누출 액체 전량을 가스로 간주하는 기준(X>0.2)

플래시 분율(X)이 2.0 * 10⁻¹ (20%)를 초과할 경우, 누출된 액체 전량이 공기 중에 미세한 액적(Aerosol) 형태로 비산되어 가스와 동일하게 거동한다고 간주하는 기준의 근거(Reference)를 기술한다.

 

 

 

누출 액체 전량을 가스로 간주하는 기준(X>0.2)

 

주요 산출 근거 (Reference)

이 기준은 고압 액화가스 누출 시 위험 범위를 보수적으로 산정하기 위해 사용하며 다음 자료를 근거로 한다.

• UK Energy Institute (EI 15) - Annex B.3: 누출된 액체의 플래시 분율이 2.0 * 10⁻¹을 초과하면 액체 방울이 매우 미세해져 지면에 고이지 않고 공기 중에 부유한다. 이 현상을 Total Flash 또는 Aerosol Formation이라 정의하며, 이때 누출 질량 전체를 가스 누출률 Wg로 간주하여 위험 범위를 계산한다.
• IP Model Code of Safe Practice (Part 15): 플래시 분율이 높은 경우 액체의 상분리가 일어나지 않고 구름(Cloud) 형태로 확산됨을 명시한다.
• TNO Purple Book (CPR 18E): 정량적 위험성 평가(QRA) 시 액화가스 누출에 따른 액적 비산(Entrainment)을 결정하는 임계치로 활용한다.

 

 

물리적 현상 해석

플래시 분율이 2.0 * 10⁻¹ 이상일 때 액체 전량을 가스로 간주하는 물리적 이유는 다음과 같다.

• 미세 액적 비산 (Aerosolization): 고압 액체가 대기압으로 급격히 팽창하면서 발생하는 운동 에너지가 액체를 분쇄한다. 플래시 가스가 팽창하며 주변 액체를 5.0 * 10⁻⁵ m 이하의 미세 입자로 쪼개기 때문에 액체가 지면에 고이지 않는다.
• 증발 잠열 흡수: 비산된 미세 액적은 공기 중 열을 빠르게 흡수하여 즉각적으로 증발한다. 이는 실제 가스 분율보다 훨씬 큰 가스 구름을 형성하는 결과를 초래한다.
• 보수적 접근 (Conservative Approach): 위험 장소 구분(HAC) 시 지면에 고이는 양을 무시하고 전량 확산되는 것으로 가정하는 것이 안전 설계 측면에서 타당하다.

 

 

플래시 분율 계산식

플래시 분율은 누출 전후의 엔탈피 차이와 증발 잠열의 비로 산출하며, 일반 텍스트 형식으로 표기한다.

X = (hL₁ - hL₂) / hfg

• X: 플래시 분율 (Flash fraction)
• hL₁: 누출 전 압력 및 온도 조건에서의 액체 엔탈피
• hL₂: 대기압 및 끓는점 조건에서의 액체 엔탈피
• hfg: 대기압 조건에서의 증발 잠열

Flash 현상 동반 시 누출률 계산은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1655

Flash 현상 동반 시 누출률 계산

 

 

결론

본 보고서에서 검토한 X > 2.0 * 10⁻¹ 시 전량 가스 간주 원칙은 EI 15의 The 20% Rule에 기반한다. 이는 가연성 유체 누출 시 위험 범위를 과소평가하지 않기 위한 국제적 표준 관행임을 확인한다.