 인근에서 가스가 희석되기 전의 최소한의 물리적 혼합 거리를 의미하며, 실무적으로는 점화원과의 최소 이격 거리로 활용한다.

2. Energy Institute (EI) Model Code of Safe Practice (IP 15)

석유 및 가스 산업에서 널리 참조되는 EI 15(기존 IP 15) 가이드는 누출 등급에 따른 'Hazard Radius'를 도표화하여 제시한다.

참조: EI 15, Chapter 5 (The Point Source Method)
내용: 소규모 누출원(Small hole size) 및 낮은 누출률에 대하여 환기가 양호한 실외 조건일 때, 계산상의 거리가 매우 작더라도 운전원의 간섭이나 국부적인 난류를 고려하여 최소 0.5 m에서 1.0 m의 위험 반경을 할당한다.
수치: 1.0E-4 kg/s 미만은 통상적으로 'Level 0' 또는 'Negligible'로 분류하며, 최소 설계 마진으로 0.5 m를 적용한다.

3. 국토교통부 및 한국가스안전공사(KGS) 기준

국내 고압가스 안전관리법 및 KGS Code(KGS GC101 등)에서도 유사한 기술적 근거를 채택한다.

KGS GC101 (가스시설의 폭발위험장소 구분 기준): 누출률이 극히 낮아 폭발 하한계(LFL)에 도달할 수 있는 체적이 0.1 m³ 이하인 경우 '위험장소 외(Non-hazardous area)'로 분류할 수 있다.
다만, 누출원 직근에서의 국부적인 위험을 배제할 수 없으므로 유지관리 및 검사 목적상 최소 0.5 m의 범위를 도면에 표시하는 것이 관례적이다.

4. 물리적 확산 모델에 의한 분석

누출률 Wg = 1.0E-4 kg/s인 수소의 경우, 대기 중 확산 농도를 계산하면 다음과 같은 특성을 보인다.

농도 감쇄: 고압 제트가 아닌 일반 확산(Diffusion) 모델 적용 시, 0.3 m ~ 0.5 m 지점에서 가스 농도는 급격히 LFL 이하로 하락한다.
가독성 수치: 계산된 R(위험 거리)이 0.25 m와 같이 극소하게 산출되더라도, 측정 오차와 기상 변동성을 고려하여 0.5 m를 최소 설계 단위로 설정한다.

기술적 판단: 누출률 1.0E-4 kg/s 이하는 가상 체적 Vz가 극소하여 위험 장소로 구분하지 않는 것이 원칙이나, 실무 설계에서는 최소 0.5 m를 적용하여 안전 마진을 확보한다.
참조 문헌: IEC 60079-10-1 Annex D, EI 15 Section 5.4, KGS GC101 부록을 주요 근거로 활용한다.
수치 표기: 산출 거리가 0.5 m 미만일 경우 보고서에는 "Calculated R < 0.5 m, 적용 R = 0.5 m (Minimum)"으로 기재한다.

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