폭발위험장소의 위험범위 설정사례

 

국가화재평가원

김종락 위원 화공안전기술사 / 소방기술사

 

폭발위험장소의 구분은 인화성 물질에 관련된 주요 특성, 가스/증기 확산의 원칙을 이해하고 공정과 설비에 충분히 익숙한 전문가가 실시하도록 한다. 또한 폭발위험장소의 구분은 모든 일상 정비를 고려하여 평가하여야 한다. 아래 4가지 사례를 기준으로 검토 해봤다.

 

위험범위 설정 사례 1

“KOSHA GUIDE P-107-2016 최악 및 대안의 누출 시나리오 선정에 관한 기술지침”에 따른 피해결과 분석변수의 결정방법 및 최악의 누출 시나리오 선정방법에 따라서 누출량은 단일 용기에 취급되는 가장 큰 양 100kg 이 확산방지조치가 되어 있지 않은 표면에 누출될 경우를 산정하여 계산하였다.

물질명	Cas No.	인화점 [℃]	증기압 [kPa]	비중	분자량	L F L [%]
벤젠	71-43-2	-11	10	0.817	78.11	1.2

① 누출량 : 100kg

② 확산된 액체층의 표면적 : 8.76m²

표면적[㎡]	액체층높이[m]	누출량[kg]	누출량[ton]	비중	누출량[m2]
8.765	0.01	100	0.1	0.8765	0.08765

KS C IEC 60079-10-1:2015 B.7.3 증발풀의 누출률 계산에서 용기에서 나오는 액체는 즉시 1cm 깊이의 풀로써 평평한 표면을 형성하고 대기 조건에서 증발한다.

③ 증기밀도 계산 : 3.19[kg/㎥]

④ 증발풀의 누출률 계산 : 0.00247kg/s

                여기서 액체풀 표면의 풍속 Uw 은 0.5 m/s, 증발율은 누출량의 5%로 하였다.

 

⑤ 누출특성 계산 : 0.1

⑥ 누출특성에 따른 희석 등급 확인 : 중희석 등급

 

 

⑦ 폭발위험장소 종별 구분 : 2종 장소

 

누출 등급	환기유효성
	고희석			중희석			저희석
	환기 이용도
	우수 good	양호 fair	미흡 poor	우수 good	양호 fair	미흡 poor	우수,양호,미흡
연속	비위험 0종 NE a	2종 장소 0종 NE a	1종 장소 0종 NE a	0종 장소	0종 장소+ 1종 장소	0종 장소+ 1종 장소	0종 장소
1차	비위험 1종 NE a	2종 장소 1종 NE a	2종 장소 1종 NE a	1종 장소	1종 장소+ 2종 장소	1종 장소+ 2종 장소	1종 또는 0종
2차b	비위험 2종 NE a	2종 장소 2종 NE a	2종 장소	2종 장소	2종 장소	2종 장소	1종 또는 0종
a  0종 NE, 1종 NE, 2종 NE는 정상조건에서는 무시할 수 있는 범위의 이론적 폭발위험장소를 말한다 b  2차 누출등급으로 형성된 2종 장소가 1차 또는 연속 누출등급에 의한 범위보다 클 수 있다 이 경우 더 큰 거리를 선정하는 것이 바람직하다 c  환기가 아주 약하고 실제로 폭발성 가스 분위기가 지속되는 누출의 경우 즉, 환기 없는 것에 가까운    상태 에는 0종 장소에 할 수 있다
“+”는 “~에 둘러싸여 있음을 뜻한다 자연환기가 일어나는 밀폐공간에서의 환기 이용도는 우수로 고려해서는 안된다

※ 옥내 강제환기로  환기 이용도는 양호로 한다.

⑧ 폭발위험장소 범위 확인 : 3m

⑨ 폭발위험장소 구분도 평면도

 

폭발위험장소의 형태는 옥외 지면에 인화성 액체를  이송하는 산업용 다이아후램 펌프에서 누출되는 액체의 흐름 방향 등에 의하여 여러가지 형태가  될 수 있으나 여기서는 누출이 발생한 펌프로부터 수평으로 반경 3m의 범위를 산정하여 도식화 했다.

 

 

 

위험범위 설정 사례 3

옥외 설치되어있는 대기오염방지시설인 축열식소각로에 사용되는 도시가스 배관 상에서의 누출공을 통한 누출에 대하여 다음과 같은 조건에서의 누출 특성 및 폭발위험장소를 확인하고자 한다

- 인화성 액체 물성

 

물질명	단열팽창의 폴리트로픽지수	인화점 [℃]	증기압 [kPa]	비중	분자량	L F L [%]
도시가스	1.32	-188	8.7	0.8	18.19	5

- 운전 및 누출 조건

설치위치	대기압 [Pa]	대기온도 [℃]	환기속도 Uw[m/s]	환기이용도	누출등급	누출공 [㎟]
옥외 장애 없음	101325	20	0.5	우수	2차	0.025

 

※ 옥외 상대밀도 0.8 이하인 누출의 경우 유효환기 속도는 최소 0.5m/s로 가정할 수 있고 환기이용도는 우수 Good 한 것으로 간주.

 

① 음속 및 아음속 확인 : 아음속 _ 배관내 압력 113,825pa < 임계압력 186,899

    ※ 배관내 압력은 게이지압 + 대기압으로 계산하여야 한다.

