화재 위험물 저장 및 취급시설의 방폭 설계 기준

 

화재 위험성이 높은 위험물 저장 및 취급시설은 설계 단계부터 철저한 방폭 개념이 반영되어야 한다. 방폭 설계란, 폭발성 가연성 가스나 증기, 분진 등이 존재할 가능성이 있는 장소에서 전기 또는 기계적 장비 등이 점화원이 되어 폭발 사고를 일으키지 않도록 하는 기술적 조치를 의미한다.

국내에서는 산업안전보건법, 위험물안전관리법, 한국전기설비규정(KEC) 등의 법령을 기반으로 하여 방폭설계를 수행하게 되며, 국제적으로는 IEC 60079, NFPA 70(NEC), API 등 글로벌 기준도 적용된다. 본문에서는 위험물 저장·취급시설에서 적용되는 방폭 구역의 분류, 전기설비의 설치 기준, 구조적 방폭설계, 안전거리 설정 및 환기 시스템 구축 등 실무에서 반드시 고려되어야 할 핵심 설계 기준에 대해 상세히 기술한다.

 

방폭 구역 분류와 위험도에 따른 설계 방향

방폭 설계의 가장 기본이 되는 사항은 해당 시설 내 각 구역을 위험도에 따라 구분하는 것이다. 일반적으로 가연성 가스, 증기 또는 분진이 존재할 가능성에 따라 Zone 0, Zone 1, Zone 2로 분류되며, 이는 IEC 기준 및 국내 KOSHA Guide에서도 동일하게 적용된다.

 

Zone 0: 정상 운전 시에 항상 또는 장시간 동안 폭발성 분위기가 존재하는 장소로, 유류 탱크 내부와 같은 장소가 해당된다.

Zone 1: 정상 운전 중에 폭발성 가스가 가끔 존재할 수 있는 장소로, 펌프 주변이나 밸브 개폐 부위가 대표적이다.

Zone 2: 정상 운전에서는 폭발성 분위기가 존재하지 않지만, 고장이나 사고 등 비정상 조건 시 잠시 발생할 수 있는 장소이다.

 

이러한 구역 분류에 따라 사용 가능한 전기설비 및 구조가 달라진다. 예를 들어, Zone 0에는 본질안전방폭(Ex i)만을 허용하고, Zone 1은 내압방폭(Ex d) 또는 압력방폭(Ex p)을 허용할 수 있다. 따라서 각 구역의 특성을 면밀히 검토하고 그에 맞는 방폭장비를 설치하는 것이 필수적이다.

 

전기설비 및 기계설비의 방폭 구조와 설치 기준

위험물 저장소 및 이송 라인, 펌프실 등에는 다양한 전기설비 및 기계설비가 존재하며, 이들은 잠재적인 점화원이 될 수 있다. 전기설비의 경우, 방폭구조는 일반적으로 내압방폭(Ex d), 유입방폭(Ex o), 압력방폭(Ex p), 몰드방폭(Ex m), 본질안전방폭(Ex i) 등이 있으며, 장비의 방폭등급(Temperature Class, Group IIA, IIB, IIC 등)에 따라 적절한 기기를 선택해야 한다. 내압방폭 구조의 장비는 외부에서 발생한 폭발성 가스가 내부로 유입되지 않도록 튼튼한 금속 케이스로 밀봉되어 있으며, 점화가 내부에서 발생하더라도 외부로 전파되지 않도록 설계된다.

한편, 기계설비의 경우에도 회전축의 열 발생이나 마찰, 스파크 등이 점화원이 될 수 있으므로 축 베어링 온도 감지기, 폭발방지 플레이트, 스파크 방지 커버 등의 방폭장치가 요구된다. 또한 정전기 방지를 위한 접지 설비, 방폭등, 방폭 팬 등 부가적 방폭설비도 함께 고려되어야 한다. 전선관 및 케이블트레이도 방폭기준에 부합되는 자재로 구성되어야 하며, 금속 도체의 노출로 인한 아크 발생을 방지하기 위한 차폐 조치가 병행되어야 한다.

 

구조적 설계, 환기 시스템, 안전거리 확보의 중요성

화재 및 폭발 위험이 존재하는 시설에서는 사고 예방을 위한 기술적 방안으로 방폭 구조 설계, 환기 시스템 설치, 적절한 안전거리 확보가 핵심적으로 요구된다. 이는 단순한 설계요소가 아닌, 생명과 직결되는 중요한 안전기준으로 작용한다. 특히 위험물 저장·취급시설과 같은 고위험 장소에서는 가연성 가스, 인화성 액체 증기, 분진 등 폭발성 분위기가 형성될 수 있으므로, 화재나 폭발이 발생하더라도 그 영향을 최소화하고 주변으로의 확산을 방지할 수 있도록 구조적 차원의 대비가 필요하다. 구조물의 형식, 내압 성능, 피난동선의 확보는 물론 사고 발생 시 폭발 압력을 제어하거나 방출할 수 있는 기능적 구조까지 포함되어야 한다.

