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공정 및 화공안전/폭발위험장소 관리

KS C IEC-60079-10-1: 2012 vs. 2015 차이

by yale8000 2023. 3. 18.

기존의 KS C IEC-60079-10-1기준(2012)과 개정된 KS C IEC-60079-10-1기준(2015)은 계산식은 비슷하나 위험장소를 선정하는데 있어서 개념과 방법이 다르게 적용된다.

 

제목

 

 

KS C IEC-60079-10-1: 2012 vs. 2015 차이

 

국내 법규 적용

우리나라의 폭발위험장소의 구분은 2011년 개정된 산업안전보건법에 따라 한국산업표준에서 정하는 기준에 의해 위험장소를 설정하였다.

현재까지 KS C IEC-60079-10-1:2012 기술기준이 적용되어 폭발위험장소의 구분을 하고 있었으나, 2015IEC에서 KS C IEC-60079-10-1:2015 2판을 발행하였다. 국가기술표준원에서 제2판을 2017116일에 최종개정확인일로 공표하여 앞으로 인화성가스 및 인화성액체를 취급하는 제조업 사업장은 새로운 기술기준을 적용한 폭발위험장소 선정에 대한 법적 의무를 준수하여야 한다.

 

 

개정된 기준의 차이

기존의 기준과 개정된 기준의 차이를 명확히 이해하여 적용하는 것은 기존의 인화성물질 취급사업장과 신규 취급사업장 및 신설사업장에서는 비용 측면과 안전측면에서 매우 중요하다.

기존의 기준과 개정된 기준은 계산식은 비슷하나 위험장소를 선정하는데 있어서 개념과 방법이 다르게 적용된다.

● 누출량 계산식에 누출계수 및 압축인자가 추가되었으며 증발풀 누출량 계산식, 누출공 크기 적용, 폭발위험장소의 모양이 추가 적용되었다.

 안전계수 k값에 대한 적용방법과 범위도 변경되었다.

 폭발위험장소의 구분에 있어서 가장 큰 차이점은 기존 기준은 가상체척에 환기횟수를 적용한 위험반경을 산정하였지만 개정된 기준은 인화성물질의 누출 특성 값을 이용하여 무거운 가스, 저속의 확산, 고속의 제트로 인화성물질을 구분하여 위험반경을 산출한다.

 누출 특성 값의 계산에 환기횟수가 적용되지 않음으로써 환기에 대한 영향이 위험반경에 어떠한 영향이 있는지 살펴볼 필요가 있다.

 

 

환기 부분의 차이 검토

1. KS C IEC-60079-10-1:2012(기존)

KS C IEC-60079-10-1:2012은 누출량 계산 후 신선한공기의 체척유량을 산출한다. 누출된 가연성가스의 농도가 폭발하한 이하로 완화시키기 위한 신선한 공기의 최소 환기량 가상체적을 알기 위함이다. 주어진 인화성 가스의 누출 시 폭발하한 이하의 농도로 희석시키기 위하여 신선한 최소 이론 환기량을 식(1)을 이용하여 계산한다.

식 1

LELv(vol %)LELm(kg/㎥)로 변환하기 위해 식(2)를 사용할 수 있다.

식 2

 

계산된 신선한 공기의 최소 체적 유량값과 누출원 주위에서 고려하는 실제 환기율 사이의 관계는 체적(Vk)로 나타낼 수 있다. (3)를 사용하였다.

식 3

 

C는 환기횟수라고 불리어 지며 식(4)을 사용한다.

식 4

 

V0 : 고려하는 누출원 주위에서 실제로 환기되는 총 체적(공장 관리 영역 내)

 

 

폭발위험장소의 구분에서 가상체적은 아래의 식(5)으로 계산된다.

식 5

 

가상체적은 누출된 가연성 물질이 완벽한 구의 형태를 이루었다고 가정하여 범위를 산정한 것이다.

폭발위험반경의 계산은 식(6)와 같이 계산하였다.

식 6

 

폭발위험반경 r을 구하는 공식은 많은 변수의 영향을 받는다. 안전계수 K, 품질계수 f, 환기횟수 C는 가상체적의 공식에 영향을 미쳐 폭발위험장소의 결정에 매우 중요한 요소이다.

가상체적 Vz는 가연성 가스 또는 증기의 평균농도가 안전율 k값에 따라 폭발하한의 0.25 또는 0.5 배가 되는 체적을 나타낸다.

