누출원의 평가

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누출등급

▣ 연속 누출등급의 누출원

대기와 연결된 고정 통기구(vent)가 설치된 고정 지붕탱크(fixed roof tank) 내부의 인화성 액체 표면
지속적 또는 장시간 대기에 개방된 인화성 액체 표면
고빈도의 누출도 포함

▣ 1차 누출등급의 누출원

정상작동 중 인화성 물질의 누출이 예상되는 펌프, 압축기 또는 밸브의 밀봉부(seals) 등
정상작동 중 배수과정에서 인화성 물질이 대기로 누출될 수 있는 용기의 배수점 등
정상작동 중 인화성 물질의 누출이 예상되는 시료 채취점
정상작동 중 인화성 물질의 누출이 예상되는 릴리프 밸브, 통기구 및 기타 개구부 등

▣ 2차 누출등급의 누출원

정상작동 중 인화성 물질의 누출이 예상되지 않는 펌프, 압축기 및 밸브의 밀봉부(seals) 등
정상작동 중 인화성 물질의 누출이 예상되지 않는 플랜지, 연결부(connections), 배관 피팅부(pipe fittings) 등
정상작동 중 인화성 물질의 누출이 예상되지 않는 시료 채취점
정상작동 중 인화성 물질의 누출이 예상되지 않는 릴리프 밸브, 통기구 및 기타 개구부 등

누출등급의 평가

▣ 일반사항

누출등급의 잘못된 평가는 전체 EHA 구분 결과 왜곡 가능
각 누출등급(연속,1차,2차)은 정의되어 있으나 실제 구분하는 것은 쉽지 않음

▣ 전제조건

정상 작동상태에서 발생되지 않는 모든 누출은 2차 누출등급으로 간주, 예측주기 무시
2차 누출등급은 누출이 아주 짧은 시간 동안만 일어난다는 가정 필요
즉, 누출현상 발생 즉시 누출을 감지하여 가능한 한 빠른 대응조치 가능 전제
이러한 가정은 장치와 설비의 정기적인 관리 및 정비 문제로 이어짐

▣ 누출등급 평가

제조자의 지침서, 관련 규정 및 프로토콜과 엔지니어링 지침 등에 따라 합리적인 방법으로 장비와 설비의 감시와 검사가 실시된다는 신중한 고려와 가정 바탕으로 실시

누출 요약

하나 이상의 누출원이 존재하는 실내에서, 폭발위험장소의 종류(type) 및 범위를 정하기 위해서는 희석등급 (degree of dilution) 및 배경 농도(background concentration) 결정하기 전에 모든 누출원에 대한 합산이 필요

가. 연속 누출등급 : 항상 누출이 이루어지는 것은 아니지만, 모든 연속 누출등급 포함

나. 1차 누출등급

– 정상 작동상태에서 일어나지만, 모든 누출원이 동시에 누출되지 않음

– 설비에 대한 지식과 경험을 통해 최악의 조건에서 동시에 발생할 수 있는 최대수 결정

다. 2차 누출등급 : 정상작동 상태에서 누출되지 않으므로 하나 이상의 누출원이 동시에 발생할 가능성이 거의 없다고 할 경우, 가장 큰 2차 누출원만 고려

▣ 누출원의 합산

누출원을 합산하는 예측 가능한 활동에는 운전조건의 자세한 분석을 기본으로 한다.

전체 연속누출 = 모든 개별 연속 누출원의 합
전체 1차 누출 = 모든 연속누출 + 일부 개별 1차 누출원의 합 (동시 누출)
전체 2차 누출 = 모든 1차 누출 + 가장 큰 개별 2차 누출원 (모든 누출원이 아닌 가장 큰 개별 2차 누출원 고려)

누출공의 크기 및 누출원 반경

▣ EHA 설정 시 가장 중요한 인자 : 누출공의 반경

가. 인화성 물질의 누출률과 폭발위험장소의 형태 및 범위 결정

나. 누출률(Wg)은 누출공의 반경의 제곱에 비례

– 노출공 반경의 과소평가 : 누출률의 중대한 과소평가

– 누출공 반경의 과대평가 : 안전상의 이유로 허용되는 누출 구멍 크기의 보수적 계산은 과대한 위험장소 범위로 나타날 수 있기 때문에 제한 및 누출 구멍 크기 추정의 신중한 접근

▣ 방출계수 (Cd)

누출 구멍 반경이라는 용어를 사용하지만 의도하지 않은 대부분의 누출 구멍은 원형 아님
동일한 면적의 비원형 누출부위의 누출률을 보정하기(줄이기) 위해 방출 계수로 보상

▣ 누출공 반경 정의

연속/1차 누출등급 : 누출 오리피스의 크기와 형태로 결정 (비교적 예측 가능한 조건하에서 가스가 누출되는 다양한 통기구와 통기밸브)
2차 누출등급 : 아래표

