[논문]KS C IEC 60079-10-1 규격의 무시할 수 있는 정도와 누출특성에 관한 연구

조필래; 이향직; 백종배

doi:10.14346/jkosos.2020.35.2.111

KS C IEC 60079-10-1 규격의 무시할 수 있는 정도와 누출특성에 관한 연구
Study on the Negligible Extent(NE) and Release Characteristic of KS C IEC 60079-10-1(2015) Standard 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.35 no.2, 2020년, pp.111 - 117

조필래 (한국교통대학교 안전공학과) , 이향직 (알파안전주식회사) , 백종배 (한국교통대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

When KS C IEC 60069-10-1(2015) standard is applied to estimate a hazardous area, the chart showing the relationship between a hazardous area distance and release characteristic is used as a guide to determine the extent of hazardous zones for various forms of release. Three release characteristic lines based on the three types of release as an unimpeded jet release with high velocity, a diffusive jet release with low velocity, and a release of heavy gases or vapours that spread along horizontal surfaces are given. As these characteristic lines have the low limit threshold, it is difficult to estimate the hazardous area distance when the value of release characteristic is under the low limit threshold. And KS C IEC 60079-10-1(2015) standard shows the concept for a zone of Negligible extent(NE) which can be considered as non hazardous area, but it is also difficult to apply the concept of a Negligible extent. The purpose of this paper is to suggest the guideline for the release characteristic to decide a hazardous area distance and the Negligible extent(NE) being considered as non-hazardous area when deciding a hazardous area distances by the KS C IEC 60079-10-1 standard.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Chart for estimating hazardous area distances.
표 Table 1. Data for the release rates and release characteristic(X) for methane and propane
표 Table 2. Low limit threshold of release characteristic(X) and release rate for three gas groups (when the area of leak hole is 0.25 mm²)
표 Table 3. Low limit threshold of release characteristic(X) and release rate for three gas groups (when the area of leak hole is 2.5 mm²)
그림 Fig. 2. Schematic drawing showing the concentration when gases is released.
그림 Fig. 3. Schematic drawing showing the concept of VSM (Simplified model volume) which is calculated as the volume of a cylindrical vessel.
표 Table 4. Release characteristic(X) of methane and propane for release rate of 1 g/s
표 Table 5. Distance of 50% concentration of LEL and LEL in case of the release of methane and propane by PHAST simulation and percentage difference between the distances of 50% of LEL for methane and propane
표 Table 6. Calculation of V_SM and L/D ratio by using PHAST results
표 Table 7. Calculation of internal pressure corresponding to release rate 1 g/s

AI 본문요약
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문제 정의

1.1항에서 언급된 폭발위험장소의 범위를 결정하는 누출특성이 하한값 이하일 경우 어떻게 처리하는 것이 적절한지 문헌조사 등을 통해 확인하고자 한다. 또한 폭발하한농도의 50%의 부피를 구하는 방법을 PHAST 프로그램의 누출량 모델링을 통해 모색하고자 한다.
1항에서 언급된 폭발위험장소의 범위를 결정하는 누출특성이 하한값 이하일 경우 어떻게 처리하는 것이 적절한지 문헌조사 등을 통해 확인하고자 한다. 또한 폭발하한농도의 50%의 부피를 구하는 방법을 PHAST 프로그램의 누출량 모델링을 통해 모색하고자 한다.
본 논문에서는 가벼운 가스인 메탄과 무거운 가스인 프로판에 대해 PHAST 시뮬레이션을 통해 LEL 농도의 50%에 해당되는 체적을 구해서 그 부피가 어느 정도 인지를 파악하고자 하였다.
본 연구에서는 KS C IEC 60079-10-1(2015)의 기준에 따라 폭발위험지역을 구분할 때 직면하는 명확하지 않 은 사항들을 검토하여 그에 대한 방안을 제시하였다.
인화성 물질을 취급하는 설비의 주변에 대해 폭발위 험장소를 구분하는 목적은 폭발성 가스 분위기가 생성 될 우려가 있는 장소에서 점화원으로 작용될 수 있는 전기설비를 안전하게 설치 및 사용하기 위함이다.

가설 설정

또한 폭발하한농도의 50%에 해당되는 체적을 구하는 방법을 PHAST 프로그램을 통해 구한 농도별 궤적을 사 용하여 단순모델체적(VSM, Simplified model volume)을 제안하였다. 단순모델체적은 LEL의 50%에 도달되는 거리(L)를 원통용기의 길이로 가정하고, LEL의 50%에 도달되는 최대 폭(D)을 원통형 용기의 지름으로 가정 하여 원통형 용기의 체적을 보수적으로 단순모델체적 으로 제안하였다. 이것은 매우 보수적인 결과를 나타 내지만, 매우 단순하므로 쉽게 적용할 수 있는 이점이 있다.

