이 글의 목적은 고압가스 시설에서 방폭구역(위험장소)을 체계적으로 분류하는 방법을 정리하여, 설계·안전관리·인허가 실무에서 직접 활용할 수 있는 기준과 절차를 제공하는 것이다.
1. 방폭구역(위험장소) 분류의 기본 개념
고압가스 시설의 방폭구역 분류는 “어디까지를 폭발위험장소로 보고, 어떤 구역에 방폭전기·계장기기를 적용해야 하는지”를 정하는 작업이다. 이는 고압가스안전관리법, KGS Code, KS C IEC 60079-10-1, KOSHA 기술지침 등에서 공통적으로 요구하는 핵심 안전설계 절차이다.
일반적으로 방폭 관련 기준에서 사용하는 기본 용어는 다음과 같이 정리된다.
- 폭발위험장소(Hazardous area) : 인화성 가스·증기·미스트가 공기와 혼합되어 폭발성 분위기가 형성되거나 형성될 우려가 있는 구역이다.
- 폭발 비위험장소(Non-hazardous area) : 일반적인 운전 상태에서 폭발성 가스 분위기가 형성될 우려가 없다고 판단되는 장소이다.
가연성 가스를 취급하는 고압가스 시설에서 폭발위험장소는 국제 규격 IEC 60079-10-1 및 이에 부합하는 KS C IEC 60079-10-1에 따라 주로 Zone 0, Zone 1, Zone 2의 세 종류로 분류한다.
- 0종 장소(Zone 0) : 폭발성 가스 분위기가 연속적으로, 장기간 또는 빈번하게 존재하는 장소이다.
- 1종 장소(Zone 1) : 정상 운전 중 주기적 또는 간헐적으로 폭발성 가스 분위기가 형성되기 쉬운 장소이다.
- 2종 장소(Zone 2) : 정상 운전 중에는 폭발성 가스 분위기가 형성되지 않을 것으로 예상되며, 설령 형성되더라도 짧은 시간 동안만 유지되는 장소이다.
분진을 취급하는 설비의 경우 KS C IEC 60079-10-2에 따라 20종, 21종, 22종 장소로 별도로 구분하지만, 본 글에서는 가스·증기 위주의 고압가스 시설을 중심으로 설명한다.
주의 : 동일 설비라도 누출 특성, 환기 조건, 운전 방식에 따라 Zone 등급이 달라질 수 있으므로, 단순 암기가 아닌 체계적인 분류 절차를 통해 판단해야 한다.
2. 방폭구역 분류 시 적용되는 법령·기준 체계
국내 고압가스 시설의 방폭구역 분류는 여러 기준이 서로 연동되는 구조이다. 주요 기준을 정리하면 다음과 같다.
| 구분 | 주요 코드·규격 | 역할 |
|---|---|---|
| 국내 법령 | 고압가스안전관리법 및 시행령·시행규칙 | 고압가스 시설의 설치·검사·안전관리 총괄 법적 근거를 제시한다. |
| KGS Code | KGS GC101 (폭발위험장소 종류 구분 및 범위 산정 기준), GC201 (가스시설 전기방폭 기준) 등 | 고압가스 시설의 폭발위험장소 구분, 범위 산정, 전기방폭 설계·검사 기준을 제시한다. |
| 산업안전보건 | KOSHA Code E-180 (가스폭발위험장소 설정 기술지침) | 산업안전보건 관점에서 폭발위험장소 설정과 방폭전기설비 적용 지침을 제공한다. |
| KS/IEC 규격 | KS C IEC 60079-10-1, 60079-10-2 등 | 폭발위험장소 구분(Zone 0/1/2, 20/21/22) 및 설비 선정의 국제 표준 체계를 제공한다. |
| 해외 권장 기준 | NFPA 497, API 505 등 | 석유·화학 플랜트 등에서 위험장소 분류 및 방폭 설계 시 참고용으로 활용한다. |
KGS GC101은 기존의 단순 거리 기준에서 벗어나, 누출유형·누출유량·희석 및 환기유효성 등을 공학적으로 해석하여 폭발위험장소의 범위를 산정하도록 하는 기준이다. 따라서 고압가스 시설 설계·변경 시에는 GC101과 KS C IEC 60079-10-1을 동시에 고려하는 것이 일반적이다.
3. 고압가스 방폭구역 분류 절차(실무 프로세스)
실무에서 방폭구역을 분류할 때는 다음과 같이 단계별로 접근하는 것이 일반적이다.
