현대 산업이 발전함에 따라, 산업현장에서 취급되고 있는 인화성 물질도 다양해지고 있다. 인화성 물질은 화학 산업에서 원료, 중간제품 그리고 완제품 등 광범위한 분야에서 사용되고 있을 뿐만 아니라 가정에서도 많이 사용되고 있다. 인화성 물질들은 널리 사용되고 있지만 화재·폭발의 위험을 가지고 있으므로, 폭발 사고를 예방하기 위해서는 인화성 가스가 사용되는 장소에서 방폭설비를 갖추는 것이 중요하다. 하지만 공장 전체에서 방폭설비를 갖추기에는 경제적으로 어렵기 때문에 폭발분위기를 가지는 장소의 구분이 중요하다.
이러한 폭발위험장소를 구분하는 규정은 국제적으로 API, NFPA 등에서 제시하고 있으며 한국에서는 2011년 개정된 산업안전보건법에서 폭발위험장소의 구분을 KS 기준에 따르도록 하고 있다. 이 기준에서는 가상체적에 의해 환기등급을 결정하여 폭발위험장소의 형태 즉, 0종, 1종, 2종 또는 비위험 장소를 결정하고 있으나 폭발위험장소의 범위는 간단한 예시만 제시하고 있을 뿐 정확한 범위는 전문가에게 문의하도록 되어 있다. KS 기준에 의한 가상체적을 이용한 폭발위험장소의 범위는 누출구의 면적에 크게 좌우되며, 누출의 형태와 같은 것을 반영하지 못하고 있는 실정이다. 그에 따라 폭발위험장소의 구분에 대한 물질별 변별력이 떨어질 것으로 판단된다.
하지만 IEC 규정이 개정되면서 기존의 가상체적방식이 아닌 화학물질의 누출특성을 이용한 폭발위험장소 구분에 대한 새로운 차트를 제시하였다. 이 차트는 누출형태를 제트 누출, 확산, 및 중가스 누출로 나누고 있다. 그러므로 본 연구에서는 IEC 규정에서 새롭게 제시한 차트를 이용하여 가상체적을 이용한 방식과 비교하여, 현재 사용되고 있는 방법의 타당성을 판단하고 더 나은 결과를 낼 수 있도록 개선하고자 한다. 이를 통해 물질의 무게 및 누출형태에 따른 폭발위험장소 구분을 더 경제적이고 안전하게 하여 화재 및 폭발사고를 예방하고자 한다.
이를 위해 먼저 공기보다 가벼운 물질과 무거운 물질을 각 5종씩을 선정하여 가상체적을 이용한 방법을 통한 폭발위험장소의 반경과 IEC 60079- 10-1에서 제시한 차트를 통한 폭발위험장소의 반경을 구하고 이를 비교하여 어떤 요소에 의해 차이가 발생하는지를 분석하였다.
새롭게 제시된 차트와 가상체적을 이용한 방법의 결과는 모두 가상체적을 이용한 방법의 결과 값이 크게 확인되었다. 또 물질군별로도 차이의 양상이 다르게 나타났다. 이에 따라 물질군 별로 요소에 따른 비교를 진행한 결과, 가벼운 물질은 분자량과 밀도에 영향을 많이 받고 있으며, 폭발하한의 경우 부피단위보다 질량단위에 의해 많은 영향을 받고 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 가벼운 물질의 경우, 가상체적을 이용한 방법에 물질의 질량요소에 보정을 가한다면 보수적인 부분을 줄일 수 있다는 것이며, 본 연구에서는 분자량에 대해서는 y=0.04x+2.12, 밀도에 대해서는 y=0.89x+2.12의 두 가지 보정식을 도출하였다. 무거운 물질군의 경우 질량단위 보다 폭발하한에 영향을 많이 받고 있었으며, 폭발하한에 대한 보정식은 y=14.20x+0.85로 도출하였다.
