EI 15 위험 거리 계산식(1)

EI 15(Design, selection, installation and maintenance of electrical equipment in hazardous areas) 가이드라인에서 제시하는 환기가 잘 되는 개방된 공간(Open area)에서의 가스 방출에 따른 위험 거리(Hazardous distance) 계산식과 구성 요소에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

EI 15 위험 거리 계산식(1)

다음 내용은 가벼운 가스(Buoyant gas)'나 '중성 부력 가스(Neutrally buoyant gas)'의 확산에 대한 계산식이다.

원문 공식 (Original Formula)

Energy Institute(EI) 15, Annex C의 유도 식에 기반한 공식의 원문 형태는 다음과 같다.

d = C * [ Wg / (uw * LFL * ρₐ) ]^0.5

 

Annex C의 수식은 주로 '가벼운 가스(Buoyant gas)'나 '중성 부력 가스(Neutrally buoyant gas)'의 확산을 다루며, 액체 누출 후 증발(Evaporation)이나 고밀도 가스(Heavy gas)의 경우에는 별도의 보정 계수나 모델을 적용할 것을 명시하고 있다.

 

 

변수 정의 및 단위 (Variables and Units)

각 기호는 다음의 의미를 가지며, 계산 시 단위 일치에 주의해야 한다.

• d: 위험 거리 (Hazardous distance, m). 가스 구름이 하부폭발한계(LFL)의 일정 비율에 도달하는 지점까지의 거리이다.
• C: 상수 (Constant). 방출 특성 및 안전 계수를 반영하며, 통상적으로 EI 15에서는 가스 방출 조건에 따라 특정 값을 제시한다.
• Wg: 가스 방출 속도 (Gas release rate, kg/s). 누출원으로부터 단위 시간당 분출되는 질량이다.
• uw: 풍속 (Wind speed, m/s). 일반적으로 보수적인 설계를 위해 낮은 풍속(예: 0.5 m/s)을 적용한다.
• LFL: 하부폭발한계 (Lower Flammable Limit, vol/vol 또는 kg/m³). 혼합기가 연소 가능한 최저 농도이다. (공식의 구성에 따라 분율 또는 질량 농도로 적용)
• ρₐ: 주위 공기 밀도 (Ambient air density, kg/m³). 표준 상태(at 20°C)에서 대략 1.2 kg/m³를 사용한다.

 

 

계산 메커니즘 시각화 (Conceptual Diagram)

가스 누출 시 확산 범위는 아래와 같은 물리적 메커니즘을 따른다.

 

[누출원 (Source)] ----> [분출 유량 (Wg)]
                                            ↓

                                  [외부 환경 요인]
                        (풍속: uw, 공기밀도: ρₐ, LFL)
                                            ↓
[위험 거리 (d)] <-------------------------- [확산 경계선]

 

 

 

 

유의사항

• 적용 한계: 본 식은 희석률(Dilution)과 확산(Dispersion) 모델을 단순화한 형태이다. 고압 분출이나 대량 누출의 경우, 단순 확산식보다는 전문 시뮬레이션(CFD 또는 PHAST 등) 결과가 우선한다.
• LFL 적용: 원문에서는 LFL 수치를 질량 농도로 환산하여 적용하거나, 무차원 분율로 적용할 때 상수의 단위를 조정하여 계산한다.
• 정확한 상숫값 (C): 누출 시나리오(Point source, Line source 등)와 수직/수평 방출 방향에 따라 가이드 내의 Table을 참조하여 결정해야 한다.

EI 15 위험 거리 계산식에서 상수 C 결정에 대해서는 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1924

EI 15 계산식 상수 C 결정

 

 

 

출처: Energy Institute (EI) Model Code of Safe Practice Part 15 (Area classification code for installations handling flammable fluids).