1차 누출 등급 위험 거리 산정 가이드

IEC 60079-10-1:2020 표준에서 벤트(Vent)와 같은 1차 누출 등급(Primary grade of release)은 정상 운전 중에 주기적으로 발생함에도 불구하고, 개구부의 복잡한 특성으로 인해 위험 거리(dz) 산정에 어려움이 존재한다. 이를 해결하기 위해 IEC 표준의 기본 원리와 타 규정(API, NFPA, EI 등)에서 제시하는 폭발위험장소 산정 가이드를 공유하고자 한다.

 

 

 

1차 누출 등급 위험 거리 산정 가이드

IEC 60079-10-1:2020 기반 산정 가이드

IEC 표준은 수식을 통한 정밀 계산법을 우선시한다.

• 누출률(Wg) 산정: 앞서 정리한 Pressurized gas release 식을 사용하여 벤트 압력에 따른 누출률을 계산한다.
• 환기 유효성 및 희석 등급: 벤트 인근의 풍속(Uw)과 환기 효율(f)을 고려하여 희석 등급(High, Medium, Low)을 결정한다.
• 위험 거리(dz) 계산: 계산된 누출률을 바탕으로 표준의 Chart D.1 (누출 형에 따른 거리 산정 그래프)을 활용하여 폭발위험 범위를 결정한다.

 

 

타 규정(API, NFPA, EI)에 의한 보완 가이드

IEC의 수식 계산이 불확실할 경우, 실무에서는 코드 기반의 수치(Prescriptive approach)를 적용한다.

1. API RP 505 & NFPA 497

• Vent 특징: 배출구 방향과 배출 속도에 따른 정형화된 도면을 제공한다.
• 산정 예시: 대기로 개방된 벤트의 경우, 배출구 중심으로 일정 반경(보통 1.5 m ~ 3.0 m)을 Zone 1으로 설정하고, 그 외곽을 Zone 2로 감싸는 형태를 권고한다.

 

API RP 505 & NFPA 497 규정에 따른 Vent 등 1차 누출에 대한 폭발위험 범위에 대한 세부적인 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

 

https://sec-9070.tistory.com/1256

Vent 폭발위험장소 구분도

 

 

 

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

① 직접 거리 산정법 (Direct Selection Method)

직접 거리 산정법은 복잡한 계산 없이, 설비의 종류와 운전 조건을 기정의된 표(Table)와 대조하여 위험 범위를 즉시 결정하는 방식이다.

• 적용 원리: 과거의 사고 사례, 실측 데이터 및 확산 모델링 결과를 통계적으로 정리하여 "표준 위험 거리"를 제시한다.
• 주요 고려 요소:

       - 물질의 범주(Fluid Category): 물질의 휘발성과 인화점에 따라 Category A, B, C, G 등으로 분류한다.

       - 누출 등급(Grade of Release): 1차(Primary), 2차(Secondary) 등급 여부.

       - 주변 환경: 개활지(Open Area), 차폐 지역(Sheltered Area) 등 환기 상태.

• 벤트(Vent) 적용 예시: 특정 압력과 구경을 가진 벤트의 경우, "수평 방향 R 미터, 수직 방향 H 미터"와 같이 구체적인 Zone 1 및 Zone 2 범위를 표에서 찾아 즉시 도면에 반영한다.

 

 

② 점 오염원 접근법 (Point Source Approach)

점 오염원 접근법은 개별 누출원(Point Source)으로부터 발생하는 가스/증기의 누출률을 계산하고, 이를 기반으로 위험 거리(Hazard Radius)를 산출하는 보다 정밀한 방법이다.

A. 누출률(Wg) 산정

먼저 벤트의 입구 압력, 온도, 구경을 바탕으로 앞서 검토한 식을 사용하여 초당 누출량(kg/s)을 계산한다.

B. 가스 밀도 및 확산 특성 고려

가스의 상대 밀도(ρr)에 따라 확산 거동을 세 가지로 구분하여 평가한다.

• 부력의 가스(Buoyant Gas): 공기보다 가벼워 위로 확산.
• 중립 가스(Neutral Gas): 공기와 밀도가 유사함.
• 무거운 가스(Heavy Gas): 공기보다 무거워 지면으로 가라앉으며 수평으로 길게 확산.

C. 위험 거리(Hazard Radius, R) 도출

EI 15는 계산된 Wg 값을 바탕으로 위험 거리를 찾을 수 있는 전용 그래프(Sensitivity Charts)를 제공한다.

• 그래프 활용: X축에 누출률(Wg)을 대입하고, 해당 물질의 특성 곡선과 만나는 Y축 지점에서 위험 거리(R)를 읽는다.
• 희석 기준: 가스 농도가 폭발 하한계(LEL)의 20% 또는 50% 수준으로 희석되는 지점을 위험 범위의 끝으로 간주한다.

EI 15 규정에 따른 Vent 등 1차 누출에 대한 폭발위험 범위에 대한 세부적인 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/638

EI 15 규격

 

 

 

벤트(Vent) 누출 산정 시 고려해야 할 핵심 요소

항목	고려 사항	적용 방식
누출 빈도	정상 운전 중 발생 횟수	연간 10 시간 ~ 1.0 * 10³ 시간 발생 시 1차 누출로 분류
가스 밀도	공기 대비 상대 밀도(ρr)	무거운 가스(ρr > 1)는 하부 확산, 가벼운 가스는 상부 확산 적용
장착 위치	지면으로부터의 높이	실외 고소 벤트는 기류 확산이 용이하여 범위 축소 가능
차단 장치	Check Valve 또는 Flame Arrester	누출 특성 및 화염 전파 가능성 검토

 

 

실무적 권고 사항

현장에서의 혼선을 줄이기 위해 다음의 절차를 제안한다.

• 계산 우선: 가능하면 IEC 수식을 통해 Wg를 산출하고 dz를 도출한다.
• 보수적 적용: 계산 결과가 현장 여건과 괴리가 클 경우, API RP 505의 Figure 14 등 유사 공정 도면을 인용하여 범위를 설정한다.
• 보고서 명시: 1차 누출 등급임을 명시하고, 가동 중 주기적으로 가스 검지기(LFL %) 측정을 통해 범위를 검증한다.