방폭 계산은 산업 현장에서 가연성 물질의 누출과 환기 상태를 정량적으로 평가하여 폭발위험장소를 정확히 구분(설정)하고, 이에 적합한 방폭 구조 및 전기기기 사양을 선정하는 핵심 절차입니다.
기존의 상용 프로그램들은 계산 기능 자체는 충실하지만, 보고서 형태로 체계적이고 가독성 있게 정리하는 데 한계가 있어 PSM 실무 적용 시 큰 불편함이 따랐습니다. 이에 따라 본 가이드에서는 현장에서 즉시 활용 가능한 '보고서형 가스·액체 방폭 계산서 엑셀 양식'의 작성 방법과 항목별 팁을 3편에 걸쳐 완벽하게 해설합니다.
엑셀 파일에 물질 목록, 환기 조건, 누출 등급 등 위험평가에 필요한 모든 요소를 순서대로 기록하면 방폭구역 종별(Zone)과 범위(위험 반경)가 자동으로 도출됩니다. 본 가이드를 띄워두고 순서대로 작성해 보시기 바랍니다.
Ⅰ. 엑셀 기본 세팅 및 표지 작성
본격적인 계산서 작성에 앞서, 엑셀의 숨겨진 가이드를 활성화하는 기본 세팅이 필수입니다.
💡 작성 꿀팁: 엑셀 상단 메뉴에서 [검토] → [메모 모두 표시]를 클릭하세요. 각 셀에 입력해야 할 힌트와 설명이 표시되어 초보자도 쉽게 작성할 수 있습니다.
(1) 표지 작성
가장 첫 시트인 표지에는 사업장명, 회사 로고, 방폭계산을 위한 대상 공정을 기입합니다. 보통 도면 1장당 똑같은 폭발위험장소 구분 데이터 시트들이 작성되므로, 기준이 되는 도면 번호나 공정명을 명확히 적어두는 것이 좋습니다.
Ⅱ. 기초양식 1번: 물질 목록 및 특성
'기초양식 작성란' 시트의 1부(물질 목록 및 특성)는 해당 공정에서 취급하는 가연성 물질의 데이터를 입력하는 곳입니다. MSDS(물질안전보건자료) 9항과 가스감지기 설치계획서를 준비한 뒤 아래 요령에 따라 작성합니다.
- 상태: 가스 / 액체 / 액화가스 / 고체 중 하나로 표기합니다.
- 액체/증기밀도, 인화성, 발화점, 비점, 증기압, 인화하한값(LFL): MSDS의 '9. 물리화학적 특성'에서 찾아 기입합니다. (액체밀도는 보통 '비중'으로 표기되어 있습니다.)
- 비열비(γ, gamma): NIST 화학 웹북에서 물질의 CAS No.로 검색하여 확인하거나 인터넷 검색을 활용합니다.
- 경보기 설정값: 사업장의 가스감지기 설치계획서에 표기된 알람 설정값을 작성합니다.
- 압축 계수(Z) 및 대기압: 압축계수(Z)는 실제 체적을 반영하는 복잡한 변수이므로 실무 계산에서는 보수적으로 1로 고정합니다. 대기압 역시 1atm인 101325.02738 Pa로 고정해 줍니다.
1) 방폭기기 선정 기준표 총정리
1부 작성 시 실무자들이 가장 많이 헷갈려하는 부분이 바로 '방폭특성(방폭구조 및 온도등급)'을 기입하는 것입니다. 물질의 특성과 사업장 내 방폭 기준에 맞춰 아래의 3가지 기준표를 보고 정확히 기입하시기 바랍니다.
