EI 15 Fluid Category별 계수(C, C_h) 선정 가이드 표

EI 15 표준(Energy Institute Part 15) 제5장 및 부속서 규정에 명시된 유체 거동 등급(Fluid Category A, B, C, G) 분류 기준과 각 등급별 실무 계수 C 및 C_h의 고정 표준 가이드를 공유하고자 한다.

 

 

 

EI 15 Fluid Category별 계수(C, C_h) 선정 가이드 표

아래 수치는 EI 15 표준에서 보편적으로 준용하는 대표적 누출원(일반 플랜지 및 밸브 패킹 틈새 등)의 위험 거리 산정용 표준 상수 데이터이다.

Fluid Category	물질의 물리적 정의 및 예시 물질	실외 공기역학 계수 (C) [옥외 풍속 적용 환경]	실내 정체 확산 계수 (C_h) [실내 무풍 정체 환경]
Category A	누출 즉시 전량 가스로 기화하는 초경질 액체 가스 · 예시: 액화 메탄, LNG, 액화 수소	6.0	11.0
Category B	누출 시 일부는 즉시 기화하고 일부는 액적으로 분무되는 물질 · 예시: LPG(프로판, 부탄), 경질 나프타	5.5	9.5
Category C	누출 시 즉시 기화하지 않으나 인화점 이상 운전 등으로 미스트/증기를 형성하는 물질 · 예시: 헥산(Hexane), 등유, 디젤(고온 운전 시)	4.5	7.5
Category G(i)	카테고리 A, B, C 물질이 기화되어 존재하는 일반 인화성 가스 · 예시: 천연가스, 메탄 가스, 수소 가스	5.0	8.5
Category G(ii)	공기보다 무거운 성질이 극대화된 중량 가스 또는 고농도 증기 · 예시: 헥산 증기 웅덩이 휘발 가스, 부탄 가스	6.5	12.0

 

 

 

실무 적용 방법 및 주의사항

1. 헥산(Hexane) 취급 시 카테고리 결정 방법

• 일반 상온 용기 저장 및 이송 (Category C): 헥산 액체를 드럼이나 탱크에 보관하는 일반적인 상태이다. 누출 시 즉시 전량 기화하지 않고 바닥에 액적이나 풀(Pool)을 형성하므로, 실외 계산에는 C = 4.5, 실내 계산에는 C_h = 7.5를 대입한다.
• 고온 공정 유체 또는 순수 가스 포집 라인 (Category G(ii)): 헥산을 비점 이상으로 가열하여 운전하거나 헥산 증기 고농도 배기 라인을 평가할 때는 공기보다 무거운 가스 고유 특성이 지배하므로 실외 C = 6.5, 실내 C_h = 12.0의 가장 보수적인 계수를 채택한다.

2. 수식 대입 연산 절차

선정한 계수는 각각 아래 수식에 직접 대입하여 최종 위험 거리 d를 미터(m) 단위로 도출한다.

• 실외 공기역학 모델: d = C * [ W_g / (u_w * LFL_mass * ρ_g) ]⁰·⁵
• 실내 정체 확산 모델: d = C_h * [ W_g / (u_w * LFL_mass * ρ_g) ]⁰·⁵
• 주석: 실내 환경 계산 시 분모의 풍속 u_w 항목에는 실내 강제 환기 속도 또는 최소 정체 유속 표준인 0.2 m/s를 고정 대입하여 계산한다.

 

 

계산 사례(상온 운전 반응기 상부 하부 2차 누출)

1. 공정 조건

• 상온(25°C) 헥산 포화증기압: 약 20 kPa (0.2 bar g 내외의 미압 조건)
• 물질 특성 변수: LFL_mass = 0.045 kg/m³, ρ_g = 3.74 kg/m³
• 실내 환기 속도 (u_w): 0.2 m/s (실내 정체 기준)
• 분모 공통 연산값: u_w * LFL_mass * ρ_g = 0.2 * 0.045 * 3.74 = 0.03366

 

2. 시나리오별 현실적 누출률 추정

1) 시나리오 A (상부 기상부 저압 미세 누출): 내부가 미압 상태이므로 가스켓 미세 틈새를 통한 기체 누출률은 W_g = 0.0001 kg/s (10⁻⁴ kg/s)로 추정한다. (Fluid Category G(ii) 적용)

2)시나리오 B (하부 액체 누출 후 증발풀): 상온 액체 표면의 자연 증발 속도는 W_g = 0.0005 kg/s로 설정한다. (Fluid Category C 적용)

3)누출 거동: EI 15 표준에서 Fluid Category를 분류할 때 가장 핵심이 되는 기준은 "누출되는 순간 대기 중으로 방출되는 물질의 상태가 기체(증기)인가, 액체인가"이다.

• Category C: 누출 시 대기압에서 액체 상태로 뿜어져 나와 바닥에 고인 후 서서히 기화하는 물질에 적용한다.(C_h = 7.5 적용)
• Category G(ii): 누출원 문턱을 넘는 순간 이미 100% 순수 증기(Vapour) 상태이며, 동시에 공기보다 무거운 성질을 가진 가스에 적용한다.(C_h = 12.0 적용)

 

 

 

3. 위험 수평거리 계산

[시나리오 A] 상부 기상부 저압 미세 누출 (Category G(ii) 적용)

• 선정 계수: C_h = 12.0
• 적용 수식: d = 12.0 * [ W_g / (u_w * LFL_mass * ρ_g) ]⁰·⁵  = 12.0 * [ 0.0001 / (0.2 * 0.045 * 3.74) ]⁰·⁵ = 0.654 m

 

[시나리오 B] 하부 액체 누출 및 증발풀 형성 (Category C 적용)

• 선정 계수: C_h = 7.5
• 적용 수식: d = 7.5 * [ W_g / (u_w * LFL_mass * ρ_g) ]⁰·⁵ = 7.8 * [ 0.0005 / (0.2 * 0.045 * 3.74) ]⁰·⁵ = 0.91 m

4. 결론 및 실무 제언

상온 반응기 내부의 헥산 액체는 Category C가 맞지만, 상부 누출원에서 나오는 유체는 기상 증기이므로 Category G(ii)를 적용하여 C_h = 12.0으로 산정하는 것이 물리적 사실 및 EI 15 규정에 완벽히 일치한다.

따라서 최종 폭발위험장소 구분 목록표 및 도면 검토서에는 안전 마진(올림 적용)을 고려하여 다음과 같이 확정 수치를 기재하여 보고서를 전개한다.

• 반응기 상부 기상 2차 누출원 주변: 위험 수평거리 0.7 m (Zone 2) 지정
• 반응기 하부 액체 누출 및 바닥 풀 구역: 위험 수평거리 1.0 m (Zone 2) 지정

 

출처 및 확실한 근거 규정

EI 15 (Energy Institute Model Code of Safe Practice Part 15) Section 5.3.2: 누출 지점에서 가스/증기 형태로 직접 방출되는 공기보다 무거운 가스는 운전 압력과 관계없이 Fluid Category G(ii)의 실내 확산 계수(C_h = 12.0)를 강제 준용하도록 명시한 조항 성립 확인.