방폭지역구분도 계산 기준 및 적용 Code

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방폭지역구분도 계산 기준 및 적용 Code

 

 

1. 적용 CODE

 

1-1. KS C IEC 60079-10-1:2015 (폭발분위기 - 제10-1부 : 장소구분- 폭발성가스 분위기)

1-2. KOSHA Code E-180-2020(가스폭발위험장소의 설정에 관한 기술지침)

1-3. KGS GC101 2018(가스시설의 폭발위험장소 종류 구분 및 범위 산정에 관한 기준)

1-4. NFPA 497(Recommended practice for the classification of flammable liquids, gases,

      or vapors and of hazardous locations in electrical installations at chemical process areas)

1-5. API 505(Classification of locations for electrical installations at petroleum facilities classified

       as class 1, zone 0, zone 1, and zone 2)

1-6. EI 15(Area classification code for installations handling flammable fluids)

1-7. EN 1127-1(Explosive Atmospheres Explosion Prevention and Protection

 

2. 폭발지역구분도 계산의 기준

 

2-1. 누출등급 기준

 

2-1-1. 연속누출등급 누출원

2-1-1-1. 연속, 빈번 또는 장기간 발생할 것으로 예상되는 누출

2-1-1-2. 대기와 연결되는 고정 통기구(Vent)가 설치된 고정 지붕탱크(Fixed roof tank) 내부의 인화성액체 표면

2-1-1-3. 지속적으로 또는 장시간 동안 대기에 개방되어 있는 인화성 액체 표면

 

2-1-2. 1차누출등급 누출원

2-1-2-1. 정상작동 중에 인화성 물질의 누출이 예상되는 펌프, 압축기 또는 밸브의 씰 (Seals) 등

2-1-2-2. 정상작동 중의 배수과정에서 대기로 인화성 물질이 누출될 수 있는 용기의 배수점(Water drainage point) 등

2-1-2-3. 정상작동 중 인화성 물질의 대기 누출이 예상되는 시료 채취점(Sample point)

2-1-2-4. 정상작동 중 인화성 물질의 대기 누출이 예상되는 릴리프밸브1), 통기구 및 기타 개구부(Openings) 등

 

2-1-3. 2차누출등급의 누출원

2-1-3-1. 설비의 정상작동 중에는 인화성 물질의 누출이 예상되지 않는 펌프, 압축기 및 밸브의 씰(Seals) 등

2-1-3-2. 정상작동 중에는 인화성 물질의 누출이 예상되지 않는 플랜지, 연결부(Connections), 배관 피팅부(Pipe fittings) 등

2-1-3-3. 정상작동 중에는 인화성 물질의 대기 누출이 예상되지 않는 시료 채취점

2-1-3-4. 정상작동 중 인화성 물질의 대기 누출이 예상되지 않는 릴리프밸브, 통기구 및 기타  개구부 등

 

2-2. 2차누출등급의 누출구멍 단면적 기준(권고)

구 분	항목	누출 고려사항
		누출개구부가 확대되지 않는 조건에서의 일반값, S(㎟)	누출개구부가 부식 등에 의해 확대될 수 있는 조건 에서의 일반값,S(㎟)	누출 개구부가 심한 고장 등에 의해 확대될 수 있는 조건에 대한 일반 값, S(㎟)
고정부의 실링 요소	압축섬유 개스킷류의 플랜지	≥ 0.025 ∼ 0.25	> 0.25 ∼ 2.5	(두볼트 사이의 거리) × (개스킷 두께) 보통 ≥ 1 mm
	나선형 운드 (spiral wound) 개스킷류의 플랜지	0.025	0.25	(두볼트사이의 거리) × (개스킷 두께) 보통 ≥ 0.5 mm
	링형태조인트 연결부품	0.1	0.25	0.5
	50 ㎜ 이하 구멍 연결부a	≥ 0.025 ∼ 0.1	> 0.1 ∼ 0.25	1.0
저속 가동 부품류의 실링요소	밸브 스템 패킹	0.25	2.5	제조사 자료 또는 공정 설비 배치에 따라 결정, 2.5㎟ 미만 d
	압력누출밸브b	0.1 (오리피스부위)	NA	NA
고속 가동 부품류의 실링요소	펌프, 압축기c	NA	≥ 1 ∼ 5	제조사 자료 또는 공정설비 배치에 따라 결정, 최송 5㎟ d및e
a. 소규경 배관의 링 조인트, 나사 연결, 압축 조인트(예, 금속 압축 피팅) 및 래피드 조인트에 제안 되는 누출구멍 단면 b. 여기에서는 밸브의 완전 개방을 전제하지는 않지만, 밸브 부품의 고장으로 다양한 누설이 있을 수 있다.     특이한 경우, 제안된 것보다 큰 누출구멍 단면을 가질 수 있다. c. 왕복 압축기 - 압축기의 프레임과 실린더에서는 통상 누설이 일어나지 않지만, 공정설비의 피스 톤로드 패킹과     다양한 배관 연결부에서 누설이 일어난다. d. 장비 제조자 데이터 – 예상되는 고장의 경우 그 영향을 평가하기 위하여 장비 제조자의 협력 필요     (예, 밀봉장치 관련 세부 도면의 이용성) e. 공정설비 배치 - 특정 상황(예, 사전 연구), 인화성 물질의 최대 허용 누출률로 정의하는 운전 분 석은     장비 제조자 데이터의 부족을 보완할 수 있다.     주) 기타 일반적인 값은 특정 응용에 대한 관련 국가 또는 산업 코드에서 구할 수 있다.

