방폭계산, 폭발위험장소 (방폭구역)

 

https://www.indiamart.com/proddetail/hazardous-area-classifications-service-10930707291.html

출처 : https://www.indiamart.com/

폭발위험장소 (방폭구역)  - HAZARDOUS AREA

 1  폭발위험장소 (HAZARDOUS AREA)

폭발위험장소 (Hazardous Area) 란? 인화성 가스 및 증기가 화재/폭발을 발생시킬 수 있는 농도로 대기 중에 존재하거나 존재할 우려가 있는 장소로서 가스의 존재 빈도, 체류시간, 환기 조건등에 의하여 0 종, 1 종, 2 종 장소로 구분된다.

위험 분위기의 정도에 의한 분류

구분	IEC CODE	NEC CODE	JIS CODE
지속적인 위험 분위기  (일반적으로 연간 1000 시간 이상)	Zone 0	Division 1	0 종 장소
통상상태에서의 간헐적 위험 분위기  (연간 10~1000 시간)	Zone 1	Division 1	1 종 장소
이상상태에서의 위험분위기  (연간 0.1~10 시간)	Zone 2	Division 2	2 종 장소

 

✅ 0종 장소-Zone 0 (지속적인 위험 분위기)
• 폭발성 Gas 혹은 Vapor가 폭발 가능한 농도로 계속해서 존재하는 지역, 위험분위기가 계속적으로 또는 장시간동안 존재하는 장소
• Tank 의 내부, Pipe Line 혹은 Equipment 의 내부 등
• 대기와 통하는 Vent를 가지는 저장탱크 또는 용기 (Vessel) 내부
• IFRT (Internal Floating Roof Tank) 의 내외부 지붕 사이
• Open 된 용기 (Vessel), 저장탱크, 피트 (Pit) 등
• Exhaust Duct 의 내부

✅ 1종 장소-one 1 (통상상태에서의 간헐적 위험분위기)
• 상용 상태 (정상운전)에서 위험분위기가 존재할 가능성이 있는 장소
• 혹은 Maintenance, Repair 등으로 인해 자주 폭발성 가스가 위험수준 이상으로 존재할 수 있는 지역
• 운전, 보수 및 누설에 의하여 자주 위험분위기가 생성되는 곳
• 설비 일부의 고장 시 가연성 물질의 방출과 전기계통의 고장이 동시에 발생되기 쉬운 곳
• 환기가 불충분한 장소에 설치된 배관 계통으로 배관이 쉽게 누설되는 구조의 곳
• 환기가 불충분한 Compressor 또는 Pump Room
• 주변지역보다 낮아 인화성 가스나 증기가 체류할 수 있는 곳
• 안전밸브 Vent 주위

✅ 2종 장소-Zone 2 (이상상태에서의 위험분위기)
• 이상상태, Emergency Condition 에서 위험분위기가 단시간 동안 존재할 수 있는 장소로써 이상 상태란 지진 등 기타 예상을 초월하는 극히 빈도가 낮은 재난상태를 지칭하는 것이 아니고 상용의 상태, 즉 통상적인 운전 상태, 통상적인 유지보수 및 관리상태 등에서 벗어난 상태를 지칭하는 것으로 고장, 기능상실, 오작동 등의 상태를 의미한다.
• 인화성, 휘발성 액체나 가스가 다루어지거나 처리되거나 사용되지만, 위험물이 일반적으로 닫힌 용기 혹은 닫힌 시스템 안에 갇혀 있기 때문에 오직 사고로 인해 용기나 시스템이 파손되는 경우, 혹은 설비의 부적절한 운전의 경우에만 위험물이 유출될 가능성이 있는 지역
• Positive Mechanical Ventilation 에 의해 위험한 가스나 Vapor 의 집중이 방지되는 지역에서 Ventilating Equipment의 고장이나 이상운전으로 인해 위험 분위기가 조성될 수 있는 지역 혹은 Zone I Area 에 인접한 지역으로 만약 깨끗한 공기로 적절한 Positive Pressure Ventilation 을 하지 않거나, 양압설비의 고장에 대비한 효과적인 Safeguard 가 없을 경우, 이들 지역으로부터 위험한 증기나 가스가 때때로 유입될 수 있는 지역
• 환기가 불충분한 장소에 설치된 배관계통으로 쉽게 누설되지 않는 구조의 장소
• 가스켓(Gasket), 패킹(Packing) 등의 고장과 같이 이상 상태 하에서만 누출될 수 있는 공정설비/ 배관이 환기가 충분한 곳에 설치된 장소
• 강제환기 방식이 설치된 곳으로 환기설비의 고장이나 이상시에 위험분위기가 생성될 수 있는 장소

 2  비폭발위험장소(Non-Hazardous Area) 

기기동작중 또는 어떤기기로부터 인화성 혼합물이 희소하게 누출될 경우 폭발위험장소가 아니다.

