위험물 창고 200L 드럼 2차 누출

밀폐된 200L 드럼(Hexane)의 보관 단계에서 2차 누출에 따른 누출률을 산정하는 방법과 절차를 공유하고자 한다.

 

 

 

위험물 창고 200L 드럼 2차 누출

폭발위험장소 구분 보고서 작성 시, 드럼의 파손(Catastrophic failure)을 분석 범위에서 제외하고 개구부(Bung hole)의 밀폐 결함에 따른 2차 누출만을 고려하는 것은 실무적으로 타당하며 표준의 취지에 부합한다.

 

 

드럼 파손을 제외하는 근거

IEC 60079-10-1 및 관련 방폭 표준에서 정의하는 누출 등급은 '정상적인 운전 및 유지보수' 범위를 기준으로 한다.

• 비정상 상태의 배제: 드럼이 추락하여 파손되거나 지게차에 의해 구멍이 뚫리는 등의 사고(Accident)는 '정상적인 상태'를 벗어난 재해 상황으로 간주한다. 이러한 시나리오는 위험장소 구분이 아닌 공정안전성분석(HAZOP, K-PSSR 등)이나 비상대응계획에서 다룬다.
• 유지보수 관점: 폭발위험장소 구분은 설비의 노화, 씰(Seal)의 미세 열화, 가스켓의 성능 저하 등 발생 가능성이 예측 가능한 범위 내의 누출을 대상으로 한다.

 

 

개구부(Bung hole) 2차 누출 시나리오

개구부의 나사산 체결 불량이나 가스켓(Packing)의 열화로 인해 인화성 증기가 누출되는 상황을 2차 누출로 설정한다.

액체가 직접 쏟아지는 것이 아니라, 드럼 내부 공간(Headspace)에 차 있던 헥산 증기가 틈새를 통해 대기로 방출되는 것으로 가정한다.

IEC 60079-10-1:2020 식 (B.3) 적용

Wg = Cd · S · pᵢ · √[(M · 2 · γ) / ((Z · R · Tᵢ) · (γ - 1)) · (1 - (pₐ / pᵢ)^((γ-1)/γ))] · (pₐ / pᵢ)^(1/γ)

 

• Cd: 0.75 (누출 계수)
• S: 2.5E-7 m² (누출공 면적, 0.25 mm²)
• pᵢ: 106325 Pa (내부 절대 압력, 1.05 bar)
• pₐ: 101325 Pa (대기 압력, 1.0 bar)
• M: 86.18 kg/kmol (헥산 분자량)
• Z: 1.0 (이상기체로 가정)
• R: 8314 J/(kmol·K)
• Tᵢ: 293.15 K (내부 온도)
• γ: 1.06 (헥산 비열비)

 

 

누출률(Wg) 상세 계산 과정

1. 단계 1: 상수 및 압력비항 계산

• 압력비 (pₐ / pᵢ): 101325 / 106325 ≈ 0.95297
• (γ - 1) / γ: 0.06 / 1.06 ≈ 0.0566
• 1 / γ: 1 / 1.06 ≈ 0.9434
• (M · 2 · γ) / (Z · R · Tᵢ · (γ - 1)): (86.18 · 2 · 1.06) / (1.0 · 8314 · 293.15 · 0.06) = 182.7016 / 146235.1 ≈ 1.2494E-3

2. 단계 2: 루트 내부 및 지수함수 계산

• (pₐ / pᵢ)^((γ-1)/γ): 0.95297^0.0566 ≈ 0.99727
• 루트 내부 성분: 1.2494E-3 · (1 - 0.99727) = 1.2494E-3 · 0.00273 ≈ 3.4109E-6
• SQRT 결과: √3.4109E-6 ≈ 1.8469E-3

3. 단계 3: 압력비 외부항 계산

• (pₐ / pᵢ)^(1/γ): 0.95297^0.9434 ≈ 0.9556

4. 단계 4: 최종 누출률(Wg) 산출

• Wg = (0.75 · 2.5E-7 · 106325) · 1.8469E-3 · 0.9556
• Wg = 0.019936 · 1.8469E-3 · 0.9556
• Wg ≈ 3.5187E-5 kg/s

 

 

결과 요약 및 해석

1. 정확한 식 (B.3)을 적용하여 산출한 결과, 누출률은 3.52E-5 kg/s이다.

구분	산출값	비고
질량 누출률 (Wg)	3.52E-5 kg/s	헥산 증기 2차 누출 기준
누출 특성	아음속 누출 (Subsonic)	pₐ/pᵢ > [(2/(γ+1))^(γ/(γ-1))] 조건 만족
가상체적(Vz) 영향	극소 (Very small)	환기 효율에 따라 Vz < 0.1 m³ 가능성 높음

 

2. 개구부의 미세 틈새를 통한 증기 누출은 액체 누출 후 증발 모델(Pool Evaporation)보다 누출률(Wg)이 훨씬 작게 산정된다.

• 결과적 범위: 누출률이 매우 낮기 때문에 산출된 Vz는 0.1 m³ 미만의 매우 작은 값을 갖게 된다.
• 구분도 표기: 이 경우 위험 범위는 개구부(Bung hole)를 중심으로 반경 0.5 m ~ 1.0 m 정도의 구형(Sphere) 공간을 2종 장소(Zone 2)로 지정하는 것이 일반적이다.

 

 

실무 보고서 작성 제언

• 누출원 명시: "드럼 캡(Bung)의 실링(Sealing) 열화에 의한 미세 누출"로 누출원을 정의한다.
• 보수적 기준: 만약 창고 내 환기가 극히 불량하다면(자연환기 부족), 아주 작은 누출이라도 바닥면에 체류할 수 있음을 명시하고 바닥으로부터 일정 높이(예: 0.5 m)까지를 2종 장소로 확대 설정한다.
• 제외 조항 기술: "드럼 본체의 물리적 파손에 의한 대량 누출은 사고 시나리오로 간주하여 위험장소 구분 범위에서 제외함"이라는 문구를 보고서에 포함하여 객관성을 확보한다.