 

먼저, 구조적 설계에서 가장 중요한 요소는 방폭 구조물의 적용이다. 위험물 저장소나 작업장은 외부 충격이나 내부 압력 상승에 견딜 수 있는 내압벽, 내화벽, 방폭패널, 폭발 방출구 등을 설치하여 구조물이 폭발 시 무너지는 것을 방지하고, 에너지가 외부로 안전하게 분산되도록 설계한다. 폭발 방출구는 일정 압력이 내부에서 발생하면 자동으로 열리며, 폭발의 방향을 제어하여 인명 및 시설의 피해를 최소화한다. 또한 내부의 천장은 무너짐을 방지하기 위한 내구성 있는 자재로 시공하며, 창문이나 개구부는 파편이 튀지 않도록 강화유리 또는 방폭 전용 구조물을 사용해야 한다. 전기 또는 기계설비는 모두 방폭 구조를 채택해야 하며, 특히 가연성 물질과 인접한 위치에는 방폭등, 방폭 콘센트, 내화 케이블 등을 활용해 2차 사고를 방지한다.

 

이와 함께 환기 시스템의 구축은 방폭 설계에서 매우 중요한 비중을 차지한다. 환기 시스템은 폭발성 가스나 인화성 증기의 축적을 방지하고, 공기 중 농도가 폭발 한계 이하로 유지되도록 도와준다. 특히 액체 위험물의 저장소에서는 자연환기만으로는 부족하기 때문에 기계식 환기장치를 병행하여 설치해야 하며, 하루 평균 몇 회의 공기교환이 필요한지에 대한 환기횟수(air change rate)를 설계 단계에서 면밀히 검토해야 한다. 위험물 저장소의 하부에는 무거운 가스가 체류할 수 있기 때문에 지면과 가까운 위치에 흡기구 및 배기구를 설치하고, 이를 통해 지속적인 공기 순환을 유도한다. 또한 가연성 가스 누출 시 자동으로 작동하는 가스감지기 연동 환기시스템을 구축해 비상상황에 신속하게 대응할 수 있도록 설계한다. 환기구의 위치는 인접 구역으로 유해 가스가 유입되지 않도록 외부 배기 방향 및 거리까지 고려되어야 하며, 풍향, 건물 배치, 배기 풍량 등 주변 환경조건도 반영되어야 한다.

 

마지막으로 안전거리 확보는 인근 건축물, 작업자, 주요 설비 등을 보호하기 위한 필수적인 물리적 조치이다. 위험물 저장소와 일반 작업공간, 도로, 인근 건축물 간에는 최소한의 이격거리를 확보해야 하며, 이 거리 기준은 위험물의 종류, 저장량, 점화 위험성 등을 종합적으로 고려해 산정된다. 예를 들어, 위험물안전관리법에서는 제1류부터 제6류까지 위험물의 종류에 따라 저장 용기 간, 저장소와 건물 간, 저장소와 도로 간의 법정 이격거리를 명시하고 있으며, 고압가스보관시설 및 정유 저장탱크 등 특수 설비에 대해서는 15m에서 최대 50m 이상의 이격을 요구하기도 한다. 이외에도 NFPA(미국 소방협회), API(미국 석유협회), ISO 등 해외 기준에서도 유사하게 안전거리를 엄격히 적용하고 있다. 이격거리는 단순히 공간을 두는 것이 아니라, 화염이나 폭발 충격파의 직접적인 전달을 차단하고, 유사시 피난로 확보 및 소방차량 진입로 확보 등의 부수적인 기능도 수행한다.

결론 

화재 위험물이 저장되고 취급되는 장소는 화재 뿐 아니라 폭발 사고의 위험성이 높기 때문에 방폭 설계는 단순한 기술적 선택이 아닌 필수적 안전 대책이다. 특히 최근 대형 물류창고, 화학공장, 제약 및 반도체 생산시설 등 고위험 산업시설의 증가로 인해 방폭 설계의 중요성은 더욱 부각되고 있다. 따라서 설계자는 각종 국내외 법령 및 기준에 기반하여 방폭 구역 분류부터 구조물 설계, 전기설비의 적합성 판단, 환기 및 감시 시스템 구성까지 총체적인 접근을 해야 하며, 이 모든 요소는 정기적인 점검 및 유지관리 계획과 병행되어야만 그 효과를 지속할 수 있다.

향후에는 AI 기반 가스농도 감지 시스템, 스마트 방폭 모듈 등 기술의 발전과 함께 보다 정밀하고 자동화된 방폭설계가 도입될 것으로 기대된다. 이처럼 방폭 설계는 단순한 ‘방지’를 넘어 근본적인 위험 요소를 통제하고, 안전한 산업 환경을 구축하는 핵심 전략임을 잊지 말아야 한다.