위험장소 설정절차

왜 배우는가: 위험장소 설정절차는 누출원 판정, 누출등급, 환기 유효성을 순서대로 거쳐 전기기기 선정과 방폭설계의 출발점이 되므로 실무에서 가장 먼저 수행하는 판단이다. 석유화학·정유 플랜트 문제에서 절차 전체를 묻는 형태로 반복 출제되어, 개념과 단계 순서를 함께 익혀야 한다.

출제 이력: 제117회 2교시 3번, 제102회 4교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

위험장소 설정절차는 누출원을 찾고 누출등급과 환기 유효성을 평가하여 폭발성 분위기가 존재하는 범위와 그 종류(0종·1종·2종)를 정하는 일련의 과정이다.

• 위험장소(Hazardous Area)
• 누출원(Source of Release)
• 누출등급(Grade of Release)
• 환기 유효성(Ventilation Effectiveness)
• 가상체적(Vz)
• 폭발성 분위기(Explosive Atmosphere)
• 위험성평가(Risk Assessment)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 가스나 증기가 공기와 섞여 불이 붙을 수 있는 농도로 존재할 수 있는 곳을 미리 찾아 표시하는 작업이다. 그 곳에서는 전기 불꽃이나 고온 표면이 점화원이 되지 않도록 방폭기기를 써야 한다.

정식 정의는 다음과 같다. 위험장소는 인화성 가스 및 증기가 대기 중에 화재·폭발을 일으킬 수 있는 농도로 존재하거나 존재할 우려가 있는 장소다. 위험장소의 구분은 존재 빈도, 체류 시간, 환기 조건에 따라 정해진다. 국내 기준으로는 0종, 1종, 2종 장소로 구분하고, IEC 체계에서는 Zone 0, Zone 1, Zone 2로 부른다.

누출원은 인화성 물질을 누출할 수 있는 지점이다. 용기, 장치, 배관의 연결부, 밸브, 개구부 등이 여기에 해당한다. 절차의 첫 단계는 이 누출원을 빠짐없이 찾는 것이다.

누출등급은 누출이 얼마나 자주, 얼마나 오래 일어나는지를 나타낸다. 보통 연속 누출, 1차 누출, 2차 누출로 나눈다. 연속 누출은 상시 또는 장시간 누출이고, 1차 누출은 정상 운전 중 주기적으로 일어나는 누출이며, 2차 누출은 정상 운전 중에는 일어나기 어렵고 일어나더라도 짧게 그치는 누출이다.

환기 유효성은 누출된 가스가 얼마나 빨리 희석되어 하한계 아래로 내려가는지를 뜻한다. 환기가 좋을수록 위험장소의 범위는 작아지고 등급은 낮아진다. 이 개념은 누출등급과 함께 위험장소의 종류와 크기를 함께 결정한다.

3. 등장 배경과 필요성

과거에는 플랜트의 전기기기를 장소 구분 없이 설치하는 사례가 많았다. 그 결과 가연성 가스가 누출된 곳에서 전기 스파크가 점화원이 되어 대형 폭발이 발생하였다. 이 때문에 위험 장소를 과학적으로 나누고 그 장소에 맞는 방폭구조를 적용하는 체계가 필요해졌다.

위험장소 설정은 KS C IEC 60079-10-1에 따른 폭발위험지역 구분을 기초로 한다. 이 절차는 방폭전기기계기구의 선정과 설치, 그리고 안전진단의 근거가 된다. 산업안전보건기준에 관한 규칙도 폭발위험이 있는 장소의 설정 및 관리를 규정하고 있어, 설치 단계뿐 아니라 운영 중 변경이 생길 때마다 재평가가 필요하다.

위험장소 설정은 설계 단계에서 누출원을 줄이는 것부터 시작한다. 이렇게 하면 Zone 0이나 1종 장소의 범위를 최소화할 수 있다.

4. 구성요소·원리·절차

위험장소 설정은 누출원 식별, 누출등급 결정, 환기 유효성 평가, 장소 구분의 순서로 진행한다. 각 단계의 결과가 다음 단계의 입력이 되므로 순서를 바꾸면 구분이 달라진다. 전체 흐름은 아래 도식과 같다.