 

2-3. 누출량 산출 계산식 등

 

2-8-1. 액체 누출율         

 

2-8-2. 액체 풀 증발율      

 

2-8-3. 가스 또는 증기의 누출율     

 

2-8-3-1. 아음속 기준

        

 

2-8-3-2. 음속기준

        

 

2-8-4. 누출특성

      

 

 

▣ 단위 기호

Ap 풀 표면적 (㎡); Cd 난류 및 점도 등의 영향에 관련되는 누출 개구부 특성과      판단에 의한 누출계수로 모난 오리피스는 0.5∼0.75,      원형오리피스는 0.95∼0.99(단위없음) Cp 일정 압력에서의 비열 (J/㎏ K); γ 단열 팽창 또는 비열비의 폴리트로프 지수(단위 없음); M 가스 또는 증기의 몰 질량(㎏/kmol); P 용기의 내부압력 (Pa) ΔP 개구부에서의 누설 압력 차 (Pa) Pa 대기압(101,325 Pa) Pc 임계압력 (Pa) Pv 온도 T에서의 액체 증기압 (kPa)

Qg 누출원에서의 인화성 가스의 부피유량(㎥/s); R 이상 기체상수 (8,314 J/kmol K); p 액체밀도 (㎏/㎥);  pg 가스 또는 증기밀도 (㎏/㎥); S 유체가 누출되는 개구부(구멍)의 단면적(㎡); T 유체, 기체 또는 액체의 절대온도 (K);; Ta 주위 온도 (K) uw 액체 풀 표면의 풍속 (m/s); W 액체의 누출률 (시간당 질량, ㎏/s); We 액체의 증발률 (㎏/s); Wg 가스의 질량 누출률 (㎏/s); Z 압축 인자 (단위 없음

 

2-4. 희석등급 기준

2-4-1. 고희석(high dilution)

      누출원 근처에서의 농도를 순간적으로 감소시키고, 누출이 중단된 후 사실상 지속되지  않는다.

2-4-.2 중희석(medium dilution)

      누출이 진행되는 동안에도 누출농도를 안정된 상태로 제어할 수 있고, 누출이 중단된 후에는 더 이상 폭발성 가스 분위기가

      지속되지 않는다.

2-4-3. 저희석(low dilution)

      누출이 진행되는 동안에 상당한 농도로 지속되고, 누출이 정지된 후에도 인화성 분위기가 상당기간 동안 지속한다

희석등급 평가용 그래프

 

 

 2-4-4. 옥외 환기속도(um)

옥외 위치의 형태	장애물 없는 지역(m/s)			장애물 있는 지역(m/s)
지표면에서 부터의 높이	≤2m	＞2∼5m	＞5m	≤2m	＞2∼5m	＞5m
공기보다 가벼운 가스/증기의 누출을 추정하기 위한 환기속도	0.5	1.0	2.0	0.5	0.5	1.0
공기보다 무거운 가스/증기의 누출을 추정하기 위한 환기속도	0.3	0.6	1.0	0.15	0.3	.1.0
모든 고도에서 액체 풀(pool) 증발률을 추정하기 위한 환기속도	0.25			0.1
•   일반적으로, 표의 값은 양호한 환기로 간주한다. •   옥내의 경우, 일반적으로 평가는 최소 공기 속도 0.05 m/s를 가정을 근거로 하며, 이는 실제로 어디서나 해당된다. •   특정 상황에서는 다양한 값을 가정할 수 있다(예, 공기 인입구/배출구 입구에 가까운 곳). •   환기배치를 제어할 수 있는 경우, 최소 환기속도를 환산할 수 있다.

 2-4-5. 룸의 희석

   :  환기되는 룸의 배경농도와 누출

       옥내누출에서는 환기효과를 나타내는 룸 배경농도(Xb)를 명시할 필요가 있다. 여기에서 배경농도는 누출과 환기에 의한 기류 사이의

       정상 상태(Steady state)가 확정되는 기간 이후에 대상 부피(룸 또는 건물)내에 인화성물질의 평균농도이다.

   o 배경농도 (Xb)

  o 공기교체 빈도와 환기플럭스(Ventilation fluxes)

 

2-5. 희석등급 기준

2-5-1. 우수: 환기가 실제적으로 지속되는 상태

2-5-2. 양호: 환기의 정상작동이 지속됨이 예측되는 상태. 빈번하지 않은 단기간 중단은 허용된다.

