폭발위험장소의 위험범위 설정 실무

 

국가화재평가원

김종락 위원 화공안전기술사 / 소방기술사

 

산업 현장에서는 원하는 제품을 제조하거나 생산하기 위하여 다양한 용도로 인화성 액체 및 가스 등을 취급, 제조, 저장을 하고 있으며 이러한 물질을 취급 제조 및 저장함에 있어 전기기계기구등에 의하여 발생할 수 있는 화재 및 폭발을 예방하기 위한 폭발위험장소 해당 여부 및 범위를 설정하는 방법에 대하여 소개하고자 한다.

 

폭발위험장소 정의 및 설정 관련 규정

폭발위험장소란 KS C IEC 60079-10-1:2015 3.3.1에 “전기설비를 제조, 설치 및 사용함에 있어 특별한 주위를 요하는 정도의 폭발성 가스 분위기 점화 후 연소가 계속될 수 있는 가스, 증기 형태의 가연성 물질이 대기상태에서 공기와 혼합되어 있는 상태 가 조성 되거나 조성될 우려가 있는 장소”라고 정의 되어 있으며 관련 규정은 산업안전보건 기준에 관한 규칙 제230조 폭발위험이 있는 장소의 설정 및 관리에서 다음과 같이 규정하고 있다. “사업주는 인화성 액체의 증기나 인화성가스 등을 제조,취급 또는 사용하는 장소 및 인화성 고체를 제조,사용하는 장소에 대하여 폭발위험장소의 구분도를 작성하는 경우에는 『산업표준화법』에 따른 한국산업표준으로 정하는 기준에 따라 가스폭발 위험장소 또는 분진폭발 위험장소로 설정하여 관리하여야 한다.”라고 규정되어 있다.

 

또한 위험물안전관리법 시행규칙 별표4 제조소의 위치, 구조 및 설비의 기준 8항 기타설비 제5번 전기설비에서 제조소에 설치하는 전기설비는 “전기사업법”에 의한 전기설비기술기준에 의하도록 규정되어 있으며, “전기설비기술기준 제61조 가연성 가스 등이 있는 장소”에서는 가연성 가스 또는 인화성 물질의 증기가 새거나 체류하는 장소로 점화원이 있으면 폭발할 우려가 있는 장소, 분진이 있는 곳으로 점화원이 있으면 폭발할 우려가 있는 장소, 화약류가 있는 장소 및 셀룰로이드, 성냥, 석유류, 기타 타기 쉬운 위험한 물질을 제조하거나 저장하는 장소에 시설하는 전기설비는 통상 사용상태에서 그 전기설비가 점화원이 되어 폭발 또는 화재의 우려가 없도록 시설하여야 한다 라고 규정되어 있다.

 

폭발위험장소 설정과 함께 반드시 검토해야 할 3가지

 

폭발위험장소를 설정하는 경우에는 산업안전보건법, 산업안전보건기준에 관한 규칙의 다음 3가지 항목에 대하여 반드시 적용여부 및 방법 등에 대하여 검토하여야 한다.

 

첫째, 위험장소가 실내의 경우에는 화재폭발로부터의 일정한 화세강도를 유지하는 내화기준의 검토다.

 

산업안전보건기준에 관한 규칙 제270조 내화기준

① 사업주는 제230조 제1항에 따른 가스폭발 위험장소 또는 분진폭발 위험장소에 설치되는 건축물 등에 대해서는 다음 각 호에 해당하는 부분을 내화구조로 하여야 하며, 그 성능이 항상 유지될 수 있도록 점검, 보수 등 적절한 조치를 하여야 한다. 다만, 건축물 등의 주변에 화재에 대비하여 물 분무시설 또는 폼 헤드설비 등의 자동소화설비를 설치하여 건축물 등이 화재시에 2시간 이상 그 안전성을 유지할 수 있도록 한 경우에는 내화구조로 하지 아니할 수 있다.

  1. 건축물의 기둥 및 보 : 지상 1층 지상 1층의 높이가 6미터를 초과하는 경우에는 6미터 까지

  2. 위험물 저장〮취급용기의 지지대 높이 30센티미터 이하 제외 : 지상으로부터 지지대의 끝부분까지

  3. 배관〮전선관 등의 지지대 : 지상으로부터 1단 1단의 높이가 6미터를 초과하는 경우에는 6미터 까지

② 내화재료는 『산업표준화법』에 따른 한국산업표준으로 정하는 기준에 적합하거나 그 이상의 성능을 가지는 것이어야 한다.

 

둘째, 폭발위험장소에서 사용하는 전기 기계〮기구의  적합한 방폭성능을 가진 기기를 선정 하여야 한다.