누출원은 인화성 물질을 누출할 수 있는 지점이다. 용기, 장치, 배관의 연결부, 밸브, 개구부, 펌프 실 등이 여기에 해당한다. 누출원을 빠짐없이 찾는 것이 첫 단계의 핵심이다.

누출등급은 누출이 발생하는 빈도와 지속 시간으로 나눈다. 구성 요소별 누출등급은 다음과 같이 정리한다.

누출등급이 같아도 환기 조건에 따라 구분 결과가 달라진다. 누출등급은 장소 구분의 출발점이고 최종 결정은 환기를 함께 고려해서 내린다.

환기 유효성은 누출된 가스가 얼마나 빠르게 희석되는지로 판단한다. 높음 환기는 누출원 부근에서 농도를 즉시 폭발하한계(LEL) 아래로 낮춘다. 중간 환기는 농도를 조절하지만 완전히 막지는 못한다. 낮음 환기는 농도를 조절하지 못하거나 가스가 지속적으로 머문다. 환기가 낮으면 한 단계 위험한 구분을 적용한다.

장소 구분은 누출등급과 환기 유효성의 조합으로 정한다. 위험분위기가 존재하는 빈도에 따라 0종, 1종, 2종 장소로 나눈다. 구분 범위는 누출원으로부터 농도가 LEL 아래로 내려가는 거리를 반경으로 잡는다.

누출등급이 장소 구분의 출발점이며, 환기 유효성이 구분의 종류와 범위를 함께 결정한다

절차는 다음 순서로 진행한다.

• 공정과 취급 물질의 인화성, 인화점, 끓는점을 확인한다.
• 누출원을 설비별로 빠짐없이 찾는다.
• 누출원마다 연속, 1차, 2차 누출등급을 정한다.
• 설치 장소의 환기 조건을 높음, 중간, 낮음으로 평가한다.
• 누출등급과 환기를 조합해 0종, 1종, 2종을 정하고 범위를 그린다.
• 구분 결과로 방폭기기와 전기설비를 선정한다.
• 공정 변경 시 1번부터 다시 수행한다.

위험성평가는 위 절차의 근거를 제공한다. 인화성 액체 취급공정에서는 평가로 찾은 사고 시나리오를 누출원 식별에 연결한다. 평가에서 누출 빈도가 달라지면 구분도 함께 다시 검토한다.

계산 원리로 누출 속도와 환기량의 관계를 본다. 체적 유량 기준의 희석은 다음 식으로 대략 판단한다.

$Q_{v}=\frac{G}{C_{LEL}}\times k$

여기서 Q_{v}는 필요한 환기 유량(㎥/s), G는 누출 질량 속도(kg/s), C_{LEL}은 폭발하한계 농도(체적 비율), k는 안전계수다. 이 식은 환기 유효성을 정량적으로 확인하는 도구로 쓴다.

5. 관련 법령·기준·표준

위험장소 구분의 기준은 국제 표준과 국내 기준이 함께 쓰인다. 국내에서는 산업안전보건법 체계 아래 폭발위험장소를 설정하고 관리한다. 전기설비 기준은 한국전기설비규정(KEC)을 따른다.

국내 구분 체계는 0종, 1종, 2종으로 나뉜다. 국제 표준 ATEX 체계의 Zone 0, Zone 1, Zone 2와 대응된다. 기기 카테고리는 장소에 맞춰 사용 범위가 정해진다. 카테고리 1은 Zone 0, 1, 2에서, 카테고리 2는 Zone 1, 2에서, 카테고리 3은 Zone 2에서만 쓴다.

기준 수치와 조건은 다음과 같다.

개정 연혁으로 국내 전기 기준은 2021-01-01부터 한국전기설비규정(KEC)으로 바뀌었다. 위험장소 구분 기준은 KS 체계로 정리돼 있으며, 현행 기준명을 기준으로 적용한다.

KS C IEC 60079-10-1의 구분 절차는 누출등급과 환기를 함께 평가하는 것이 핵심이다. 위험장소 범위는 이 기준에서 정한 방법으로 산정한다.