• 환기 충분장소- 인화성가연성액체가 간헐적 사용, 적절히 유지관리되는 배관주위
• 환기 불충분장소 - 밸브, Fitting, Flange 등 이상 발생 시 누설가능 부속품이 없고 용접으로 접속된 배관 주위
• 가연성 물질을 완전히 밀봉 저장한 수납용기 주위
• LFL의 25%에 도달하지 못할정도의 가스증기를 배출하는 인화성물질, 가연성가스 사용장소
• 15% LEL의 암모니아의 개방된 공간에서의 누출은 무시한다. 
• 보일러, 화로, 가열로, 소각로등 개방된 화염이나 고온표면의 존재가 불가피한 설비로써 연료주입 배관상의 밸브, 펌프 등의 위험 발생원 주변의 전기기계.기구가  방폭구조 이거나 연료주입 배관 주위에 전기기계.기구가 없는 경우의 개방 화염 또는 고온 표면 설비 주위

 

폭발위험장소 설정 절차

 

1단계	누출원 누출등급	연속/1차/2차 누출
2단계	누출량 계산	Evaporation Pool
3단계	환기평가	환기유효성 평가 : Good/Fair/Poor
4단계	폭발위험 장소결정	Zone 0/1/2, Negligible Extent(NE)
5단계	폭발위험 범위산정	누출원에서 수직, 수평거리 산출
6단계	폭발위험장소 구분도작성	폭발위험 범위를 근거로 폭발위험장소 구분도를 작성

 1  폭발위험장소 설정 절차
적용 CODE : IEC 60079-10-1

🔹 IEC 60079-10-1 적용 제외 대상
• 폭발성 메탄가스가 존재할 우려가 있는 광산
• 폭약 제조 및 취급공정
• 이 표준에서 언급하는 비정상(Abnormal) 상태를 벗어난 매우 심각한 고장
• 의료용으로 사용되는 공간
• 저압의 연료가스가 취사, 온수 기타 유사한 용도로 사용되는 상업용 및 산업용 기기(appliances), 다만 해당설비(installation)가 관련 가스 코드에 부합되는 경우에 한함
• 주거시설
• 인화성 분진 또는 섬유로 인한 폭발위험의 우려가 있는 장소(KS C IEC 60079-10-2 참조)

 1단계 : 누출등급(Grades of Release) 
누출 형태에 따라 다음과 같이 세 등급으로 분류하며, 이 누출원은 3가지 누출 등급 중의 하나 또는 그 이상의 조합된 형태로 존재 가능

• 연속 누출
   a) 대기 중으로 연속 누출시키는 고정 지붕식 저장 탱크(fixed roof tank) 내부의 인화성 액체 표면
   b) 연속 또는 장기간 대기 중에 개방되어 있는 인화성 액체의 표면(예：유수 분리기)

• 1차 누출
  a) 정상 작동 중 인화성 물질이 누출될 수 있는 압축기ㆍ밸브ㆍ펌프 등의 기밀부(seal)
  b) 정상 작동 중의 물배출 시 인화성 물질이 누출될 수 있는 인화성 액체를 저장하고 있는 용기의 배출구
  c) 정상 작동 중 대기 중으로 인화성 물질의 누출이 예상되는 시료 채취점
  d) 정상 작동 중 대기 중으로 인화성 물질의 누출이 예상되는 안전 밸브, 통기구(vent)

• 2차 누출
  a) 정상 작동 중에는 누출이 예상되지 않는 압축기ㆍ밸브ㆍ펌프 등의 기밀부
  b) 정상 작동 중에는 누출이 예상되지 않는 플랜지ㆍ연결 부위ㆍ파이프 피팅류(fitting)
  c) 정상 작동 중에는 누출이 예상되지 않는 시료 채취점
  d) 정상 작동 중에는 대기 중으로 누출이 예상되지 않는 안전 밸브ㆍ통기구ㆍ기타 개구부 등

 

출처 : https://www.isa.org/intech-home/2017/may-june/departments/hazardous-area-installation-challenges-and-solutio

 

 2단계 : 누출량 계산 

√ 누출량 계산(단위 : kg/s)  *IEC 60079-10-1

기체 (음속미만)

기체(음속이상)

액체

증발풀

√ 누출량 계산(누출공 크기 적용) - 2차 누출등급에 대해 누출공 면적을 제시

 

 3단계 : 환기평가 (Ventilation) 

√ 환기의 형태

자연환기	• 옥외의 환기 등급은 최소풍속 0.5 m/s 이상 • 풍속은 특정 장소에서는 2 m/s 이상일 수도 있고 0.5 m/s 이하일 수도 있다
강제환기	• 강제환기의 목적 : 위험 장소의 크기 축소, 위험 분위기의 지속시간 단축, 위험 분위기의 생성 억제