3.1 설비·공정 범위 정의
- 대상 고압가스 시설의 경계를 명확히 정의한다(저장탱크, 충전설비, 기화기, 압력조정실, 배관 루프 등).
- P&ID, 설비 배치도, 구조도, 통풍계획도 등을 확보하여 누출 가능 위치와 공간 형상을 파악한다.
3.2 취급 가스의 물성·위험 특성 파악
- 가스 종류, 인화점, 폭발하한(LEL), 폭발상한(UEL), 분자량, 비중(공기=1 기준), 독성 여부를 확인한다.
- 가스의 밀도가 공기보다 무거운 경우(예: LPG, 일부 냉매류 등) 저지대·지하 공간에 체류하는 특성을 반영해야 한다.
3.3 누출원(Source of release) 식별 및 누출등급 결정
KS C IEC 60079-10-1 및 국내 기술지침에서는 가스가 실제로 방출될 수 있는 위치를 “누출원”으로 정의하고, 이를 누출 빈도에 따라 등급화한다.
- 연속 누출원(Continuous) : 정상 운전 중 지속적으로 가스가 존재하거나 누출되는 경우이다.
- 1차 누출원(Primary) : 정상 운전 중 가스가 가끔 방출되는 경우(충전·배출 개구부 등)이다.
- 2차 누출원(Secondary) : 정상 운전중에는 누출되지 않으나, 고장·파손 등에 의해 예외적으로 누출될 수 있는 경우이다.
고압가스 시설에서 대표적인 누출원 예시는 다음과 같다.
- 용기 충전 매니폴드, 탱크로리·튜브트레일러 연결 플랜지, 샘플링 포트 등 : 주로 1차 누출원이다.
- 밸브 패킹부, 펌프·컴프레서 씰, 플랜지 가스켓 등 : 주로 2차 누출원이다.
- 반응기·탱크 내부와 같이 항상 가스가 채워진 공간 : 연속 누출원에 준하여 평가할 수 있다.
3.4 누출유량 산정
누출 등급이 정해지면, 각 누출원에서의 누출유량을 가정하거나 계산한다. 이를 위해 다음 요소를 고려한다.
- 누출구 직경(구멍 크기) 또는 틈새 크기
- 상류 압력·온도(저장탱크 내부 압력, 배관 압력 등)
- 가스 상(기체/액체/액적 포함 2상) 및 압축성 고려
- 누출 시간(단시간 사고 누출인지, 일정 시간 지속 누출인지)
고압가스 설비의 경우 압력차가 크고 배관 직경이 비교적 작아 고속 제트 누출로 가정하는 경우가 많으며, 이때 질량유량 식(초크/비초크 유동)을 활용하여 누출유량을 산출한 뒤, LEL 기준 농도까지 희석되는 거리를 역산하여 Zone 범위를 결정하는 방식이 자주 사용된다.
3.5 희석·환기 조건 평가
누출된 가스가 공기와 혼합되어 어느 정도 농도로 희석되는지는 공간 형상과 환기 조건에 크게 좌우된다.
- 공간의 개방도(옥외 개방, 반개방, 실내 폐쇄 등)
- 자연환기 유무(바람 방향, 장벽·건물 배치, 지형)
- 강제환기 설비의 풍량, 배기 위치, 흡·배기 균형
- 천장고, 바닥 면적, 장애물 유무
KGS GC101과 KOSHA Code에서는 이러한 요소를 반영하여 “희석등급”과 “환기유효성”을 평가하고, 이를 누출등급과 조합하여 Zone 0/1/2를 결정하는 매트릭스를 제시한다.
3.6 Zone 등급 결정 및 위험거리 산정
누출등급·희석등급·환기유효성이 정해지면, 각 누출원에 대해 해당 위치의 Zone 등급을 결정한다. 이후 누출유량·가스 특성·환기조건에 따라 위험거리를 계산한다.
- 누출원의 중심에서 반경 방향으로 폭발성 가스 농도가 LEL 이하로 떨어지는 거리까지를 Zone 범위로 본다.
- 고속 제트 누출, 확산형 누출, 무거운 가스의 중력 침강 등 시나리오에 따라 해석식 또는 그래프·표를 이용하여 위험거리를 산정한다.
- 복수의 누출원이 겹치는 경우, 더 큰 Zone 범위를 우선하여 보수적으로 적용한다.
3.7 방폭구역도 작성 및 설비 선정 연계
마지막으로, 산정된 Zone 정보는 평면도·입면도에 반영하여 “방폭구역도(Hazardous area classification drawing)”로 작성한다. 이 도면을 기준으로 해당 구역에 설치되는 전기·계장 설비의 방폭 등급(EPL, 기체 그룹, 온도등급)을 선정한다.