제안 방법

Fig. 2의 개념을 도입하여 Fig. 3과 같이 단순모델체 적(Simplified model volume, VSM)을 제안하고자 한다. 단순모델체적(VSM)은 고가의 프로그램을 사용해야 하 는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 의 모델링 대신 PHAST 프로그램을 통해 폭발하한농도 의 50%에 도달되는 거리(L)와 최대 폭(D)을 구해서 체 적을 구하는 방법이다.
PHAST 시물레이션을 통해 구한 농도의 범위를 체 적으로 단순히 환산한 단순모델체적(VSM)과 무시할 있 는 정도의 범위에 해당되는 체적인 0.1 m³ 을 비교해서 연료가스가 어느 정도의 내부압력일 때 무시할 수 있 는 수준인가를 검토하였다.
과 2015 년에 개정된 2nd Ed. 내용을 비교분석하였으며 메탄, 프로판, 벤젠 및 메탄올에 대해 사례연구를 실시하였고, PHAST를 이용하여 IEC 기술표준을 검증하였다¹⁰⁾. Yim 등은 IEC 기준에 의한 가상체적을 이용하여 도 시가스와 같이 공기보다 가벼운 가스에 대한 폭발위험 장소의 범위를 계산하였다¹¹⁾.
또한 폭발하한농도의 50%에 해당되는 체적을 구하는 방법을 PHAST 프로그램을 통해 구한 농도별 궤적을 사 용하여 단순모델체적(VSM, Simplified model volume)을 제안하였다. 단순모델체적은 LEL의 50%에 도달되는 거리(L)를 원통용기의 길이로 가정하고, LEL의 50%에 도달되는 최대 폭(D)을 원통형 용기의 지름으로 가정 하여 원통형 용기의 체적을 보수적으로 단순모델체적 으로 제안하였다.

이론/모형

로 파악된다. 가스에 대한 누출률 계산은 KS C IEC 60079-10-1 (2015)에서 제공하는 식을 통하여 구할 수 있다.
식 (1) 및 (2)를 통해 누출특성이 하한값을 가질 때 의 메탄가스와 프로판가스의 누출률과 내부압력을 파 악하기 위해서는 적절한 누출면적을 선정해야 한다. 누출면적은 KS C IEC 60079-10-1(2015)의 부속서 B(누출원의 평가)의 표 B.1(2차 누출등급에서의 누출 구멍 단면적)에서 제시하는 기준을 적용했다. 누출면적 0.
폭발위험장소 구분에 관한 KS 규격은 크게 두가지로 구분된다. 즉, 가스 폭발위험장소에 대한 규격은 KS C IEC 60079-10-1(2015)¹⁾ 규격이고, 분진 폭발위험장소에 대한 규격은 KS C IEC 60079-10-2 (2014)²⁾ 규격이고, 이 규격은 각각 IEC 60079-10-1³⁾ 규격과 IEC-60079-10-2⁴⁾ 규격을 단순 번역한 것이다.