√ 강제환기 설계시 고려사항

• 환기배기팬은 정전시에도 작동되어야 하며 이상시 경보음 발생
• 환기유효성(우수,양호,미흡)의 제어와 감시
• 배출설비 외부 배출구 인근, 기타 개구부와 내부의 위험장소 구분 고려
• 위험장소의 환기용 공기는 비위험 장소에서 흡입
• 환기설비의 팬용량 결정 및 설계 하기 전에 설치위치, 누출 등급, 누출량을 먼저 결정
• 가연성 가스/증기는 공기의 이동이 거의 없는 밀폐된 지역의 바닥이나 천장 근처 죽적
• 온도에 따른 가스 비중과 부피의 변화
• 장애물(impediment)과 방해물(obstacle)에 의한 공기의 이동감소/소멸영향(환기저해)

√ 환기등급 

고환기 (VH, high ventilation)	• 누출원에서 가스 농도를 폭발 하한값 이하로 낮추어 위험 장소의 범위를 무시할 정도로 작게 하는 것 (단, 환기의 유효성을 확보하여야 함) • 누출원에서의 농도를 순간적으로 감소시킬 수 있는 환기로, 결국 가스 농도를 폭발하한 값 이하로 낮추어 위험장소의 범위를 무시할 정도로 작게 하는 것 • Vz(가상체적)  < 0.1㎥ 보다 작을 경우
중환기 (VM, medium ventilation)	• 누출이 진행되는 동안에는 위험 장소 내의 농도를 안정된 상태로 제어할 수 있고, 누출이 중단된 후에는 더 이상의 가스 폭발 분위기가 지속되지 않도록 하는 환기 • 누출이 진행되는 동안에는 위험장소 내의 농도를 안정된 상태로 제어할 수 있고, 누출이 중단된 후에는 더 이상의 위험분위기가 지속되지 않도록 하는 환기 • 고환기, 저환기를 제외한 환기등급
저환기 (VL, low ventilation)	• 누출이 진행되는 동안에는 누출 농도를 제어할 수 없고, 누출이 중단된 이후에도 위험 분위기의 지속을 억제할 수 없는 정도의 환기 • 누출이 진행되는 동안에는 누출 농도를 제어할 수 없고, 누출이 중단된 이후에도 위험분위기의 지속을 억제할 수 없는 정도의 환기 • Vz(가상체적) > Vo(고려대상체적)

Characteristic of release 계산 시 주의사항

1. 인화성액체 폭발위험장소 설정 시
• 누출량 전량이 아닌 일부분(유증기 발생량)을 반영하도록 하고 있음.
• IEC Code에는 “액체 누출량 중 어느 비율을 적용하느냐?”에 대한 기준이 없음.
• 누출량 중 증기 비율↑⇒ 누출특성 크기↑⇒ 희석등급↓/ 폭발위험범위↑
• 밀도(Density)는 액체밀도가 아닌 이상기체 상태식을 통해 산출한 증기밀도를 산입

2. 기타
• k값은 액체 혼합물의 불명확한 폭발하한계(LEL)를 보정하기 위한 안전계수
⇒ KS C IEC 60079-10-1 가상체적(Vz) k값(1차 누출 0.25, 2차누출 0.5)과 다름
⇒ K값↓⇒ 누출특성 크기↑⇒ 희석등급↓/ 폭발위험범위↑
• 환기속도(Ventilation velocity) ≠ 풍속(Wind velocity)

 

 

• Characteristic of Release(㎥/s) 산정
• Chart에서 환기속도/Characteristic of Release의 교차점이 속하는 영역으로 Degree of Dilution 결정
  *옥외의 경우 환기속도(㎧) 0.25, 0.3, 0.5 등 선택


√ 환기 유효성 

우수(good)	환기가 연속적으로 이루어지는 상태
양호(fair)	정상 작동 상태에서 이루어지는 환기 상태
미흡(poor)	환기에 의한 공기의 흐름이 우수 또는 양호에 미치지 못하는 상태, 불연속이 장시간지속

√ 환기등급 

실내에서 탱크상부의 인화성액체가 증발되는 공정설비는 환기설비의 적용에 따라 폭발위험장소 구분과 위험범위가 완전히 달라짐

① 실내에서의 자연환기

② 실내에서의 강제환기 + 구획후 탱크상부 국소배기

③ 실내에서의 강제환기 + 탱크밀폐후 탱크내 직접배기

 4단계 : 폭발위험장소 결정 

Degree of Dilution(Ventilation), Availability of Ventilation 및 누출등급을 Zone0 / Zone1 / Zone2 / NE 중 결정

 

 

 5단계 : 폭발위험범위 산정 

Chart에서 Characteristic of Release와 방출특성별 해당 그래프(Heavy gas/Diffusive/Jet)와의 교차점에서 y축 값으로 산정

 

 

 

 6단계 : 위험장소구분 표기 

0종 장소	1종 장소	2종 장소

 

출처 : https://www.indiamart.com/technicheengineering/loss-prevention-service.html

출처 : https://www.indiamart.com/technicheengineering/loss-prevention-service.html

www.indiamart.com


https://e-ks.kr/streamdocs/view/sd;streamdocsId=72059197290790566

StreamDocs