무시할 수 없는 누출률(Significant Release Rate)

폭발위험장소 구분(Hazardous Area Classification) 및 가스 누출 시나리오 설정 시 사용되는 무시할 수 없는 누출률(Significant Release Rate)은 가연성 물질이 누출되었을 때 폭발성 분위기를 형성할 수 있는 최소한의 유효한 누출 속도를 의미한다.

 

 

 

 

무시할 수 없는 누출률(Significant Release Rate)

주요 정의 (Definition)

폭발위험장소의 범위를 결정할 때, 매우 미세한 양의 누출까지 모두 고려하면 비현실적으로 넓은 지역이 위험장소로 지정될 수 있다. 따라서 공학적 판단과 기준에 따라 폭발 위험을 일으킬 수 있는 하한치 성격의 누출률을 설정하며, 이를 무시할 수 없는 누출률이라 한다.

주요 국제 표준 및 국내 지침(IEC 60079-10-1, KOSHA GUIDE P-135 등)에서는 가스 또는 증기의 누출률 Wg가 폭발 하한계(LEL)를 기준으로 특정 체적의 폭발성 분위기를 형성하지 못할 만큼 작다면, 해당 누출원은 위험장소 구분에서 제외할 수 있다고 명시한다.

 

 

기술적 근거 및 판단 기준 (Technical Basis)

무시할 수 없는 누출률을 판단하는 정량적 근거는 주로 가상 체적(Virtual Volume, Vz)과 환기 등급(Degree of Dilution)의 상관관계에서 도출된다.

• Vz (Virtual Volume) 기준: 가스 누출 시 해당 누출원 주위에 형성되는 가용 가스 구름의 부피가 0.1 m³ 미만인 경우, 일반적으로 해당 누출은 무시할 수 있는 수준으로 간주한다.
• 하한계 유량 계산: 일반적인 산업 현장에서 적용하는 '무시할 수 없는 최소 누출률'에 대한 정량적 수치는 특정 가스의 특성과 환기 조건에 따라 달라지나, KOSHA GUIDE P-135-2023 및 IEC 60079-10-1의 내용을 바탕으로 산출한다.

[산출 공식의 원리]

누출률 Wg와 환기 속도에 따른 가상 체적 Vz의 관계는 다음과 같다.

Vz = (f * Qg) / (Cₚᵣₒₜ * n)

여기서 각 변수의 의미는 다음과 같다.

• Wg: 가스 누출률 (kg/s)
• Qg: 가스 체적 유량 (m³/s)
• f: 효율 계수 (Efficiency Factor)
• n: 환기 횟수 (Air Changes per unit time)
• Cₚᵣₒₜ: 폭발 하한계(LEL)에 안전계수(k)를 곱한 농도

 

 

실무적 적용 사례 (Practical Application)

실무적으로 무시할 수 없는 누출률의 경계값은 대개 다음과 같은 수치를 가이드라인으로 활용한다. 

구분	누출률 기준 (Wg)	비고
무시 가능한 수준	< 10⁻⁷ kg/s	매우 밀폐된 소형 피팅류 등
무시할 수 없는 수준	≥ 10⁻⁷ kg/s	위험장소 구분 계산의 시작점
중요 누출 수준	≥ 10⁻³ kg/s	대규모 확산 및 화재 위험 고려

참고: 10⁻⁷ kg/s 이하의 누출은 일반적인 개방된 작업 공간에서 자연 환기에 의해 즉시 희석되어 폭발성 분위기를 형성하기 어렵다고 판단한다.

 

 

주의사항 (Disclaimer)

상기 수치는 일반적인 대기압 및 표준 온도 환경을 가정한 것이며, 고압 공정(High Pressure)이나 독성 물질이 혼합된 경우에는 폭발 위험과는 별개로 독성 허용 농도를 기준으로 누출 관리를 수행해야 한다. 구체적인 설비의 누출률 산정 시에는 반드시 해당 물질의 물성치와 실제 환기 조건을 반영한 Vz 계산을 수행한다.

 

관련 출처 및 근거 (References):

KOSHA GUIDE P-135-2023: 인화성 가스 및 증기 누출원에 의한 폭발위험장소 설정에 관한 기술지침.

IEC 60079-10-1 Edition 3.0: Explosive atmospheres – Part 10-1: Classification of areas – Explosive gas atmospheres.

API RP 505: Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at Petroleum Facilities Classified as Class I, Zone 0, Zone 1, and Zone 2.