품질계수(f)는 폭발성 가스분위기를 희석하는 효과측면에서 환기의 효율이며, 일반적으로 ff=1(이상적인 조건)에서 f=5(공기흐름 장애)의 범위가 된다. 환기의 효율에 따라 f의 값이 변동이 되어야 한다.

 

IEC-60079-10-1:2012의 폭발위험반경은 환기량에 큰 영향을 받는다. 환기횟수(C), 품질계수(f)는 모두 환기량에 의해 결정된다. 따라서 누출량이 같더라도 환풍기를 추가 설치하여 환기량을 높이게 되면 폭발위험반경이 줄어드는 결과가 나온다.

 

 

2. KS C IEC-60079-10-1:2015(개정)

개정된 KS C IEC-60079-10-1:2015 2판에서는 누출량 계산 후 누출특성 값을 구한다. 누출특성 값을 이용하여 새롭게 적용한 폭발위험장소의 범위 추정 차트로 범위를 결정한다. 폭발위험장소 범위 추정 차트는 그림 1과 같다.

 

Chart for Estimating Hazardous Area Distances.

<그림 1> Chart for Estimating Hazardous Area Distances.

 

새롭게 적용된 폭발위험장소의 범위 추정 차트를 보면 누출특성 값을 기준으로 고속의 제트, 저속의 확산, 무거운 가스 중 하나에 속하는 누출 형태에 따라 적절한 곡선을 선택한다.

 

 

그림 2를 이용하여 누출유형 고속의 제트누출, 무거운 가스 또는 증기, 저속의 확산 3가지에 대하여 정리하면 아래와 같이 정의할 수 있다.

 

General Nature of Different Forms of Release.

<그림 2> General Nature of Different Forms of Release.

 

고속의 제트 누출은 음속 가스 누출로 해석할 수 있다. 무거운 가스 또는 증기는 고밀도가스, 압축액화가스, 냉각 액화 가스, 인화성 액체 등이다. 저속의 확산 또는 누출 형상이나 주의 표면의 충돌로 인한 속도 손실 제트 누출은 고속의 제트 또는 무거운 가스를 제외한 가스이다.

2판에서 3가지 누출유형에 대해 명확히 규정되어 있지는 않지만 그림 2를 참조하여 정의하였고, 폭발위험반경은 3가지 누출유형에 대한 정의를 적용하여 산출하였다.

 

 

누출특성 값을 구하는 식을 보면 환기와 관계되는 변수가 없다는 것을 알 수 있다. 누출특성 값은 식(7)과 같다.

식 7

기존 식으로 산출한 유체의 누출율과 새로 적용된 유체의 누출율이 같은 경우로 누출계수와 압축인자를 1로 적용하고 비교한다.

 

IEC-60079-10-1:2015의 폭발위험반경은 환기량에 영향을 받지 않는다. 누출량이 같은 경우 환풍기를 추가 설치하여 환기량을 높이게 되면 폭발위험반경은 아무런 변화가 없다.

 

 

폭발위험반경의 비교

KS C IEC-60079-10-1:20153가지 누출유형에 따라 곡선을 선택하여 폭발위험반경을 추정하므로 사용 시 주의를 요한다

그림1 폭발위험장소의 범위 추정 차트는 연속방정식과 선별된 전산유체역학(CFD)을 기반으로 개발하였고 누출의 3가지 형태를 반영하였다. 그림1 차트는 누출특성값 0.01로 제한 되며 폭발위험반경은 1m로 제한되는 한계가 있다.

보수적으로 접근하여 1m로 폭발위험반경을 결정하면 가상체적을 이용한 기존의 식이 전반적으로 크게 산출된다. 그러나 누출특성값이 누출특성에 따른 곡선과 부합되지 않아 1m 미만의 정확한 폭발위험반경을 알 수 없다. 1m 미만의 경우 비방폭으로 결정하여 비방폭 전기기계기구가 사용된다면 사업장은 화재 폭발의 위험이 존재하게 된다.

KS C IEC-60079-10-1:2012 으로 계산한 폭발위험반경과 비교하면 전반적으로 개정된 기준의 폭발위험반경은 적게 산출되는 경향이 있고, 누출특성값을 이용한 폭발위험장소의 범위추정차트는 환기속도의 증가로 인한 영향은 없었다. 이는 기존의 기준이 적용된 사업장 중 환풍기를 추가 설치하여 적용된 폭발위험반경이 새로운 기준의 폭발위험반경보다 적게 나오는 경우가 있다는 것이다.

 

Reference : 김남석 등, 환기 및 희석을 적용한 폭발위험장소 검토에 관한 연구(KIGAS Vol. 22, No. 4, pp 27~31, 2018)

 

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