 

산업안전보건기준에 관한 규칙 제311조 폭발위험장소에서 사용하는 전기 기계〮기구의 선정 등

① 사업주는 제230조 제1항에 따른 가스폭발 위험장소 또는 분진폭발 위험장소에서 전기 기계, 기구를 사용하는 경우에는 『산업표준화법』에 따른 한국산업표준에서 정하는 기준으로 그 증기, 가스 또는 분진에 대하여 적합한 방폭성능을 가진 방폭구조 전기 기계, 기구를 선정하여 사용하여야 한다.

② 사업주는 제1항의 방폭구조 전기 기계, 기구에 대하여 그 성능이 항상 정상적으로 작동될 수 있는 상태로 유지, 관리되도록 하여야 한다.

 

폭발위험장소 설정과 함께 반드시 검토해야 할 3가지

 

셋째, 위험장소 위험범위내 제어실,변전실 등의 설치는 가능한 피하고 불가피시 양얍시설을 적용한다.

 

산업안전보건기준에 관한 규칙 제312조 변전실 등의 위치

사업주는 제230조 제1항에 따른 가스폭발 위험장소 또는 분진폭발 위험장소에는 변전실, 배전반실, 제어실, 그 밖에 이와 유사한 시설 이하 이 조에서 “변전실등”이라 한다. 을 설치해서는 아니 된다. 다만, 변전실 등의 실내기압이 항상 양압 25파스칼 이상의 압력을 말한다. 이하 같다. 을 유지하도록 하고 다음 각 호의 조치를 하거나, 가스폭발 위험장소 또는 분진폭발 위험장소에 적합한 방폭성능을 갖는 전기 기계〮기구를 변전실 등에  설치, 사용한 경우에는 그러하지 아니하다.

  1. 양압을 유지용 환기설비의 고장 등으로 양압이 유지되지 아니한 경우 경보를 할 수 있는 조치

  2. 환기설비 정지후 재가동시 변전실 등에 가스 등의 존재유무 확인할 수 있는 가스검지기 등 장비 비치

  3. 환기설비에 의하여 변전실등에 공급되는 공기는 제230조 제1항에 따른 가스폭발 위험장소 또는 분진폭발 위험장소가 아닌 곳으로부터 공급되도록 하는 조치

 

폭발위험장소 구분 및 위험범위 설정의 절차

제조 현장에서 흔하게 취급되거나 발생 또는 저장되는 인화성 액체 및 가스, 증기 또는 미스트 등으로 인한 위험 요인이 생성될 수 있는 장소에 대한 KS C IEC 60079-10-1:2015에 의한 폭발위험장소 구분 절차로 다음과 같이 진행된다.

 

누출원 확인 → 누출 등급 결정 → 환기 또는 희석 조건 및 휴효성 평가 → 누출률 산정 → 위험장소 종별 결정 → 폭발위험장소의 범위 결정 → 건축물 등에 대한 내화구조 검토 및 적용 → 방폭 전기기계기구 적용을 위한 기기보호수준, 방폭구조 결정 → 기기 그룹 선정 → 온도 등급 선정                   

 

1. 누출원 확인

첫 단계는 해당 장소에서 어떠한 물질을 취급, 제조 및 저장하는지를 확인하는 것이다. 둘째 단계는 해당 물질은 인화성 액체 또는 기체 등인지를 확인하는 것이다. 해당 물질의 인화점이 상온보다 높더라도 해당 물질의 인화점 이상에서 취급, 제조 또는 저장된다면 해당 물질은 인화성 물질로 볼 수 있다. 누출원의 확인은 누출시의 형태를 포함한다.  즉 누출 형태가 가스, 액체 등인지를 확인하여야 한다.

 

2. 누출 등급 결정

누출 등급은 연속누출, 1차 누출, 2차 누출로 구분되며 건조기 내부 및 오픈되어 있는 용기에서의 누출은 연속누출 등급, 샘플 채취 또는 일상적인 정비 절차를 통하여 발생할 수 있는 누출은 1차 누출 등급, 기타 사고성 누출은 2차 누출 등급으로 한다.

 

3. 환기 또는 희석 조건 및 유효성 평가

인화성 물질의 누출량, 가스/증기 밀도 등에 의하여 산정되는 누출 특성 대비 자연환기 및 강제 환기에 의한 결정되는 환기속도와의 관계로 고희석, 중희석, 저희석으로 구분된다. 강제환기 이용도의 평가는 장비의 신뢰성과 이용도, 예를 들어 예비송풍기 등을 고려 해야 하며 우수한 환기 이용도는 환기설비가 고장이 났을 경우에 예비송풍기의 자동기동 등을 요구한다

 

4. 누출률 산정

누출률은 누출 특성 및 형태, 누출속도, 농도, 물질의 휘발성, 액체 온도와 같은 매개변수에 따라 달라진다. 이는 KS C IEC 60079-10-1:2015의 부속서 B에 제공한 식 외 다른 계산방법도 선택할 수 있다.