      만일 가스용기 내부 압력 > 임계압력 = 음속

      만일 가스용기 내부 압력 < 임계압력 = 아음속

② 아음속 가스 누출률 Wg : 0.0000034[kg/s]

 ③ 증기밀도 계산 : 0.76[kg/㎥]

④ 누출특성 계산 : 0.00009

 ※ k : LFL에 따른 안전계수 보통 0.5 ~ 1.0 사이

⑤ 누출특성에 따른 희석 등급 확인 : 고희석 등급

⑥ 폭발위험장소 종별 구분 : 2종 장소

누출 등급	환기유효성
	고희석			중희석			저희석
	환기 이용도
	우수 good	양호 fair	미흡 poor	우수 good	양호 fair	미흡 poor	우수,양호,미흡
연속	비위험 0종 NE a	2종 장소 0종 NE a	1종 장소 0종 NE a	0종 장소	0종 장소+ 1종 장소	0종 장소+ 1종 장소	0종 장소
1차	비위험 1종 NE a	2종 장소 1종 NE a	2종 장소 1종 NE a	1종 장소	1종 장소+ 2종 장소	1종 장소+ 2종 장소	1종 또는 0종
2차b	비위험 2종 NE a	2종 장소 2종 NE a	2종 장소	2종 장소	2종 장소	2종 장소	1종 또는 0종
a  0종 NE, 1종 NE, 2종 NE는 정상조건에서는 무시할 수 있는 범위의 이론적 폭발위험장소를 말한다 b  2차 누출등급으로 형성된 2종 장소가 1차 또는 연속 누출등급에 의한 범위보다 클 수 있다 이 경우 더 큰 거리를 선정하는 것이 바람직하다 c  환기가 아주 약하고 실제로 폭발성 가스 분위기가 지속되는 누출의 경우 즉, 환기 없는 것에 가까운    상태 에는 0종 장소에 할 수 있다
“+”는 “~에 둘러싸여 있음을 뜻한다 자연환기가 일어나는 밀폐공간에서의 환기 이용도는 우수로 고려해서는 안된다

 

위험범위 설정 사례 4

 

옥외 설치되어있는 LPG 저장시설 기화기 2차측배관 플랜지 누출 대하여 다음과 같은 조건에서의 누출 특성 및 폭발위험장소를 확인하고자 한다.

- 인화성 액체 물성

 

물질명	폴리트로픽지수	인화점 [℃]	증기압 [kPa]	비중	분자량	L F L [%]
프로판	1.1	-75	824.76	0℃ 1atm 1.562	44.09	1.9

- 운전 및 누출 조건

 

설치위치	용기압력 [MPa]	대기온도 [℃]	환기속도 Uw[m/s]	환기이용도	누출등급	누출공 [m2]
옥외 장애 없음	0.5	20	0.5	우수	2차	1

- 저장시설 개요

대기조건 : 1기압 101.3kPa , 20℃ 293K

취급물질 : LPG 프로판 : C3H8

시나리오 : 옥외의 기화기 2차측 배관 플랜지 누출

운전압력 : 0.5MPa.G 5bar

운전온도 : 대기조건과 동일한 20℃ 293K 로 적용

< LPG 탱크 저장시설 >

< LPG 공급 계통도 >

 

① 음속 및 아음속 확인 : 음속 임계압력 0.17MPa < 0.5Mpa 용기내 압력

  * 배관 내 압력은 게이지압 + 대기압으로 계산하여야 한다.

    만일 가스용기 내부 압력 > 임계압력 = 음속

    만일 가스용기 내부 압력 > 임계압력 = 아음속

② 음속 가스 누출률 Wg : 0.00127[kg/s]

③ 증기밀도 계산 : 1.83[kg/㎥]

④ 누출특성 계산 : 0.0328

 ※ k : LFL에 따른 안전계수 보통 0.5 ~ 1.0 사이

⑤ 누출특성에 따른 희석 등급 확인 : 중희석 등급

⑥ 폭발위험장소 종별 구분 : 2종 장소

 

누출 등급	환기유효성
	고희석			중희석			저희석
	환기 이용도
	우수 good	양호 fair	미흡 poor	우수 good	양호 fair	미흡 poor	우수,양호,미흡
연속	비위험 0종 NE a	2종 장소 0종 NE a	1종 장소 0종 NE a	0종 장소	0종 장소+ 1종 장소	0종 장소+ 1종 장소	0종 장소
1차	비위험 1종 NE a	2종 장소 1종 NE a	2종 장소 1종 NE a	1종 장소	1종 장소+ 2종 장소	1종 장소+ 2종 장소	1종 또는 0종
2차b	비위험 2종 NE a	2종 장소 2종 NE a	2종 장소	2종 장소	2종 장소	2종 장소	1종 또는 0종
a  0종 NE, 1종 NE, 2종 NE는 정상조건에서는 무시할 수 있는 범위의 이론적 폭발위험장소를 말한다 b  2차 누출등급으로 형성된 2종 장소가 1차 또는 연속 누출등급에 의한 범위보다 클 수 있다 이 경우 더 큰 거리를 선정하는 것이 바람직하다 c  환기가 아주 약하고 실제로 폭발성 가스 분위기가 지속되는 누출의 경우 즉, 환기 없는 것에 가까운    상태 에는 0종 장소에 할 수 있다
“+”는 “~에 둘러싸여 있음을 뜻한다 자연환기가 일어나는 밀폐공간에서의 환기 이용도는 우수로 고려해서는 안된다

⑦ 폭발위험장소 범위 확인 : 1.6 m

⑨ 폭발위험장소 구분도 단면도, 평면도

폭발위험장소의 형태는 저장탱크로부터 누출되는 액체의 흐름 방향 등에 의하여 여러가지 형태가 될 수 있으나 여기서는 누출이 발생한 플렌지 가스켓으로부터 1.6 m의 범위를 산정하여 도식화 했다.

- 본 칼럼은 국가화재안전저널 제 2호에 기고된 글입니다.