(1) 방폭구조의 선정
| 위험장소 분류 | 방폭구조 | 기호 | 기기 보호수준 |
|---|---|---|---|
| 0종 | 본질안전 | ia | Ga |
| 각기 EPL "Gb"에 맞는 2가지 독립된 보호구조 | - | ||
| 0종 장소에서 사용할 수 있도록 특별히 고안된 방폭구조 | - | ||
| 1종 | 0종 장소의 방폭구조 포함 | Gb | Gb |
| 내압용기 (d), 안전증 (e), 본질안전 (ib) | d, e, ib | ||
| 몰드구조 (m, mb), 유입 (o) | m, mb, o | ||
| 압력 (p, px, py), 충전 (q) | p, px, py, q | ||
| 필드 본질안전개념(FISCO) 등 | - | ||
| 2종 | 0종, 1종 장소의 방폭구조 포함 | Gc | Gc |
| 본질안전 (ic), 몰드 (Mc) | ic, Mc | ||
| 비점화 (n or nA), 제한급기 (nR), 에너지 제한 (nL) | n, nA, nR, nL | ||
| 스파크 기기 (nC), 가압용기 (Pz) | nC, Pz | ||
| 필드버스 비점화개념(FNICO) 등 | - |
(2) 가스 또는 증기의 발화점에 의한 온도등급 선정
설치될 방폭 전기기기의 최고 표면온도는 누출될 수 있는 대상 가스의 발화온도보다 반드시 낮아야 합니다.
| 전기기기의 온도등급 | 전기기기의 최대표면온도 [℃] | 가스, 증기의 발화온도 [℃] |
|---|---|---|
| T1 | 450 | > 450 |
| T2 | 300 | > 300 |
| T3 | 200 | > 200 |
| T4 | 135 | > 135 |
| T5 | 100 | > 100 |
| T6 | 85 | > 85 |
(3) 전기기기 그룹에 의한 선정
| 가스·증기의 하위그룹 | 적용 가능한 설비의 하위그룹 |
|---|---|
| IIA | IIA, IIB 또는 IIC |
| IIB | IIB 또는 IIC |
| IIC (가장 위험) | IIC |
Ⅲ. 기초양식 2번: 환기 정보 세팅 가이드
'기초양식 작성란' 시트의 2부(환기 정보)는 대상 공정의 설비배치도, 국소배기 용량계산서, 환기계산서를 미리 준비해 두고 작성해야 합니다. 이 항목의 수치에 따라 가스의 희석 반경이 크게 달라지므로 정확한 기입이 요구됩니다.
- 대상장소 및 조건: 설비/공정이 진행되는 장소명을 적고, '옥내' 또는 '옥외'로 표기합니다.
- 환기량 및 유형: 해당 장소에 설치된 환기장치의 용량(예: 국소배기, 강제 전체 환기, 자연환기 등)을 기입합니다.
- 환기량 산정 근거: 실내의 경우 '환기장치 용량 기준', 실외의 경우 방폭 지침의 '표 C.1 기준' 등으로 간략히 명기합니다.
- 건축물 및 설비 체적: 건축도면과 설비배치도를 확인하여 공간의 폭, 깊이, 높이를 입력합니다.
- 임의 값 환기 속도(uw): 현장 실측값 또는 지침(KOSHA GUIDE 표 C.1)에 따른 임의 값을 작성합니다.
(1) 환기효율계수(f) 적용 가이드
환기효율계수(f)는 현장의 개방도와 장애물에 따른 공기 혼합 효율을 나타냅니다. 엑셀 작성 시 아래 표를 참고하여 1~5 사이의 값을 입력하세요.
