실내 저압 누출 위험 수직 거리

 

반응기 주변이나 배관 등에서 압력차는 존재하지만 그 크기가 작은 실내 저압 누출(Indoor Low Pressure/Velocity Release) 상황에서의 수평 및 수직 위험거리 결정 기준을 정립한다.

이 조건은 고압 제트처럼 강한 운동량(Momentum)이 없고, 대기압 풀(Pool) 증발처럼 운동량이 아예 없지도 않은 '전이 영역(Transition/Diffusive Region)'의 거동을 보인다. 실내라는 밀폐성까지 더해져 공학적으로 가장 세심한 환기 검증이 필요한 영역이다.

 

 

 

실내 저압 누출 위험 수직 거리

실내 저압 누출의 물리적 거동 특성

저압 분출(통상 수 bar 미만의 저압 가스 배관 또는 비점 부근 액체의 미세 누출) 시 가스는 다음과 같은 역학적 특징을 가진다.

• 초기 모멘텀의 급격한 감쇄: 누출 초기에는 전 방향 확산 성향을 보이지만, 압력이 낮아 제트(Jet)의 직진성이 유지되는 거리가 매우 짧다. 누출 직후 곧바로 주변 공기 기류와 가스 자체의 상대밀도에 지배를 받는다.
• 실내 환기 속도(u_w)와의 상호작용: 실내는 바람이 없거나 환기 기류(통상 0.1 m/s 내외)가 매우 약하므로, 저압 가스가 공기와 격렬하게 혼합·희석되지 못하고 누출원 주변에 무겁게 정체되거나 체적 내에 축적(Accumulation)되기 시작한다.

 

 

IEC 60079-10-1 기준

가성 체적방출특성(Qₚ)을 산출한 후, 실내 환기량과의 관계를 평가하여 거리를 결정한다.

1. 희석 등급(Degree of Dilution) 및 가상 체적(V_z) 평가

• 실내 저압 누출은 방출률 자체가 고압에 비해 낮으므로 국소 배기나 강제 환기가 상시 가동되는 구조라면 가상 체적(V_z)을 실내 전체 체적 이하로 제어하여 'Medium Dilution(중희석)'을 확보할 수 있다.
• 만약 자연 환기에만 의존하거나 환기 사각지대(Dead Zone)에 누출원이 위치한다면 가스가 실내 공간에 지속적으로 고여 'Low Dilution(저희석)' 판정을 받게 된다.

2. 중희석(Medium Dilution)인 경우의 국소 범위 결정

환기 성능이 유효하여 국소 구역으로 제한하여 설정할 수 있는 경우의 기준이다.

1) 수평 위험거리 (d):

• 낮은 분출 압력에 맞추어 산출된 Qₚ와 실내 기류 속도를 바탕으로 Figure D.1 선도에서 유체 특성(벤젠, 프로판 등은 Heavy gas 선, 메탄 등은 Jet 선 아래 영역인 Diffusive 경향 반영)을 읽어 d를 도출한다.
• 저압 누출은 고압 제트에 비해 수평 거리(d) 자체는 상대적으로 작게 도출된다.

2) 수직 위험거리 (h_up, h_down):

• 무거운 가스: 초기 모멘텀이 약하므로 상부 방향 수직 거리는 매우 제한적이다. 다만 실내 기류 와류에 의한 부유 가능성을 고려하여, 대기압 풀(1.0 m)보다는 다소 강화된 누출점 상부 방향으로 최소 1.5 m에서 2.0 m 고정 범위를 지정한다. 하부 방향(h_down)은 모멘텀 감쇄 후 즉시 바닥으로 가라앉으므로 누출점 직하부 지면(Grade)까지 전면 지정한다.
• 가벼운 가스: 부력 효과가 지배적이므로 하부 방향은 누출점 직하 0.5 m ~ 1.0 m 이내로 최소화되지만, 상부 방향으로는 수평 거리(d) 수준에 준하는 돔(Dome) 형태가 천장이나 장해물에 막힐 때까지 확장 형성된다.

3. 저희석(Low Dilution)인 경우의 범위 결정

• 저압 누출일지라도 환기가 불충분하면 가스가 실내 공간에 서서히 포화된다.
• 이 경우 수평 및 수직 거리를 개별 수치(m)로 제한하는 정량적 산정 방식은 전면 무효화(무의미)된다.
• 누출원의 압력이나 높이와 상관없이 실내 전체 공간(Floor to Ceiling, Wall to Wall)을 폭발위험지역(Zone 2 또는 Zone 1)으로 전면 지정해야 한다.

 

 

Energy Institute 15 (EI 15) 기준 (저압 조건 해석)

EI 15 표준에서는 압력이 존재하는 누출에 대해 대기압 풀(Section 5.4.3)과 고압 누출(Section 5.4.1)로 나누어 규정하므로, 그 중간인 '저압 누출'인 경우에는 다음과 같은 공학적 해석(Engineering Judgement) 기준을 제시한다.

• 5 bar 미만의 저압 액체/기체 누출: EI 15의 Point Source 정성적 표(Table 5.1 등)는 최하위 압력 기준을 통상 5 bar 또는 10 bar 등으로 잡고 거리를 제시한다. 공정 압력이 이보다 낮은 저압 라인인 경우, 대기압 풀 조건보다는 보수적이고 고압 제트 조건보다는 완화된 수치적 접근을 취한다.
• 실내 배치 시 가중: EI 15 Section 6 가이드에 따라, 실내 저압 누출 환경에서는 주위 환기가 보장되더라도 가스의 침강 및 포켓(Pocket) 형성을 방지하기 위해 수직 상부 고정 거리를 최소 2.0 m로 제한 적용하며, 배관의 플랜지나 밸브 밀봉부 주위로 일정 반경의 원통형(Cylinder) 구역을 형성하도록 유도한다.

 

 

요약: 실내 저압 누출 시 목록 기재 실무 지침

실내 저압 누출원을 공정안전보고서(PSM) 폭발위험장소 설정 목록에 최종 반영할 때의 기재 원칙이다.

1. 환기 설비(강제 배기 등)가 완비된 실내 저압 구역:

• 수평 거리: 계산식 및 도표로 도출된 값 적용 (고압 대비 작은 수치)
• 수직 상부 (h_up): 무거운 가스 기준 누출점 위쪽으로 1.5 m ~ 2.0 m 고정 제한 기재 (초기 모멘텀 및 실내 와류 마진 확보)
• 수직 하부 (h_down): 지면(Grade)까지 전면 기재

2. 환기가 불량하거나 자연 환기 창문만 있는 실내 저압 구역:

• 수평 / 수직 거리: 특정 수치 기재 불가
• 기재 방식: "실내 전체 공간 (Entire Room, 천장 높이까지)"으로 일괄 지정 기재

 

정보 출처 및 근거 (Source of Verification)

KOSHA GUIDE E-180-2020 (가스폭발위험장소의 설정에 관한 기술지침), 제6장 환기의 영향 평가 및 부속서 E 실내 방출원 설정 예시 기준.

IEC 60079-10-1:2020, Clause 7 (Influence of ventilation) 및 Annex C, E의 실내 저속/저압 방출성(Diffusive) 거동 가이드라인.

Energy Institute 15 (EI 15), Section 5 및 Section 6 (Indoor Ventilation and Adequacy Limits).