주의 : 방폭구역 분류는 전기·계장 설비 선정뿐 아니라, 환기 설계, 비상차단 밸브 위치, 인원 접근 제한구역 설정, 인허가 심사 등 다양한 안전관리 절차의 전제가 되므로, 단순 형식적인 도면 작성으로 끝내서는 안 된다.
4. Zone 0 · Zone 1 · Zone 2 실무 판정 기준과 예시
고압가스 시설에서 자주 등장하는 설비를 중심으로 Zone 판정의 실무 감각을 정리하면 다음과 같다.
4.1 Zone 0에 해당하는 대표 예시
- 가연성 가스를 항상 포함하는 반응기·탱크 내부
- 고압가스 용기 내부, 탱크 상부의 기상 공간 등
- 일부 샘플 포트·분석계 내부 챔버처럼 항상 가스가 존재하는 밀폐 공간
Zone 0은 대체로 설비 내부 공간에 해당하며, 실제 전기·계장기기를 설치하는 경우는 많지 않지만, 센서·프로브·케이블 도입부의 방폭 구조를 적절히 선정해야 한다.
4.2 Zone 1에 해당하는 대표 예시
- 용기 충전 매니폴드 주변, 탱크로리 로딩암·언로딩 매니폴드 주변
- 안전밸브(SV)·릴리프밸브(RV) 방출구 주변, 정상 운전 중 개폐가 자주 발생하는 통기·배출 라인
- 자주 조작되는 배관 드레인·벤트 밸브 주변
정상 운전 중 가스 방출 가능성이 주기적으로 존재하는 설비 주변은 대부분 Zone 1으로 분류하는 것이 보수적이며, 환기 조건이 매우 좋고 방출 빈도가 낮은 경우 일부 Zone 2로 완화할 수 있다.
4.3 Zone 2에 해당하는 대표 예시
- 밸브 패킹, 플랜지 가스켓, 기계 장비 씰 등에서 예외적으로 누출될 수 있는 주변
- 가스 배관이 통과하는 실내 공간 중, 누출 시 단기간 내 환기가 가능한 영역
- 저장탱크·압력조정 설비 주변 중, 자연·강제 환기가 양호하고 누출 빈도가 매우 낮은 구역
Zone 2로 분류하는 경우라도, 실제 유지보수 작업 중에는 일시적으로 Zone 1 수준의 위험이 발생할 수 있으므로, 작업 허가제·가스농도 측정 등 운영 절차를 추가로 설정하는 것이 바람직하다.
5. KGS GC101 기반 방폭구역 범위 산정 개요
KGS GC101은 국내 고압가스 시설의 폭발위험장소 구분·범위 산정을 위해 도입된 상세 기준으로, 다음과 같은 공학적 요소를 조합하여 위험거리를 산정하도록 한다.
- 누출등급(연속·1차·2차)
- 누출유형(고속성 제트, 확산성 제트, 무거운 가스 등)
- 누출유량(압력·온도·구멍 크기에 따른 방출량)
- 희석등급(가스와 공기의 혼합·희석 정도)
- 환기유효성(환기 방식·풍량·공간 형상에 따른 유효 환기 여부)
실무에서는 누출유량을 우선 추정한 뒤, 기준에서 제시하는 그래프·식·표를 활용해 “LEL 농도 이상이 형성될 수 있는 거리”를 계산하고, 이에 안전계수를 곱하여 위험거리를 결정한다. 이때 위험거리는 보통 다음과 같이 사용된다.
- 위험거리 이내 : 해당 Zone(0/1/2)에 해당하는 폭발위험장소
- 위험거리 외부 : 비위험장소로 간주하되, 설비 밀집·지형·풍향 등으로 보수 평가가 필요한 경우를 검토한다.
주의 : KGS GC101에서 제시하는 해석식·그래프는 전형적인 가스 방출·희석 상황을 대상으로 한 것이므로, 특수 지형·밀폐공간·강한 지형채널링이 있는 부지에서는 CFD 해석 등 추가 검토를 요구받을 수 있다.
