무거운 가스 위험범위 회귀식

IEC 60079-10-1:2020의 그림 D.1 (Figure D.1)에는 제트 누출(Jet Release) 외에도 무거운 가스(Heavy Gas)에 대한 위험범위 곡선이 포함되어 있다. 무거운 가스(Heavy Gas)에 대한 회귀식(Regression Formula)과 그 기술적 배경은 다음과 같다.

 

 

 

 

무거운 가스 위험범위 회귀식

무거운 가스(Heavy Gas)의 위험범위 회귀식

무거운 가스 확산 모델을 기반으로 그림 D.1의 곡선을 근사화한 식은 다음과 같이 정의한다.

dz = 10 * Qc^0.5

• dz: 폭발위험범위 (Extent of hazardous area, m)
• Qc: 특성 유량 (Characteristic flow rate, m³/s)
• Qc 산출식: Qc = Wg / (ρ_g * k * LFLᵥₒₗ)

       - Wg: 질량 방출률 (Mass release rate, kg/s)

       - ρ_g: 가스 밀도 (Gas density, kg/m³)

       - k: 안전계수 (Safety factor, 그림 D.1 기준 k=1.0)

       - LFLᵥₒₗ: 하한 폭발한계 (Lower flammable limit, vol/vol)

 

 

수식의 출처 및 기술적 근거 (Source & Technical Basis)

이 수식은 IEC 표준 본문에 직접 기재되어 있지 않으나, 표준의 근거가 된 영국 보건안전국(HSE)의 연구 보고서와 확산 모델링 논문에서 그 유도 과정을 찾을 수 있다.

1. 주요 출처 (Primary Source):

• HSE Research Report RR630 (2008):"Review of the hazardous area classification of flammable gases, liquids and dusts"
• HSE Research Report RR672 (2009):"Explosive atmospheres: Classification of hazardous areas"

2. 유도 배경:

• 무거운 가스는 공기보다 밀도가 높아 누출 시 지면을 따라 수평으로 퍼지는 중력 확산(Gravity-driven flow) 특성을 갖는다. HSE는 이를 시뮬레이션하기 위해 HAGIS (Hazardous Gas Industrial Safety) 모델 및 다양한 농도 감쇠 실험 데이터를 활용하였다.
• 제트 누출(Jet)이 운동량에 의해 거리가 결정되어 계수가 2.5인 것과 달리, 무거운 가스는 확산 면적과 관련이 깊어 계수가 10을 보인다.
• 계수 10은 중량 가스가 지면을 따라 이동하며 희석되는 속도를 실험적으로 산출하여 상한선(Upper Bound)을 설정한 결과이다.

 

 

제트 누출(Jet) 식과의 특성 비교

구분	제트 누출 (Jet Release)	무거운 가스 (Heavy Gas)
회귀식	dz = 2.5 * Qc^0.5	dz = 10 * Qc^0.5
확산 동력	방출 운동량 (Momentum)	중력 및 밀도 차 (Gravity/Density)
거리 특성	초기 누출 속도에 민감	누출량 및 지면 확산 면적에 민감
적용 사례	고압 가스 누출, 수소, 메탄 등	LPG, 염소, 대량의 냉매 누출 등

 

 

보고서 적용 시 유의사항

• 밀도 기준: 무거운 가스 곡선을 적용하기 위해서는 유체의 밀도가 공기보다 현저히 높거나(통상 공기 밀도의 1.2배 이상), 누출 시 온도가 낮아 밀도가 높아진 상태여야 한다.
• 인용 방식: 공식 문서에는 "IEC 60079-10-1 Annex D, Figure D.1의 Heavy Gas 곡선에 대한 회귀분석 결과(HSE RR630 근거)인 dz = 10 * Qc⁰·⁵을 적용함"으로 명시하는 것이 기술적 타당성을 확보하는 방법이다.

 

 

참고 문헌:

IEC 60079-10-1:2020, Explosive atmospheres – Part 10-1: Classification of areas.

UK Health and Safety Executive (HSE), RR630 & RR672.

KOSHA Guide P-135-2023, 폭발위험장소 구분에 관한 기술지침.