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폭발위험장소 구분을 위한 KS C IEC 60079-10-1:2015 규격 적용에 관한 연구

이 연구에서는 인화성 물질을 취급하는 설비 주변에 대해 폭발위험장소를 설정하기 위한 KS C IEC 60079-10-1:2015 규격을 적용할 때 발생되고 있는 문제점들을 검토하고 적절한 대안을 제시하고자 하였다. 이를 위해 KS C IEC 60079-10-1:2015 규격에서 구체적으로 제시되지 않는 사항에 대해 국제적으로 통용되는 기준인 API RP 505, NFPA 497, EI 15 및 IGEM/SR/25 규격 등을 비교하였다. 또한 안전밸브 벤트와 같은 특수한 경우에는 ...

폭발위험장소 구분을 위한 KS C IEC 60079-10-1:2015 규격 적용에 관한 연구

이 연구에서는 인화성 물질을 취급하는 설비 주변에 대해 폭발위험장소를 설정하기 위한 KS C IEC 60079-10-1:2015 규격을 적용할 때 발생되고 있는 문제점들을 검토하고 적절한 대안을 제시하고자 하였다. 이를 위해 KS C IEC 60079-10-1:2015 규격에서 구체적으로 제시되지 않는 사항에 대해 국제적으로 통용되는 기준인 API RP 505, NFPA 497, EI 15 및 IGEM/SR/25 규격 등을 비교하였다. 또한 안전밸브 벤트와 같은 특수한 경우에는 PHAST 시뮬레이션을 통해 적절한 대안을 검토하였다.
규격 해석 및 적용방법과 관련하여 연구한 사항은 다음과 같다. 첫째, 이 규격의 적용제외 대상인 저압의 연료가스인 0.1 MPa 미만의 도시가스 및 0.01 MPa 미만의 LPG(liquified petroleum gas)는 폭발위험장소 구분과 관련하여 너무 낮은 압력임을 확인하였다. 또한 “취사, 물의 가열, 기타 유사한 설비”에 대한 개념을 API RP 505의 적용범위와 비교하여 “기타 유사한 설비”의 개념을 연료를 사용하는 모든 설비로 해석할 것을 제안하였다. 둘째, 도시가스와 프로판가스의 누출 특성이 폭발위험장소의 거리에 대한 그래프의 하한값 미만일 때의 누출률이 RR630 보고서에서 비위험장소로 제시되는 누출률인 1 g/s보다는 훨씬 작은 값임을 확인하였다. 셋째, PHAST 시뮬레이션을 통해 무시할 수 있는 정도의 범위를 정하는 방법으로 단순모델체적(simplified model volume) 구하여 적용하는 방법을 제안하였다. 즉, 단순모델체적은 폭발하한계의 50%에 도달되는 거리를 길이로 사용하고 증기운의 최대 폭을 지름으로 사용하는 원통형 용기의 체적이다. 넷째, 누출면적에 대한 상세한 자료가 없는 경우에는 EI 15 및 IGEM/SR/25에 소개되는 자료를 참조하거나 제조자가 제시하는 자료를 참조하도록 제안하였다. 다섯째, 액체의 증발률을 고려하여 폭발위험장소를 구분해야 하는 경우 KS C IEC 60079-10-1:2015의 식을 사용할 때 증발률이 낮게 계산된다. 따라서 보수적으로 KOSHA Guide P-107-2020 또는 EPA(1999)의 식을 사용하여 증발률을 계산하도록 제안하였다. 여섯째, 로그-로그 그래프를 사용하여 환기등급을 결정하는 대신 환기속도와 누출 특성의 관계식을 통해 결정하는 방법을 제안하였다. 또한 로그-로그 그래프를 사용하여 누출형태에 따라 폭발위험장소의 거리를 결정하는 대신 누출 특성과 거리와의 관계식을 통해 거리를 결정하는 방법을 제안하였다. 일곱째, 환기속도는 단지 환기등급을 결정할 때만 사용되므로 환기속도가 다소 높을 경우는 CFD(computational fluid dynamics) 또는 PHAST 시뮬레이션을 통해 폭발위험장소의 거리를 현실적으로 조정하는 것이 합리적임을 확인하였다. 여덟째, 위험물질을 소량 취급하는 실험실 및 분석실을 비위험장소로 구분하기 위한 위험물질의 기준량을 제안하였다. 아홉째, KS C IEC 60079- 10-1/2: 2015 및 KS C IEC 60079-10-2:2015의 해설서에 IEC 60079-10-1/2 규격이 개정될 경우에는 KS 규격의 개정 전이라도 해당 규격의 내용을 적용할 수 있다는 문구를 삽입할 것을 제안하였다.
또한 화학물질의 종류 및 특성과 관련하여 검토한 사항은 다음과 같다. 첫째, KS C IEC 60079-10-1:2015 규격의 적용대상을 인화점이 40 ℃ 이하인 경우, 인화점이 40 ℃를 초과하고 100 ℃ 이하인 물질은 인화점 이상으로 취급되는 경우, 그리고 인화점이 100 ℃를 초과하는 물질은 비점 이상으로 운전될 경우에 대해 폭발위험장소를 적용하도록 제안하였다. 둘째, 자연발화성 물질의 취급시설은 폭발위험장소의 구분 대상에서 제외하고, 안전성을 높이기 위해 다른 안전장치를 설치할 것을 제안하였다. 셋째, 혼합물의 물성치 중 분자량, 밀도, 폴리트로픽 지수 및 폭발하한계를 수치적으로 구하는 방법을 제시하였다. 넷째, 불활성 가스 등이 포함된 혼합물질이 인화성 물질인지를 파악하는 방법과 이런 혼합물의 폭발하한계를 구하는 방법을 제시하였다.
그리고 안전밸브 등의 벤트라인 주변의 폭발위험장소 구분에 대한 기준을 검토하였다. 독성이 낮은 인화성 물질의 배관 및 소형용기 등에 설치된 소용량 안전밸브(입구 지름 1인치 이하)의 배출방향이 수직상방인 경우에는 1.5 m 범위를 1종 장소, 3 m 범위를 2종 장소로 선정할 것을 제안하였다. 그리고 그 외에는 CFD 모델링 또는 PHAST 시뮬레이션을 사용하는 것이 더 적절한 것을 확인하였다.
이상의 결과로부터 이 논문에서 제시된 여러 가지 문제들에 대한 대안은 KS C IEC 60079-10-1:2015 규격을 사용하여 폭발위험장소를 구하고자 할 때 크게 도움이 될 것으로 기대된다.

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