251. 폭발위험장소 계산 및 구분도 작성 방법

사업장에서 공정안전보고서 작성 시 가장 어려워하는 내용 중 하나가 바로 폭발위험장소 계산 및 구분도 작성입니다.

쉽게 접할 수 있는 내용도 아니고, 이해하려면 많은 STUDY를 해야 합니다.

폭발위험장소 계산 방법에 대해 알아보겠습니다.

 

■ 폭발위험장소 계산 및 구분도 작성 예시

아래는 2021년 KOSHA에서 발행한 공정안전보고서 작성예시집 내용 중 폭발위험장소 계산 관련 내용입니다.

1) 폭발위험장소 계산 예시

 

2) 폭발위험장소 구분도 작성 예시

 

■ 공정안전보고서 표시사항

고용노동부고시 제2020-55호 제24조 제1항 제1호에는 아래와 같이 표시사항을 정하고 있음

• 폭발위험장소 계산 : 한국산업표준(KS)에 따라 작성
• 폭발위험장소 구분도 : 한국산업표준(KS)에 따라 작성하며, 각 위험원별 표시

<고용노동부고시 제2020-55호> 제24조 (폭발위험장소 구분도 및 전기단선도 등) ① 가스 폭발위험장소 또는 분진 폭발위험장소에 해당되는 경우에는 「한국산업표준(KS)」에 따라 폭발위험장소 구분도 및 방폭기기 선정기준을 다음 각 호의 사항에 따라 작성하여야 한다. 1. 폭발위험장소 구분도에는 가스 또는 분진 폭발위험장소 구분도와 각 위험원별 폭발위험장소 구분도표를 포함한다.

* 폭발위험장소 산정 법규 : 안전보건규칙 제230조 (폭발위험이 있는 장소의 설정 및 관리)

* 관련 한국산업표준 : KS C IEC 60079-10-1(인화성가스, 인화성액체 증기), KS C IEC 60079-10-2(가연성분진)

* 기타 참고자료 : KOSHA Guide E-180-2020, KGS GC101

 

■ 폭발위험장소 계산 방법

PSM 사업장에서 가장 많이 사용하는 도시가스(NG)에 대해 아래의 조건으로 폭발위험장소를 계산 해보겠습니다. ▷ 누출원 : 정압기실 NG 공급배관  ▷ 압력 : 0.7MPa ▷ 환기 : 옥내 자연환기 (강제환기 없음)

1) 인화성물질 특성 파악

[물질특성]

① 물질명 : 도시가스(NG)

② 분자량 : 17.12~18.19kg/kmol

③ 인화점 : -188℃

④ 발화점 : 540℃

⑤ 폭발하한 : 5%

⑥ 비열비(단열팽창폴리트로픽 지수) : 1.31

 

[방폭특성]

① 그룹 : IIA

② 온도등급 : T1

 

2) 누출원/누출공, 누출등급 결정

① 누출원 : 배관 밸브 스템

② 누출공 : 0.25mm2

③ 누출등급 : 2차 누출

→ 누출공은 KS 부속서 B 내 「표B.1 - 2차 누출등급에 누출 구멍 단면적(권고)」로 확인 가능

 

3) 환기조건, 환기속도 확인

① 환기조건 : 자연환기

② 환기속도 : 0.05m/sec

→ 옥외 환기속도는 KS 부속서 C 내 「표C.1 - 대표적 옥외 속도」로 확인 가능 (옥내 자연환기의 경우, 0.05m/sec 적용)

 

4) 누출률, 누출특성 계산

① 음속/아음속 판단

임계압력(Pc)을 계산하고, 임계압력과 배관 내 압력(P)을 비교하여 음속/아음속 판단

- 임계압력(Pc) < 배관 내 압력(P) : 음속

- 임계압력(Pc) > 배관 내 압력(P) : 아음속

→ 계산된 임계압력(Pc) 186,284Pa 보다 배관 내 압력(P) 801,325Pa이 더 크므로, 음속으로 판정

 

② 누출률 계산

음속과 아음속 각각의 누출률 계산식이 정해져 있으므로, 해당하는 식을 적용하여 누출률(Wg) 계산 

 

음속 공식을 적용한 누출률(Wg) 계산 

→ 누출률은 2.68x10^-4으로 확인됨

 

③ 가스밀도 계산

아래 ④에서 누출특성 계산시 가스의 밀도값이 필요하므로 계산

→ 가스밀도는 0.687로 확인됨

 

④ 누출특성 계산

폭발위험범위 계산에 필요한 누출특성 계산

→ 누출특성은 7.81x10^-3으로 확인됨

 

5) 환기 평가

상기 4)에서 계산된 누출특성 값을 X축, 3)에서 확인된 환기속도를 Y축으로 하여 교차점을 확인하여 환기 평가

(고희석, 중희석, 저희석 중 해당 값 확인)

→ 환기 평가 결과 중희석으로 확인됨

 

6) 폭발위험장소 종별 결정

상기 5)에서 계산된 확인된 환기 정보를 X축, 2)에서 확인된 누출등급을 Y축으로 하여 교차점 확인하여 폭발위험장소 종별 결정

(비위험장소, 0종장소, 1종장소, 2종장소 중 해당 값 확인)

→ 폭발위험장소는 2종장소로 확인됨

 

7) 폭발위험범위 산정

상기 4)에서 계산된 누출특성 값을 X축으로 하고, NG는 공기 비중이 가벼운 가스에 해당하므로 저속의 확산 및 고속의 제트와 교차점을 Y축과 비교하여 폭발위험범위 산정

→ 폭발위험범위는 1.0m로 확인됨 (공기 비중이 가벼운 가스의 경우, 폭발위험범위가 최소 1.0m로 산정됨)

 

■ 폭발위험장소 구분도 작성 방법

KS 부속서 A에 따라 폭발위험장소 구분도는 설비배치도(입면도, 평면도)를 활용하여 작성해야 함

1) 폭발위험장소 기호

 

2) 폭발위험장소 구분도 예시

① KS에 작성된 폭발위험장소 구분도 예시는 아래 내용 참조 

 

② 정압기실 폭발위험장소 구분도 예시(PSV 폭발위험범위 포함)는 아래 내용 참조 

 

폭발위험장소 계산 방법 및 폭발위험장소 구분도 작성 방법에 대해 알아보았습니다.

KS 내용을 이해하신다면 누구나 쉽게 계산할 수 있습니다.

단, 폭발위험장소 계산은 KS 및 KOSHA Guide E-180에서 전문가가 하도록 정하고 있으며, 실수로 잘못 계산될 경우 폭발위험범위가 달라져 방폭 공사 비용이 늘어나는 등 Risk가 크기 때문에, 가능하다면 전문기관에 컨설팅받는 것을 추천드립니다.

감사합니다.

 

KOSHA Guide E-180-2020 가스폭발위험장소의 설정에 관한 기술지침.pdf

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