다음으로, 물질의 확산 형태에 따른 폭발위험범위의 변화를 확인하였다. 이는 가상체적을 이용한 방법의 경우 단지 구형태로 확산된다고 가정하여 폭발위험장소의 범위를 산정한다. 하지만 물질의 확산은 단지 구 형태로만 이루어지지 않는다. 따라서 다양한 모형의 확산 형태를 적용한 결과 보수적으로 나오던 가상체적의 결과를 많이 완화시키고 있는 것을 확인할 수 있었다. 4가지의 확산 모델의 적용결과, 가벼운 물질은 누출지점에서는 구의 형태로 누출이 진행되는 방향으로는 원뿔의 형태로 확산이 진행되는 형태인 반구와 원뿔의 결합모델이 가장 차트의 결과값과 유사하게 측정되었다. 무거운 물질의 경우, 반구와 원기둥의 결합모델, 반구와 원뿔의 결합모델이 차트를 이용한 결과와 유사한 결과를 나타내었지만, 반구와 원뿔의 결합모델의 경우 차트를 이용한 결과보다 작은 폭발위험범위를 나타내어 위험성이 커진다. 이처럼 복잡한 형태의 확산 모델은 적용시키지 못하였지만 확산 형태만 변화시킨다면 보다 경제적인 폭발위험장소 선정을 진행할 수 있다.

Due to the development of modern industry, the flammable materials being handled in the industrial field are becoming diverse. Flammable materials are widely used in the chemical industry as raw materials, intermediates and finished products, as well as being widely used at home. Such flammable materials are widely used but are at risk of fire and explosion. To prevent an explosion, it is important to equip the explosion-proof facility in the place where flammable gas is used. However, it is economically difficult to install explosion-proof equipment in the entire plant, so it is important to distinguish the places that have explosive atmosphere.
The API, NFPA, etc. have internationally stipulated the rules for identifying these explosion hazard areas. In Korea, according to the revised Industrial Safety and Health Act of 2011, it is required to comply with KS standards for the classification of explosion hazard places. In this standard, the ventilation class is determined by the hypothetic volume to determine the type of explosion hazard area, ie, 0, 1, 2 or non-hazardous zones. The range of the explosion hazard area using the hypothetic volume by the KS criterion is largely dependent on the area of the leaking orifice and does not reflect the type of leak. Accordingly, it is considered that the discriminative power of each substance in the explosion hazard area will be reduced.
However, as the IEC regulation was revised, a new chart for classification of the explosion hazard area using the leakage characteristic of chemical substance rather than the existing virtual volume method was presented. This chart divides the type of leaks into jet, diffusion, and heavy gas leak. Therefore, in this study, we use the new chart in IEC regulation to compare with the method using hypothetic volume to judge the validity of the method currently used and to improve it so that better results can be obtained. Through this, it is more economical and safe to classify the explosion hazard area according to the weight and leakage type of the material, thereby preventing fire and explosion accident.
To do this, we first select five types of light and heavy materials and then calculate the radius of the explosion hazard area using the hypothetic volume method and the radius of the explosion hazard area using the chart given in IEC 60079-10-1. We analyzed the difference between the two results.
The result of the method using the IEC chart and the hypothetic volume was confirmed to be large in the result of the method using the hypothetic volume. In addition, the pattern of difference was different for each material group. As a result, it was found that the light material was influenced by the molecular weight and the density, and the lower limit of the explosion was affected by the mass unit rather than the volume unit. This means that conservative parts can be reduced by applying a correction to the mass component of the material in the case of a light material. In this study, y = 0.04x + 2.12 for the molecular weight and y = 0.89x + 2.12 for the density Two types of equations are derived. For the heavy material group, the lower explosion limit was more affected than the mass unit, and the correction formula for the lower explosion limit was derived as y = 14.20x + 0.85.
Next, the change of explosion risk range according to the diffusion type of the substance was confirmed. It estimates the range of the explosion hazard area assuming that the method using the hypothetic volume spreads only in spherical form. However, diffusion of matter is not just spherical. As a result of applying the diffusion pattern of various models, it is confirmed that the results of the conservative hypothetic volume are alleviated much.
As a result of the application of the four diffusion models, the light material is a spherical shape at the leakage point, and the coupling model of the hemisphere and cone, which is a type in which the diffusion proceeds in the form of a cone in the direction of leaking. In the case of heavy materials, the combined model of hemispheres and cylinders, and the combination model of hemispheres and cones showed similar results to those of the charts, but the combined model of hemispheres and cones showed a smaller risk of explosion than the results of the charts. Although this complex model of diffusion can not be applied, it is possible to select a more economical explosion hazard site if only the diffusion type is changed.