 

5. 위험장소 종별 결정

다음 도표를 이용하여 누출특성 대비 환기 속도를 이용하여 희석 등급을 산정한다.

다음 표에 누출등급, 환기 유효성 및 환기이용도를 이용하여 폭발위험장소 종별을 추정한다.

 

 

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 0종c
2차b	비위험 2종 NE a	2종 장소 2종 NE a	2종 장소	2종 장소	2종 장소	2종 장소	1종 또는 0종c
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.

 

6. 폭발위험장소의 범위 결정

•  다음 도표를 이용하여 누출특성과 누출유형에 따라 폭발위험장소의 범위를 산정한다.

 

폭발위험장소에 설치되는 전기기계기구 선정 방법

폭발위험장소 설정을 통하여 폭발위험장소의 종별이 확정되면 해당 장소에 설치되는 전기기계기구에 대해서는 KOSHA GUIDE E-172-2018 “폭발위험장소에 사용하는 전기설비 설계 선정 및 설치에 관한 기술 지침”을 참조하여 다음과 같은 순서로 선정하도록 한다.

 

첫째, 위험장소 종 확인 0종, 1종, 2종

둘째, 기기보호수준, 방폭구조 결정

셋째, 기기 그룹 선정

넷째, 온도 등급 선정

 

• 전기계기구 선정방법 : IEC 60079-20-1 Material characteristics for gas and vapor classification-Test methods and data를 참조하여 폭발위험장소에서 취급, 사용 및 저장되는 인화성 액체 및 가스의 기기 그룹 및 온도 등급을 선정할 수 있다.

• 방폭전기기계기구에 대한 성능 등에 대한 기준은 방호장치 안전인증 고시를 참조하도록 한다.

 

폭발위험장소 구분과 위험범위 설정에서 제외 가능한 일반적 조건

 

폭발위험장소 설정에 있어 아래의 조건에 합당하는 경우 위험장소의 설정에서 제외하여 비폭발 위험장소로 설정 할 수 있다.

 

1 단위장치에 인화성물질 존재 우려가 없으면 그 주변은 폭발위험장소 제외할 수 있다.

2 단위장치에 인화성물질이 있으나 대기 누출우려가 없는 용접된 배관등은 폭발위험장소 제외 할 수 있다.

3 인화성물질의 누출량이 적은 경우 위험장소 구분에서 제외할 수 있으며 GI15에서는 폭발위험장소 설정 용량의 임계값을 다음과 같이 기준하고 있다.

 

 

	기체 1기압	액화기체	인화성액체
내부	50리터	5리터	25리터
외부	1,000리터	100리터	200리터

 

4 인화성물질이 연소되는 공정설비의 위험장소 구분은 퍼지주기, 기동 및 정지조건을 고려하여 제외를 할 수 있다 예: 검토가열로,화로,보일러,가스터빈 등

5 폐쇄시스템 패키지 등 으로 특정코드 준용 인증 등 설치된 경우 제외가 가능하다 다만, 코드규정 설계, 설치, 운전, 정비 등 관리시스템 절차 검증 확인 이 요구 된다.

   ※ 특정 제작코드를 적용한 폐쇄시스템 구조물의 경우는 인화성물질 누출위험을 무시할 정도로 효과적으로 제한, 방지하는 것이 가능하며 이런 장치 또는 설비의 위험장소 구분은 제작 및 운전표준을 준수하고 완벽하게 설치된 검증하기 위한 평가가 필요하다. 검증은 설계, 설치, 운전, 정비 및 모니터링  활동 시 이행하여야 한다.

6 무시가능범위 NE : Negligible Extent 는 비폭발위험장소로 간주한다. 예로서 천연가스운 Natural gas cloud 평균농도가 LFL 50% 부피가 0.1m3 또는 밀폐공간의 1% 이하 부피 어느쪽이든 작은쪽 인 경우는 비폭발위험장소에 해당한다.

7 부피 분율 15% 폭발하한계의 암모니아가 누출되면 개방공간에서 빠르게 희석되므로 폭발성 분위기 생성은 일반적으로 무시 할 수 있다

8 시운전, 비일상 정비 Non-routine maintenance 와 같은 정상작동 상태가 아닌 경우 폭발위험장소를 구분하는 것은 부적절하므로 주의하여야 한다

9 공정설비의 많은 구성품 내부에는 공기가 인입 될 가능성이 없어 일반적으로 인화성 분위기로 간주하지 않음에도 불구하고, 그 설비 내부는 폭발위험장소로 간주한다. 공정설비 내부에 불활성화와 같은 특정조치를 하는 경우에는 폭발위험장소로 구분하지 않을 수 있다. 예 : 메탄가스 배관 내부 공간

 

- 본 칼럼은 국가화재안전저널 제 2호에 기고된 글입니다.