6. 대표 설비별 방폭구역 설정 예시(개략)
아래 예시는 실제 설계 시 참고할 수 있는 개략적인 방폭구역 설정 패턴이다. 구체적인 거리 값은 반드시 KGS GC101, KS C IEC 60079-10-1, KOSHA Code 등을 적용하여 재산정해야 한다.
| 시설·설비 | 주요 누출원 | 일반적 Zone 범위의 예 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 고압가스 용기 충전 매니폴드 | 충전 밸브, 호스 연결부, 드레인·벤트 | 매니폴드 주변 일정 반경 Zone 1, 그 외곽에 Zone 2 설정 | 충전·배출이 빈번하여 1차 누출원으로 평가한다. |
| 지상 저장탱크 상부 | 안전밸브 방출구, 샘플링·통기 라인 | 방출구 주변 Zone 1, 탱크 상단 주변은 환기에 따라 Zone 1 또는 Zone 2 | 방출량·풍향·높이에 따라 수직·수평 거리 모두 검토한다. |
| 기화기·압력조정 설비 | 조정밸브, 릴리프밸브, 플랜지 | 밸브·릴리프 주변 Zone 1, 그 외곽은 Zone 2 | 실내 설치 시 환기 설계에 따라 Zone 확대 가능성이 크다. |
| 고압 배관 루프(옥외) | 플랜지, 밸브 패킹, 기계 씰 등 | 배관 전체를 종합적으로 고려하여, 특정 위치 주변만 국부 Zone 2로 지정하는 경우가 많다. | 배관 전체를 일괄 Zone 2로 보는 설계는 유지보수·비용 측면에서 비효율적일 수 있다. |
| 실내 실린더 캐비닛·가스박스 | 실린더 밸브, 레귤레이터, 배관 연결부 | 캐비닛 내부는 Zone 1, 케이블·튜브 관통부 주변은 Zone 2 | 배기 풍량·배기 위치에 따라 내부 Zone 0·1 여부를 추가 검토한다. |
주의 : 위 표의 Zone 예시는 “전형적인 사례”에 불과하며, 실제 설계·검사에서는 해당 부지의 누출 조건·환기 상태·시설 구성에 따라 Zone 등급과 거리가 달라질 수 있다.
7. 방폭구역 분류와 전기·계장 설비 선정 연계
방폭구역 분류가 완료되면, 각 Zone에 설치되는 전기·계장 설비는 KS C IEC 60079-0 및 관련 부 규격에 따라 적절한 방폭 구조·기체 그룹·온도등급·EPL 등을 만족해야 한다.
- Zone 0 : 가장 높은 안전수준의 EPL이 요구되며, 본질안전방폭(Ex i) 등 특수 구조를 사용하는 경우가 많다.
- Zone 1 : 내압방폭(Ex d), 유입방폭(Ex p), 안전증방폭(Ex e) 등 다양한 방폭 구조가 사용될 수 있다.
- Zone 2 : 단순 방폭구조(Ex n 등)나 Zone 2용 기기가 허용될 수 있으나, 실제 가스 특성·위험도에 따라 상위 Zone 등급 기기를 사용하기도 한다.
또한, 가스의 폭발 그룹(예: IIA, IIB, IIC)과 온도등급(T1~T6)을 고려하여 설비 표면온도가 점화온도 아래로 유지되도록 해야 한다. 이 정보는 KS·IEC 규격과 KGS Code, MSDS 또는 공정 안전자료에 근거하여 결정한다.
8. 방폭구역도 작성·관리 실무 요령
방폭구역 분류 결과를 현장에서 활용 가능한 문서로 만들기 위해서는 도면 작성과 관리 체계가 중요하다. 일반적인 작성 요령은 다음과 같다.
- 기본 배치도·평면도 위에 Zone 0/1/2 영역을 색상 또는 해치 패턴으로 구분하여 표시한다.
- 범례(Legend)에 각 Zone 의미, 방폭등급, 기체 그룹 등을 명시한다.
- 층별 도면(지상층, 옥상, 지하층 등)으로 분리하여, 각 층의 방폭구역을 명확히 표현한다.
- 도면의 좌표계·기준점을 정의하여, 현장 치수와 일치되도록 한다.
- 설비 신·증설·배관 변경·환기 설비 보강 등이 발생할 때마다 방폭구역도를 재검토·개정한다.
주의 : 방폭구역도는 인허가 서류 제출용으로만 보관하는 것이 아니라, 현장 안전교육·작업허가 시스템·외부 공사업체 안전관리 등에 상시 활용될 수 있도록 최신본을 유지해야 한다.
9. 방폭구역 재평가가 필요한 주요 트리거
다음과 같은 상황이 발생하면 기존 방폭구역 분류 결과가 더 이상 타당하지 않을 수 있으므로, 재평가를 실시하는 것이 바람직하다.