2-5-3. 미흡: 환기가 양호 또는 우수 기준을 충족하지 않지만, 장기간 중단이 발생하는 것으로 예상되지 않는 상태

 

2-6. 폭발위험장소 범위의 추정

2-6-1. 방해받지 않는 고속 제트 누출

2-6-2 저속의 확산누출 또는 누출 형상이나 주위 표면의 충돌로 인한 속도 손실 제트 누출

2-6-3. 수평 표면(예: 지표면)을 따라 확산되는 무거운 가스 또는 증기

폭발위험장소의 범위(거리) 추정 그래프

  

 

2-7. 폭발위험장소의 정의

2-7-1. 0종 장소 : 폭발성 가스분위기가 연속젓으로, 장기간 또는 빈번하게 존재하는 장소

2-7-2. 1종 장소 : 정상작동 중에 폭발성 가스분위기가 주기적 또는 간헐적으로 생성되기 쉬운 장소

2-7-3. 2종 장소 : 정상작동 중 폭발성 가스분위기가 조성되지 않을 것으로 예상되며, 생성된다 하더라도 짧은 기간에만 지속되는 장소

 

2-8. 누출 등급 및 환기유효성에 따른 폭발위험장소 설정

       o 환기 이용도 기준

          - 우수(Good) : 환기가 실제적으로 지속되는 상태
          - 양호(Fair) : 환기의 정상작동이 지속됨이 예측되는 상태. 빈번하지 않은 단기간 중단은 허용된다.
          - 미흡(Poor) : 환기가 양호 또는 우수 기준을 충족하지 않지만, 장기간 중단이 예상되지 않는 상태

누출 등급	환기유효성
	고희석			중희석			저희석
	환기 이용도
	우수 (good)	양호 (fair)	미흡 (poor)	우수	양호	미흡	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 0종 장소s
2차b	비위험 (2종 NE)a	비위험 (2종 NE)a	2종 장소	2종 장소	2종 장소	2종 장소	1종 및 0종 장소s
a.  0종 NE, 1종 NE, 2종 NE 는 정상조건에서는 무시될 수 있는 범위의 이론적 폭발위험장소를 말한다. b. 2차 누출등급으로 형성된 2종 장소가 1차 또는 연속 누출등급에 의한 장소보다 클 수 있다.     이 경우, 더 큰 거리를 선정하는 것이 좋다. c.  환기가 아주 약하고 실제로 폭발성 가스분위기가 지속되는 누출의 경우      (즉, 환기되지 않는 것에 가까운 상태)에는  0종 장소에 속할 수 있다.
‘+’는 ‘~에 둘러싸여 있음’을 뜻한다. 자연환기가 일어나는 밀폐공간에서의 환기이용도는 ‘우수’로 고려해서는 안 된다.

 

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개구부의 분류

이 평가를 위하여 개구부는 다음과 같은 특징을 가진 A형, B형, C형 및 D형으로 분분한다.

 

A형

B형, C형 또는 D형으로 규정된 특징을 충족하지 않는 개구부

• 접근용 또는 유틸리티용 개구부 통로(벽, 천장 및 바닥을 통과하는 덕트 또는 관을 포함하는 유티릴티의 예)

• 빈번하게 개방되는 개구부

• 룸, 건물 및 기타 개구부 내의 고정된 환기 배기구

B형

상시 닫혀 있어(자동 닫힘) 드물게 열리고, 완전 밀착 폐쇄되는 개구부

C형

상시 닫혀 있어(자동 닫힘) 드물게 열리고, 개구부 전체 둘레가 밀봉(개스킷 등)되어 있는 개구부, 또는 독립적인 자동 닫힘 장치가 되어 있는

B형 개구부 2개가 직렬로 연결된 개구부

D형

유틸리티 통로와 같이 효과적으로 밀봉되는 개구부, 또는 특별한 수단에 의하거나 비상시에만 열릴 수 있는 C형을 충족하는 상시 닫혀 있는

개구부, 또는 폭발위험장소에 인접한 하나의 C형 개구부와 직렬로 연결된 하나의 B형 개구부

 

 

누출원으로 고려되는 개구부에 대한 폭발위험장소 종별의 영향 

개구부 상류의 위험장소 종별	개구부의 형태	누출원으로 간주되는 개구부의 누출등급
0종 장소	A B C D	연속 (연속)/1차 2차 2차/누출 없음
1종 장소	A B C D	1차 (1차)/2차 (2차)/누출 없음 누출 없음
2종 장소	A B C D	2차 (2차)/누출 없음 누출 없음 누출 없음
괄호 속의 누출등급은 설계 시에 개구부의 조작 빈도를 고려한다.

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