KGS GC101 계산 사례(프로판)

KGS GC101에서 다루는 누출이론과 폭발위험장소 설정과 관련된 이론으로 부터 폭발위험장소의 종류를 구분하고, 그 거리를 계산하는 실제 사례를 공유하고자 한다.

 

 

 

KGS GC101 계산 사례(프로판)

 

폭발위험장소 평가 순서

①누출등급의 결정 ②누출 홀 크기의 결정 ③누출유량의 결정 ④희석등급의 결정 ⑤환기유효성의 결정 ⑥위험장소의 결정 ⑦ 폭발위험장소 범위의 산정

 

 

계산 사례 :

아래 기초자료의 프로판 가스 수송배관 중 하나의 플랜지를 대상으로 폭발위험장소 위험 범위를 계산하였다.

 

<표 1> Basic Input values for Area Classification

폭발하한에 따른 안전계수(k)는 프로판 단일물질로 LEL(2.2%)을 확실히 알 수 있기 때문에 1의 값으로 한다.

 

 

1. 누출등급 결정

프로판 가스의 배관 플랜지에서의 누출등급은 2차누출등급으로 선정한다.

 

2. 누출공 크기(Hole size)의 결정

“Suggested hole cross sections for secondary grade of releases”의 Table로부터 스파이럴 와운드 개스킷(spiral wound gasket)을 사용한 플랜지 지점에 홀 크기가 침식될 수 있는 누출상황이라면 단면적(S)은 0.25㎟로 선택할 수 있다.

 

3. 누출 유량의 결정

프로판의 누출상태를 기체로 가정하고, 유출계수(Cd)의 값은 근거할 만한 자료가 없으므로 0.99를 적용한다.

내부압력은 운전압력 또는 액체저장의 경우 증기압을 입력하면 되며, 여기서는 임의로 1.8MPa(게이지압력)을 설정하고, 대기압 더하여 1,901,325Pa을 입력한다.

가스온도는 운전압력을 입력하면 되며, 40℃(313.25K)로 임의로 설정한다.

압축계수는 내부압력이 5MPa 이하이므로, 1의 값을 적용한다.

 

가스가 음속으로 누출되는 경우(임계압력>용기내부압력)로서, 음속 누출유량 공식을 적용하여 계산한다.

누출율(Wg) = 1.23368 E-03

누출특성(Wg/(ρg·k·LFL) = 3.00195 E-02

 

 

4. 희석 등급의 결정

본 예시의 프로판의 플랜지 누출에 대하여 다음과 같은 상황을 가정하고 입력 값을 결정한다.

배관은 매설 저장탱크 위로 노출된 상태에 있으며, 배관 및 플랜지는 지면으로부터 50cm 위치에 있다. 배관 설비 외에 장애물은 없는 것으로 가정하였다.

특정 사례에 해당하지 않는 것으로 희석등급을 결정하는 도표를 이용하여 결정한다.

 

<표 2> Assessment of dilution degree, Input values & results for Area Classification

 

5. 환기 유효성의 결정

본 예시의 프로판의 누출에 대하여, 3항에서와 같이 음속누출로 평가되나, 프로판의 상대밀도 1.55로 무거운 가스에 속하여 제트누출로 판단하기 어렵다. 환기의 유효성에서 “우수”로 평가받기 위해서는 실내의 경우 강제환기이면서 정전 등이 발생하여도 시스템이 지속적으로 작동하는 경우와 실외에서는 제트누출에 의하여 자발적으로 희석이 잘되는 경우를 볼 수 있다. 이상의 내용에서 판단한다면 환기의 유효성은 “양호”로 평가할 수 있다.

 

 

6. 폭발위험장소의 결정

연속누출등급은 0종장소, 1차누출등급은 1종장소 및 2차누출등급은 2종장소로 구분하는 것을 원칙으로 하나, 희석등급(환기효과) 및 환기유효성에 따라 위험장소의 등급은 완화 또는 강화된다.

본 예시의 프로판의 누출에 대하여, 누출등급(2차누출등급)과 희석등급(중희석등급) 및 환기 유효성(우수) 으로 평가하면, 최종적으로 프로판 배관 플랜지에 대하여 위험장소는 2종장소로 할 수 있다.

 

7. 결정된 폭발위험장소(Zone)의 거리

누출유형에 따른 위험장소범위 도표를 이용하여 위험장소 범위를 산정한다.

 

<표 3> 누출유형의 종류

종류	정의	내용
고속성 제트	장애물이 없는 상태에서의 고속성 제트 누출	누출 물질의 특성이 “가벼움” 또는 “중립”으로 판명되는 가스가 장애물 등에 의한 방해 없이 음속으로 누출되는 경우
확산성 제트	저속 제트 누출 또는 누출형상이나 주변 장애물로 인하여 운동량이 감소되는 제트 누출	누출 물질의 특성이 “가벼움” 또는 “중립”으로 판명되는 가스가 아음속으로 누출되거나 음속으로 누출되지만 장애물 등에 의하여 운동량이 감소되는 경우
무거운 가스	지면과 같은 수평의 면을 따라 확산되는 무거운 가스 또는 증기의 누출	누출 물질의 특성이 “무거움”으로 판명되는 경우

프로판 가스는 상대밀도 1.55로 무거운 가스로 도표에 의해서 위험반경(위험거리)은 1.55m 가 선정된다.

 

 

평가 결과 요약

1. 입력값

 

<표 4> Whole input values for Area classification(Ex. Propane, flange)

 

2. 결과값

 

<표 5> Final Results(Ex. Propane, flange)

 

 

3. 폭발위험장소 범위 표현

플랜지에서 누출(leak)될 것으로 생각되는 gasket 부위에서 1.55m 거리를 원으로 그리면 되며, 프로판 가스와 같이 무거운 가스는 구체를 바닥면에 투영시켜 바닥까지의 거리를 위험장소로 분류한다.

 

<그림 1> Zone Classification(Ex. Propane, flange)

 

Reference : KGS GC101을 통한 가스시설 폭발위험장소의 설정