LPG 폭발위험범위 계산

앞서 폭발위험장소 구분도 작성을 위한 KS C IEC-60079-10-1에 의거한 이론을 살펴보았다.

금번은 LPG 보일러에 사용하는 LPG(액화석유가스)에 대해 폭발위험지역 범위 계산 사례를 공유하고자 한다.

 

 

 

LPG 폭발위험범위 계산 (지하탱크 옥내 경우)

 

1. 인화성 물질 목록 및 특성

* 누출형태 :  LPG 저장탱크(기화기 전단)는 액체 상태로 누출원에서 누출되는 형태로 무거운 가스(증기밀도 : 1.55)

 

 

2. 누출율 계산

2.1 LPG 지하탱크 저장소 건물 내·외부

 

 

 

2.2 액화가스 상태로 누출되어 Pool 형성 후 증발

구분	항목	내역	계산 근거 및 기준
물질정보	물질명	Propane	압축액화가스 상태로 누출
	분자량(kg/kmol), M	44.1	C3H8
	정압비열(kJ/(kg.K)), Cp	1.68
	기체상수(J/kmol.K), R	8,314
	인화하한(vol %), LFLv	2.10
	인화하한(㎏/㎥), LFLm	0.04	LFLm=0.416*10-3*M*LFLv
	가스 밀도(kg/㎥), ρg	1.83	ρg=(Pa∙M)/(R∙Ta)
	액체 밀도(kg/㎥), ρl	581	MSDS
누출원 정보	누출등급	2차 누출	V/V Stem Packing, Flange Gasket Failure
	대기 압력(Pa), Pa	1.013E+05
	운전 압력(Pa), P	7.213E+05	P=Pv+Pa	Pv=620 kPa(운전 압력)
	운전 온도(K), T	284	운전 온도(11°C)
	주위 온도(K), Ta	293	상온(20°C)
	구멍의 단면적(m2), S	2.5E-07	Spiral Wound 가스킷  (확대되지 않는 일반 조건)	아래 "표 B.1" 참조(0.025㎟)
	누출계수, Cd	0.75	2차 누출,  Sharp orifice	1) Sharp orifice : 0.5~0.75  2) Rounded orifice : 0.95~0.99  3) 정확히 알 수 없는 경우 : 1
	압축계수, Z	1	이상기체
누출률 계산	액체의 누출률 (kg/s), W	5.03E-03
	누출 시간(s),t	1.80E+03	30min	API 581에 따라 middle 누출공(대표  치 1"), 검출시스템 A, 차단시스템 C   (30min)
	누출량(㎏),Q	9.06E+00	Q=W*t
증발률 적용	액체층 표면적(㎡),Ap	1.559E+00	A(㎡)=누출량(㎏)/밀도(kg/㎥)/0.01	확산방지 조치가 되어 있지 않은 경우  KOSHA GUIDE P-180-2020  액체층 표면적 계산식 도입
	액체층 표면적(㎡),Ap	0.000E+00	NO	현재 설치되어진 방유벽 면적 적용 시
	증기압(kPa),Pv	8.800E+02		Pv=880 kPa(20℃에서의 증기압 적용)
	액체 증발률(㎏/s),We	4.598E-03		확산방지 미조치 적용
	5% 증발률 적용(㎏/s)	2.52E-04	W*0.05	IEC 사례 증발률 2% 보다 높은 5%수치를 적용
	채택 누출량(kg/s),We	4.60E-03		보수적 수치인 액체 증발률 채택
누출특성	LFL의 안전계수, k	1	제조자 제공 MSDS	k=0.5~1  1) 폭발하한이 잘 알려져 있는 물질 : 1  2) 폭발하한의 계산이 가능한 물질 : 0.8  3) 그 밖의 경우 : 0.5
	누출특성 (㎥/s)	1.194E-01	We/(ρg∙k∙LFL/100)

 

 

3. 환기 특성 (옥내)

 

구분	항목	내역	계산 근거 및 기준
옥내	환기구 면적(㎡), Ao	0.29	0.65m*0.45m /개
	환기구 개소	8	급기구/배기구를 각각 8개
	환기 유량(㎥/s), Qa	0.117	Qa=8*Ao*Uw
	옥내 환기속도(m/s), Uw	0.05	아래 "표 C.1" 이용

 

 

 

4. 배경농도 검토 (옥내)

 

구분	항목	내역	계산 근거 및 기준
액화가스 누출	환기효율계수, f	1.5	f=1~5 1) 배경농도는 균일하며, 배출구가 누출원과 멀리 떨어진 경우 : 1 2) 혼합 효율이 일부 비균질한 경우 : 1.5 3) 혼합 효율이 많이 비균질한 경우 : 5
	인화성 가스의 부피유량(㎥/s), Qg	2.51E-03	Qg=We/ρg
	임계농도(vol./vol.), Xcrit	5.25E-03	Xcrit=0.25*LFL/100
	배경농도(vol./vol.), Xb	3.15E-02	Xb=(f∙Qg)/(Qg+Qa)
	농도 비교	Xb>Xcric

 

5. 희석등급의 결정

 

▶ Xb>Xcric 인 바 저희석 등급

 

 

6. 폭발위험장소 추정

6.1 폭발위험장소 종별

 

상기 경우에 대해 다음의 누출등급과 환기유효성에 의한 폭발위험장소의 종별표로 부터 종별 결정

- 누출등급 : 2차누출, 희석등급 : 저희석, 환기이용도 : 양호

 

 

6.2 폭발위험장소 범위 결정

 

다음의 폭발위험장소 범위 추정 그래프로 부터 폭발범위 추정

- 누출 특성 : 0.12 ㎥/s, 누출형태 : 무거운 가스

 

▶ 액화가스 누출 : 3.1 m