- 취급 가스 종류 또는 혼합비 변경(예: LPG → LNG, 고위험 독성가스 추가 등)
- 저장·배관 압력 또는 온도 조건 변경으로 누출유량이 달라지는 경우
- 주요 누출원(충전설비, 압력조정실, 기화기 등)의 위치·형상 변경
- 건물 증축, 인접 시설 신·증설, 방풍벽 설치 등으로 환기 조건이 변하는 경우
- 대규모 누출 사고·근접 사고(near miss) 발생 후, 실제 가스 확산 범위가 기존 가정과 달랐던 것이 확인된 경우
재평가 시에는 기존 방폭구역도와 비교하여 변경사항을 명확히 기록하고, 관련자 교육·작업허가 절차까지 일괄 반영하는 것이 중요하다.
FAQ
Q1. 고압가스 시설에서 방폭구역 분류 시 KGS GC101과 KS C IEC 60079-10-1 중 어느 것을 우선 적용해야 하나?
KGS GC101은 국내 고압가스 시설을 대상으로 폭발위험장소 종류 구분과 범위 산정을 구체화한 상세 기준이고, KS C IEC 60079-10-1은 국제적으로 통용되는 일반적인 폭발위험장소 구분 기준이다. 고압가스 시설 인허가·검사 관점에서는 KGS GC101을 기본으로 적용하되, 미비 사항이나 설계의 일관성 확보를 위해 KS C IEC 60079-10-1의 개념과 절차를 병행하여 검토하는 방식이 일반적이다.
Q2. 소규모 실험실에서 고압가스 실린더 한두 본만 사용하는 경우에도 방폭구역을 반드시 설정해야 하나?
실린더 수량이 적더라도, 가스의 종류가 고위험 인화성·독성 가스이고, 실내 공간이 협소하거나 환기가 불충분한 경우에는 폭발위험장소 설정이 필요하다. 실린더 밸브·레귤레이터·호스 연결부는 대표적인 누출원이며, 캐비닛·가스박스의 배기 시스템, 실험실 환기량 등을 고려하여 최소한 국부 Zone 1 또는 Zone 2를 검토하는 것이 안전하다. 다만, 실제 필요 여부와 범위는 해당 기관의 안전관리 규정과 관련 법령·기준에 따라 개별 판단해야 한다.
Q3. 기존 설비는 오래전에 작성된 방폭구역도만 있고, KGS GC101 기반 계산이 되어 있지 않다. 재계산이 반드시 필요한가?
법적으로 일괄적인 재계산 의무가 부과되는 것은 아니지만, 설비 증설·운전 조건 변경·사고 사례 발생 등 위험요인이 변화했다면 KGS GC101과 최신 KS·KOSHA 기준을 기준으로 재평가하는 것이 바람직하다. 특히, 기존에는 일률적인 거리 기준만 적용했던 설비의 경우, 공학적 해석을 통한 재산정으로 과도한 방폭구역 축소 또는 과소 평가된 방폭구역 확대 등 안전성과 경제성을 동시에 개선할 수 있다.
Q4. CFD(전산유체해석)를 이용한 가스 확산 해석이 방폭구역 분류에 필수인가?
일반적인 고압가스 시설에서는 KGS GC101, KS C IEC 60079-10-1, KOSHA Code 등이 제공하는 해석식·그래프·표만으로도 충분한 수준의 방폭구역 설정이 가능하다. 다만, 복잡한 지형·밀집 설비·대형 구조물로 인해 자연환기 패턴이 비직관적인 경우, 또는 고위험 가스를 대량 취급하는 중요 설비에서는 CFD 해석을 수행하여 기준식의 가정이 실제와 크게 다르지 않은지 검증하는 것이 도움이 된다. 이는 법적 의무라기보다는 고도 안전설계 수준을 위한 선택 사항에 가깝다.
Q5. 방폭구역이 겹치는 구역에 서로 다른 가스가 혼재하는 경우 어떻게 평가해야 하나?
여러 종류의 가스가 동일 구역에서 누출될 수 있는 경우, 폭발위험장소 분류는 일반적으로 가장 보수적인 조건을 기준으로 한다. 즉, 폭발하한이 낮거나, 폭발 그룹이 상위(IIC 등)이며, 독성·부식성이 큰 가스를 기준으로 Zone 등급과 위험거리를 결정한다. 설계 단계에서 가능하다면 가스별 설비를 물리적으로 분리하여 방폭구역을 단순화하는 것이 유지보수와 안전관리 측면에서 유리하다.