| f 값 (대표값) | 의미 및 적용 조건 | 현장 예시 |
|---|---|---|
| < 1 (드묾) | 환기가 평균보다 더 잘되는 특별한 구조 (혼합 강화) | 맞춤형 덕트 설계로 공기 흐름 최적화 |
| = 1 | 환기가 균일하게 잘 혼합되는 이상적 상태 | 대형 창고에서 팬으로 강제 환기 (장애물 없음) |
| 1.5 | 혼합 효율이 높은 불균일 상태 (환기 항상 가능) | 탁 트인 구조 + 마주보는 급·배기구 |
| 3 | 일반적인 불균일 혼합 상태 (일부 구조물 방해) | 구조물로 인해 부분적인 공기 정체 발생 |
| 5 | 혼합 효율이 매우 낮은 상태 (흐름 심각 방해) | 급·배기구가 한쪽에 몰린 구조, 내부 밀집 구조물 |
Ⅳ. 기초양식 3번: 누출등급 및 안전계수 산정
이 파트에서는 누출 형태와 누출공의 특성을 수치화합니다. 1부에서 작성한 물질번호를 매칭시킨 후 작성을 시작합니다.
- 누출상태: 연속, 1차, 2차 중 기입 (아래 1항 표 참조)
- 물질번호: 1부 '물질 목록'에 기재한 물질번호와 동일하게 입력
- 누출공: 누출공 단면적을 모를 경우 관련 지침(방폭 누출공 크기) 참고하여 기입
- 누출계수(Cd): 방출 형태에 따른 계수 입력 (아래 2항 표 참조)
- 환기이용도: 우수, 양호 또는 미흡 중 기입 (아래 3항 상세 기준 참조)
- 가스의 종류: 누출 형태에 따라 '무거운 가스', '저속의 확산', '고속의 제트'로 표기
- 안전계수(K): LFL 값 신뢰도에 따른 안전계수 입력 (아래 4항 표 참조)
(1) 누출상태 판단 기준표
| 구분 | 내용 | 세부 현장 항목 |
|---|---|---|
| 연속 | 가연성 액체 표면 | 대기 개방형 통기관이 설치된 고정형 지붕 탱크, 누출시간 연 1000시간 초과 |
| 1차 | 정상운전 상태, 누출 가능성 있음 | 펌프/압축기/밸브 밀봉부, 샘플링 포인트, 정상 릴리프 밸브 개구부 등 |
| 2차 | 정상운전 상태, 누출 가능성 없음 | 일반 플랜지, 고장 시에만 단기 누출되는 배관 이음부 등 |
(2) 누출계수(Cd) 적용 가이드
| Cd 값 | 누출 형태 / 경로 | 설명 |
|---|---|---|
| 0.50 | 모난 오리피스 (Sharp-edged) | 단면이 날카로워 흐름 수축 및 난류 손실 큼 |
| 0.60 ~ 0.80 | 균열 및 틈새 누출 | 틈새 형태와 길이에 따라 변동 적용 |
| 0.75 ~ 0.85 | 게이트 밸브 (완전 개방) | 내부 구조로 인한 마찰 손실 약간 존재 |
| 0.95 / 0.99 | 볼 밸브 / 원형 오리피스 | 모서리가 둥글게 가공되어 손실이 거의 없음 |
| 1.00 | 데이터 불명확 시 | 보수적 가정(손실 무시), 안전측 설계 시 사용 |
(3) 환기 이용도 (우수 / 양호 / 미흡) 세부 판정 기준
환기 이용도는 방폭 범위를 희석하는 핵심 요소입니다. 자연환기와 강제환기의 특성을 고려하여 아래의 실무 기준에 따라 판정합니다.
| 등급 | 정의 | 실무 적용 기준 및 예시 |
|---|---|---|
| 우수 (Good) | 환기가 실제적으로 지속되는 상태 |
|
| 양호 (Fair) | 정상작동 지속이 예측됨 (빈번하지 않은 단기 중단 허용) |
|
| 미흡 (Poor) | 우수/양호에 못 미치나, 장기간 중단은 예상되지 않는 상태 |
|
(4) 안전계수(K) 적용 가이드
| 안전계수(K) 값 | 설명 및 적용 기준 (LFL 신뢰도) |
|---|---|
| 1.0 | 실험결과 또는 문헌 자료에 폭발하한(LFL)이 명확한 단일 및 혼합물질 |
| 0.8 | 혼합물질로서 폭발하한이 명확하게 제시되지 않은 물질 |
| 0.5 | 누출 속도 또는 확산 거동 등이 명확하지 않은 그 밖의 모든 경우 |
Ⅴ. 기초양식 4 & 5번: 설비 특성과 수식(결과) 판정
환기와 누출 정보까지 모두 입력했다면, 이제 해당 설비의 공정 조건과 최종 결과를 기재하여 계산서를 마무리합니다.