▣ 누출의 형태

누출률 : 영향인자

▣ 누출 특성 및 형태

개방 표면 및 플랜지 누설 등과 같은 누출원의 물리적인 특성에 관한 것임

▣ 누출 속도

누출원이 존재하는 경우에 누출률은 누출압력에 증가
아음속(음속 이하) 누출에서 누출속도는 공정압력과 관련
인화성 가스/증기 운의 크기는 인화성 증기의 누출률과 희석률에 의하여 결정
고속 누출 가스/증기 흐름은 공기와 혼합되어 자체적으로 희석될 수 있으나, 폭발성 가스 분위기 범위는 공기 흐름과 관련 없음
인화성 물질의 저속 누출 또는 장애물에 부딪쳐 속도가 감소되는 경우는 공기 영향/흐름에 따라 이동 희석

▣ 농도 : 누출된 인화성 물질의 질량은 누출된 혼합물 내의 인화성 증기/가스의 농도에 비례

▣ 인화성 액체의 휘발성

증기압과 증발 엔탈피(열)와 주로 관련되며, 증기압이 알려지지 않은 경우 비점 또는 인화점 사용 가능
폭발위험 분위기는 인화점이 인화성 액체의 최고 사용 온도보다 높으면 존재 불가
인화점이 낮으면 낮을수록 폭발 분위기의 범위는 증가
인화성 물질이 안개(분무) 형태로 누출된다면, 폭발분위기는 인화점 이하에서도 형성 가능
할로겐화 탄화수소 등은 폭발성 가스 분위기를 생성할 수 있음에도 불구하고 인화점을 가지지 않는데, 최저 인화하한에서의 포화농도에 상응하는 등가 액체 온도를 최대 액체온도와 비교

▣ 액체 온도 : 온도 증가에 따라 증기압 상승 => 증발로 인한 누출률 증대

액체의 온도는 고온의 표면이나 외기 온도에 따라 누출이 발생하고 나서부터 상승할 수 있음
증기화는 인가된 에너지와 액체의엔탈피에 기초한 등가조건에 도달할 때 까지 액체를 냉각시키는 경향이 있음

누출률의 추정

▣ 누출률 계산식

인화성 액체와 가스의 대략적인 누출률 제공
보다 정리된 누출률은 개구부의 특성 및 액체/가스의 점도를 고려하여 추정
누출 개구부의 길이가 폭에 비해 긴 경우 점도의 영향이 큼(누출계수 Cd를 통해 보정)

▣ 액체의 누출률

▣ 가스/증기의 누출률

▣ 아음속 누출률

아음속 가스속도는 가스가 음속 미만의 속도로 누출되는 속도를 말하며, 이때의 용기의 가스 누출률은 다음과 같다

▣ 음속 누출률

음속 누설가스는 가스 속도가 음속인 것을 말하며, 이론적으로 최대 누출속도이며, 가스속도가 음속과 같다면, 용기에서의가스 누출률은 다음과 같다

증발 풀(pool)의 누출률

▣ 증발 풀

액체 누출의 경우 누출률이 아닌 증발률을 적용하여 희석등급 결정
액체의 유출(spillage)과 누출(leakage)의 결과뿐만 아니라,
개방된 용기에서 또는 인화성 액체의 저장 또는 취급하는 공정설비에서도 발생할 수 있음

▣ 증발률 계산 관련 가정

대기온도에서 상변화 및 플름(plume)이 없음(상과 온도변화는 분산 및 증발률 변화의 원인)
누출된 인화성 물질은 중립부력(neutrally buoyant) 상태(공기보다 무거운 증기 포함)
다량의 연속 누출의 경우는 고려하지 않음
용기에서의 누출 액체는 즉시 1cm 깊이의 풀(pool)로써 평평한 표면 형성 및 대기 중 증발

▣ 증발률

▣ 부피 증발률

▣ 풀면적과 풍속

실제 풀면적은 유출된 액체의 양 기준으로 하고 유출지역 경사나 둑과 같은 현장조건 고려
증발률 평가에서 풍속은 희석등급 추정을 위한 차후의 풍속과 일치
풍속은 증발을 가속시키지만 인화성 가스/증기 희석에도 기여함을 강조
0.5 m/s 의 풍속은 기상학적으로는 지면 위가 잔잔함을 나타내며, 분산 및 증발에 있어서도 가장 나쁜 경우의 풍속임

[ 액체의 부피(체적) 증발률 ]

누출원의 개구부

구역 사이의 개구부는 누출원으로 간주하고, 누출등급은 다음을 고려한다

인접구역 위험장소의 종별, 개구부 열림 주기의 빈도와 지속 시간
밀봉/연결 부분의 유효성, 관련 구역 사이의 압력차

개구부의 분류

▣ A형 (B, C, D형으로 규정되지 않는 개구부)

접근 또는 유틸리티용 개구부 통로(덕트 또는 배관용 유틸리티 등)
빈번하게 개방되는 개구부 및 건물, 개구부내의 고정된 환기구

▣ B형

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

▣ C형

상시 닫혀 있어 드물게 열리고, 개구부 전체 둘레가 개스킷 등으로 밀봉되는 개구부
독립적인 자동 닫힘 장치가 있는 B형 개구부 2개가 직렬로 연결된 개구부

▣ D형

유틸리티 통로와 같이 효과적으로 밀봉되는 개구부, 비상시 열리는 C형 충족 상시 닫힘 개구부
폭발위험장소에 인접한 하나의 C형 개구부와 직렬로 연결된 하나의 B형 개구부