성능/효과

둘째, 옥외 또는 원활한 환기가 가능한 조건에서 KS 규격에서 무시할 수 있는 정도의 범위(NE, Negligible extent)의 개념인 폭발하한농도의 50% 농도에 도달되 는 가스운의 부피가 0.1 m3 또는 밀폐 시스템에서는 해 당 체적의 1% (둘 중 더 작은 값) 미만인 경우에는 폭 발위험지역 대상에서 제외할 수 있는 개념을 확인하였 으며, 저압의 연료용 가스는 모두 NE에 해당되는 것을 확인하였다
따라서, 저압의 도시가스 배관에서의 누출은 체류되 지 않는 한 폭발위험지역으로 구분할 필요가 없는 것 으로 판단되었다. 즉, 옥외 또는 원활한 환기가 가능한 조건에서는 누출되는 도시가스가 Fig.
또한 PHAST 프로그램을 사용하여 메탄 및 프로판 가스의 농도 파악 시 LEL의 50%에 도달되는 거리와 LEL의 50%에 도달되는 최대 폭의 비율(L/D)이 내부압 력 및 누출면적에 상관없이 상당히 일정한 비율인 10.2~11.8로 나타나는 것을 확인하였다. 이것은 LEL의 50%에 도달되는 거리를 측정한 후에 거리의 약 10%를 LEL의 50%에 도달되는 최대 폭(D)으로 환산하여 쉽게 단순모델체적을 구할 수 있도록 돕는다.
또한 누출면적이 클수록 메탄과 프로판 가스의 LEL 의 50%에 도달되는 거리의 편차는 감소되었다.
단순모델체적(VSM)은 고가의 프로그램을 사용해야 하 는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 의 모델링 대신 PHAST 프로그램을 통해 폭발하한농도 의 50%에 도달되는 거리(L)와 최대 폭(D)을 구해서 체 적을 구하는 방법이다. 즉, LEL의 50%에 도달되는 거 리를 원통형 용기의 길이로 가정하고 LEL의 50%에 해 당되는 최대 폭을 원통형용기의 지름으로 가정해서 원 통형 용기의 체적을 LEL의 50%에 해당되는 체적으로 가정하는 것이므로 간단하게 계산할 수 있는 이점이 있고 이 체적은 실제보다 보수적인 결과를 나타낸다
첫째, KS 규격의 내용 중 누출특성(Release characteristic) 값의 하한치를 벗어난 누출특성에 대해 그 개념을 검토하 였으며, 누출특성 하한치 이하의 누출률에 대해서는 폭발 위험지역에서 제외할 수 있는 사실을 확인하였다.
5 mm로 파악되었다. 프로판가스 의 경우는 누출면적이 0.25 mm2 일 경우 압력이 0.5 barG일 때 메탄가스보다 LEL의 50%에 도달되는 거리 가 약 38.3% 크게 나타났고, 내부압력이 증가될수록 편차는 감소되어 내부압력이 10 barG일 때는 편차가 11.0%로 감소되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인화성 물질을 취급하는 설비의 주변에 대해 폭발위험장소를 구분하는 목적은 무엇인가?	인화성 물질을 취급하는 설비의 주변에 대해 폭발위 험장소를 구분하는 목적은 폭발성 가스 분위기가 생성 될 우려가 있는 장소에서 점화원으로 작용될 수 있는 전기설비를 안전하게 설치 및 사용하기 위함이다.
	가스 폭발위험지역 구분과 관련된 규격은?	가스 폭발위험지역 구분과 관련된 KS C IEC 60079- 10-1(2015) 규격을 적용할 때 누출특성이 적을 경우 어떻게 폭발위험지역을 구분할 것인가와 어느 정도의 누출률일 때 폭발위험지역 구분 대상에서 제외시킬 수 있는 무시할 수 있는 정도의 범위인지에 대해 의문이 발생된다. 이런 사항을 정리하면 아래와 같다
	폭발위험장소 구분에 관한 KS 규격을 크게 두 가지로 구분하면?	폭발위험장소 구분에 관한 KS 규격은 크게 두가지로 구분된다. 즉, 가스 폭발위험장소에 대한 규격은 KS C IEC 60079-10-1(2015)1) 규격이고, 분진 폭발위험장소에 대한 규격은 KS C IEC 60079-10-2 (2014)2) 규격이고, 이 규격은 각각 IEC 60079-10-13) 규격과 IEC-60079-10-24) 규격을 단순 번역한 것이다.

참고문헌 (11)

KS C IEC 60079-10-1, "Explosive Atmospheres-Part 10-1: Classification of Areas-Explosive Gas Atmospheres", 2015.
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IEC 60079-10-1, "Explosive Atmospheres-Part 10-1: Classification of Areas-Explosive Gas Atmospheres", 2015.
IEC 60079-10-2, "Explosive Atmospheres-Part 10-2: Classification of Areas-Explosive Dust Atmospheres", 2015.
NFPA 497, "Recommended Practice for the Classification of Flammable Liquids, Gases, or Vapors and of Hazardous (Classified) Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas", 2017.
NFPA 499, "Recommended Practice for the Classification of Combustible Dusts and of Hazardous (Classified) Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas", 2017.
API RP 500, "Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at Petroleum Facilities Classified as Class I, Division 1 and Division 2", 2012.
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RR630, "Area Classification for Secondary Releases from Low Pressure Natural Gas Systems", Health and Safety Executive(HSE), 2008.
Y. J. Jung and C. J. Lee, "A Study on Gas Explosion Hazardous Ranges for International Electrotechnical Commission Technical Standards", J. Korean Soc. Saf., Vol. 33, No. 3, pp. 39-45, 2018.
J. P. Yim and C. B. Chung, "A study on Classification of Explosion Hazardous using Lighter Than Air Gases", J. Korean Soc. Saf., Vol. 29, No. 2, pp. 24-30, 2014.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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