(1) 4부: 설비의 특성
공정배관계장도(PFD, Piping and Instrumentation Diagram)를 참고하여, 대상 설비 내부의 실제 운전 압력(Operating Pressure)과 운전 온도(Operating Temperature) 등 주요 공정 변수를 정확하게 기입합니다. 이 수치는 가스의 확산 속도와 체류량에 직접적인 영향을 미칩니다.
(2) 5부: 수식 (위험장소 종별 판단)
- 위험장소(종) 확인: 앞선 데이터들이 연산되어 출력되는 결과 표를 확인하고, 최종적으로 해당 누출원이 1종, 2종, 또는 비위험장소 중 어디에 해당하는지 기입합니다.
- 판단 사유 작성: 단순히 종별만 적는 것이 아니라, "국소배기장치에 의한 환기가 우수하여 1차 누출임에도 2종 장소로 하향 조정함" 또는 "가스 농도가 LFL의 25% 미만으로 희석되어 비폭발위험장소로 판정함"과 같이 법적/계산적 근거를 명확히 남겨야 PSM 심사 시 반려를 막을 수 있습니다.
Ⅵ. 💡 엑셀 양식의 한계 및 작성 노하우
기초양식을 모두 채우면 옥내/옥외 환기 시트와 결과 시트에 위험 반경(거리)과 등급이 자동으로 표기됩니다. 하지만 이 자동화 엑셀에는 실무 적용 시 부딪히는 치명적인 단점이 하나 있습니다.
"리스트 양식에는 여러 물질을 작성할 수 있지만, 수식 계산 및 출력 시에는 한 번에 '하나의 설비당 하나의 물질'만 대입되어 결과가 나옵니다."
이를 극복하고 완벽한 PSM 심사용 도면 시트를 완성하기 위한 계산서 활용 팁 2가지를 공개합니다.
- 설비 단위 출력물 양식 입력: 입력한 물질들을 하나씩 번갈아 대입하여 결과 시트를 출력물 양식으로 서식복사를 통하여 수기 입력하여 합쳐서 보관합니다.
- 최대 위험반경 'E81 셀' 확인: 출력된 수많은 결과물에서 최대범위를 잡는 방법입니다. 각 물질의 결과물 중 '계산_희석등급' 시트의 E81 셀 (최대 위험반경 결과값)을 확인하세요. 해당 공정 내에서 위험 반경이 가장 넓게 산출된(E81 값이 가장 큰) 누출원 출력물 표지에 포스트잇(태그)을 붙여 표시해 둡니다. CAD 등으로 방폭구역 도면(구분도)을 그릴 때 이 태그된 반경을 베이스 데이터로 활용하여 작성하면 됩니다.
엑셀 자동화 양식 다운로드 및 마무리
지금까지 복잡한 IEC 60079-10-1 기준 방폭 계산을 손쉽게 해결해 주는 '가스/액체 방폭계산서 엑셀 양식'의 활용법을 알아보았습니다. 본 매뉴얼과 아래의 엑셀 양식을 결합하면, 초보 실무자라도 표준화된 절차에 따라 정확하고 깔끔한 방폭 설계 검토 보고서를 완성할 수 있습니다.
아래 링크를 통해 사업장 취급 물질에 맞는 양식을 다운로드하여 현장 실무에 즉시 적용해 보시기 바랍니다.
작성된 계산서를 바탕으로 PSM 심사를 철저히 준비하시고, 안전한 사업장 관리에 도움이 되기를 바랍니다.
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