고압 누출(Jet Release) 수직 거리 결정

풀(Pool)이 아닌 경우, 즉 배관 기밀 부위, 밸브 플랜지, 펌프 씰, 압력 용기 등에서 압력차에 의해 분출되는 고압 누출(Gas/Liquid Jet Release)인 상황에서의 수직 거리 결정 기준을 정립한다.

이 조건은 가스가 대기압 상태로 잔잔하게 기화하는 풀 증발과 달리, 초기 분출 모멘텀(Momentum)이 거동을 지배하므로 IEC 60079-10-1:2020 및 EI 15 표준 모두 다른 정량적·정성적 기준을 적용한다. 

 

 

 

고압 누출(Jet Release) 수직 거리 결정

IEC 60079-10-1:2020 기준 (기성 특성 도표 활용)

고압 분출인 경우, 누출 초기 단계에서는 가스의 상대밀도보다 분출 압력에 의한 역학적 힘이 훨씬 강하게 작용한다.

1. 기본 확산 특성 (Jet Area)

• 가스가 고압으로 분출되는 제트 영역(Jet Region) 내에서는 유체가 전 방향(상, 하, 좌, 우)으로 동일한 힘을 받으며 직선 구조로 뻗어나간다.
• 따라서 표준의 Figure D.1 선도에서 도출된 수평 위험거리(d)의 초기 일정 구간까지는 수직 방향으로도 동일한 범위의 폭발위험환경이 형성된다.

 

2. 모멘텀 감쇄 이후의 수직 범위 분리 

• 무거운 가스 (Heavy Gas): 분출 속도가 대기 풍속 수준으로 감쇄되는 지점부터 중력 침강이 발생한다. 이에 따라 누출원 상부 수직 거리(hᵤₚ)는 공학적 판단(Engineering Judgement)을 통해 수평 위험거리(d)의 약 50% 수준으로 감해 주거나 현장 조건에 따라 1.5 m에서 2.0 m 사이로 제한한다. 하부 방향(h_down)은 지면(Grade)까지 전면 지정한다.
• 가벼운 가스 (Light Gas): 모멘텀 감쇄 이후 부력에 의해 상승하므로, 누출원 하부 수직 범위는 급격히 줄어들지만 상부 수직 범위는 수평 위험거리(d)와 유사한 수준의 돔(Dome) 형태 또는 원추형 구조를 형성하며 높게 유지된다.

 

 

Energy Institute 15 (EI 15) 기준 (Point Source Approach)

EI 15의 Section 5.4.1(Point Sources) 등 정성적 기법을 적용할 경우, 고압 누출원에 대한 수평(R) 및 수직(h) 범위는 유체 카테고리와 누출공 크기(Hole Size)에 의해 정형화된 수치로 직접 결정된다.

1. 실외 (Outdoor) 고압 누출

EI 15에서는 고압 누출원을 세 가지 형상 유형(Type A, Type B, Type C)으로 분류하여 입체적 위험구역을 정의한다.

• Type A (지면과 이격된 공중 누출): 누출점이 지면으로부터 높이 떨어져 있는 경우, 무거운 가스라 할지라도 고압 분출 시에는 누출원을 중심으로 수평 위험반지름(R)과 동일한 거리만큼 상부 및 하부 전 방향으로 구형(Sphere)의 위험지역을 형성하도록 규정한다. 즉, 이 단계에서는 수직 거리가 수평 거리와 동일하다 (hᵤₚ = R, h_down = R).
• Type B / Type C (지면 근처 누출): 누출 제트가 지면에 부딪히거나 지면 근처에서 감쇄되는 경우, 상부 방향 수직 거리는 제한되지만 하부 방향은 지면을 포함하여 지면 위 1.0 m ~ 2.0 m 높이의 수평 원반 형태로 구역이 확장된다.

2. 실내 (Indoor) 고압 누출

실내 고압 누출의 경우, EI 15 Section 6에 따른 환기 등급 평가가 필수적이다.

• 환기 양호 (Adequate Ventilation): 실외 Type A~C 기준 거리에 실내 가중 계수(통상 1.5배)를 곱하여 구역을 확장하되, 모멘텀에 의한 상하부 등방성 확산 원리는 동일하게 적용한다.
• 환기 불량 (Inadequate Ventilation): 고압 분출된 가스가 실내 벽면과 천장에 부딪혀 와류를 일으키고 방 전체를 채우기 때문에, 누출원 주위의 수직 거리를 제한하는 것 자체가 불법화된다. 이 경우 실내 전체 공간(Floor to Ceiling)을 전면 위험지역으로 지정한다.

 

 

요약: 풀(Pool)이 아닌 고압 누출 시 수직거리 정립 기준

구분	실외 (Outdoor) - 공중 누출	실외 (Outdoor) - 지면 근처 누출	실내 (Indoor) - 환기 불량 시	비고
지배적 거동	초기 분출 모멘텀에 의한 전 방향 등방성 확산	모멘텀 감쇄 후 가스 밀도에 따른 침강 또는 상승	실내 벽면 충돌 및 가스 정체 (Accumulation)	압력 및 환기 상태 지배
수직 상부 (hᵤₚ)	수평 위험거리(R 또는 d)와 동일하게 지정 (모멘텀 지배 영역)	- 무거운 가스: 수평 거리의 약 50% 수준 감액 기재 - 가벼운 가스: 수평 거리 수준 유지	실내 천장 높이까지 전면 지정 (제한 불가)	누출점 위치 및 공간 밀폐성 반영
수직 하부 (h_down)	수평 위험거리(R 또는 d)와 동일하게 지정	지면(Grade) 마감면까지 전면 지정	실내 바닥 높이까지 전면 지정	공간적 물리 한계 적용

 

 

결론 및 업무 적용 지침

압력이 없는 풀(Pool) 증발 상태에서는 가스 자체의 무게 때문에 수직 상부 범위를 1.0 m ~ 1.5 m로 강제 제한할 수 있었다.

그러나 풀이 아닌 고압 누출(Jet) 상황에서는 초기 운동량에 의해 상하좌우 전 방향으로 가스가 강하게 뻗어나가므로, 공중 누출 시 수직 거리를 수평 거리와 동일하게 등방성(구형)으로 크고 보수적으로 잡아주는 것이 안전 설계의 기본 원칙이다.

실내 고압 누출이면서 환기가 불량한 구조라면 고정 수치 적용을 전면 배제하고 실내 전체를 폭발위험지역으로 지정해야 한다.

 

정보 출처 및 근거 (Source of Verification)

KOSHA GUIDE E-180-2020, 제5장(폭발위험장소의 범위) 및 부속서 E 예시 1 (고압 펌프 씰 제트 방출 특성)

IEC 60079-10-1:2020, Clause 5.4.1 (Mometum-dominated jet releases) 및 Figure E.3 형상 기준

Energy Institute 15 (EI 15), Section 5.4.1 (Point Sources under Pressure - Type A, B, C Shapes)