화재 시 보호 범위(Fire Relief Protection) 기준

비상 압력 방출 시스템(Relief system) 설계 시 화재 시나리오를 검토할 때, 화재 시 보호 범위(Fire Protection Zone)는 화재가 발생했을 때 열영향을 직접적으로 받는 구역의 범위를 결정하는 기준이다. 

 

화재 시 보호 범위(Fire Relief Protection) 기준

화재 시 보호 범위(Fire Relief Protection) 기준은 주로 API STD 521(Pressure-relieving and Depressuring Systems) 지침을 준수한다.

 

 

화재 시 보호 범위 결정 기준 (Criteria)

화재 시나리오는 대개 액체 가연물 유출에 의한 풀 화재(Pool Fire)를 상정한다. 이때 보호 범위는 지면으로부터의 높이와 수평 거리를 기준으로 설정한다.

• 수직 높이 기준 (Vertical Limit): 지면(Grade) 또는 화재원이 될 수 있는 액체가 고일 수 있는 면으로부터 7.6m (25ft) 이내에 있는 장치를 화재 영향권으로 간주한다.

       - 7.6m 이상의 높이에 있는 장치는 화재 열에 의한 내부 압력 상승 속도가 상대적으로 낮아 화재 시나리오에서 제외하거나 별도 검토한다.

• 수평 거리 기준 (Horizontal Limit): 화재 발생 지점으로부터 수평으로 6m~9m (20ft~30ft) 이내의 장치들을 동일한 화재 영향권(Fire zone)으로 묶는다.
• 용기 내 액체 유무: 화재 열에 의해 압력이 급격히 상승하려면 용기 내에 액체(Liquid)가 존재해야 한다. 완전한 기체상(Gas phase) 용기는 화재 시 압력 방출 장치(Relief device)보다는 비상 감압(Depressuring) 시스템이나 수냉 시설(Deluge system)로 보호한다.

 

 

화재 시나리오 적용 사례 (Application Examples)

실제 공정 설계 및 HAZOP 분석 시 다음과 같은 사례에 보호 범위 기준을 적용한다.

사례 1: 단일 화재 구역(Single Fire Zone) 내 다수 용기

• 상황: 증류탑(T₁), 환류 드럼(D₁), 재비기(Reboiler, E₁)가 수평 거리 5m 이내에 밀집되어 설치됨.
• 적용: 이 장치들은 하나의 화재 구역(Fire Zone)으로 간주한다. 화재 발생 시 동시에 열을 받으므로, 각 장치의 수하물(Inventory)을 합산하여 최대 화재 입열량(Heat input, Q)을 계산하고 이를 감당할 수 있는 공동의 방출 시스템(Relief system) 용량을 산정한다.

사례 2: 고소 배치 장치 (High-level Vessel)

• 상황: 반응기(R₁) 상단에 설치된 응축기(E₂)가 지면으로부터 10m 높이에 위치함.
• 적용: 7.6m 기준을 초과하므로 지면에서의 풀 화재(Pool fire) 시나리오는 배제한다. 다만, 해당 높이에서 누출될 수 있는 가연성 유체가 있다면 그 높이를 기준으로 새로운 화재 범위를 설정한다.

사례 3: 방유제(Bund Wall) 내부의 저장탱크

• 상황: 대형 저장탱크 2기가 하나의 방유제 내에 위치함.
• 적용: 방유제 전체 면적을 화재 발생 가능 구역으로 설정한다. 탱크 간의 거리가 기준 이내라면 동시에 화재 영향을 받는 것으로 보고, 화재 시 증발량을 계산하여 안전 밸브(PSV) 크기를 결정한다.

 

 

보호 범위 최적화 및 완화 요소

모든 장치를 화재 시나리오에 넣으면 방출 시스템(Relief system)의 규모가 과도하게 커질 수 있다. 이때 다음 요소를 고려하여 범위를 조정한다.

• 단열재(Insulation) 적용: 고온 단열재가 설치된 경우, 화재로부터 유입되는 열량(Heat flux)을 대폭 차단하므로 입열량(Q) 계산 시 감쇄 계수(F-factor)를 적용한다.
• 소화 설비(Fire fighting): 고정식 물 분무 설비(Water spray system)가 있는 경우 열 흡수를 돕지만, API 기준에서는 보통 입열량 감소보다는 장치 구조물 보호 목적으로 우선 고려한다.

 

 

HAZOP  분석 시 유의사항

HAZOP 분석 중 "화재 시 보호 범위가 부적절하다"는 원인(Cause)이 도출되면, 인접한 장치들이 동시에 과압 상태가 되었을 때 현재의 안전 밸브(PSV) 용량이 이를 모두 배출할 수 있는지(Check the global relief load)를 반드시 확인한다.