화염방지기 폭연 과 폭굉의 구분

인라인 화염방지기의 폭연과 폭굉 구분 기준(L/D 비율 기준)을 완벽하게 이해하고 현장에서 올바르게 선택하세요

 

1줄요약
인라인 화염방지기는 배관 길이(L)와 내경(D)의 비율에 따라 폭연방지기(IIA~IIB3: L/D<50, IIC: L/D<30)와 폭굉방지기를 구분하며, 잘못 선택 시 폭발 차단 실패로 이어질 수 있습니다.

 

 

목차

1. 폭연과 폭굉의 정의 및 주요 차이점
2. 폭연방지기와 폭굉방지기의 정의
3. 인라인 화염방지기의 폭연/폭굉 구분 기준(L/D 비율)
4. 가스 그룹별(IIA, IIB, IIC) 구분 기준
5. 현장 적용 시 체크포인트
6. KOSHA 및 KS 기준

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1. 폭연과 폭굉의 정의 및 주요 차이점

폭연(Deflagration)과 폭굉(Detonation)은 모두 가연성 가스 또는 증기의 급격한 연소 현상이지만, 화염 전파 속도와 파괴력에서 근본적인 차이가 있습니다.

구분	폭연(Deflagration)	폭굉(Detonation)
화염 전파 속도	음속 이하(Subsonic)<br>0.1~10 m/s	음속 이상(Supersonic)<br>1,000~3,500 m/s
전파 메커니즘	열전도, 대류, 복사	충격파(Shock Wave)
압력 상승	초기 압력의 10배 이하	초기 압력의 10배 이상
파괴력	상대적으로 낮음	매우 높음
연소 시간	약 1/300초	약 1/10,000초
충격파 발생	발생하지 않음	강한 충격파 동반

 

폭연은 화염이 열전도와 분자 확산에 의해 비교적 느리게 전파되는 반면, 폭굉은 강력한 충격파가 미반응 혼합물을 자연발화온도 이상으로 압축시키면서 초음속으로 전파됩니다. 폭연이 폭굉으로 전이(Deflagration to Detonation Transition, DDT)되는 현상은 긴 배관, 장애물, 난류 등의 조건에서 발생할 수 있습니다.

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2. 폭연방지기와 폭굉방지기의 정의

2-1. 폭연방지기(Deflagration Flame Arrester)

폭연방지기는 음속 이하(subsonic)의 화염 전파를 차단하도록 설계된 화염방지기입니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

 

정의: 폭연방지기는 열전도, 대류, 복사에 의해 음속 미만의 속도로 전파되는 화염을 소염 엘리먼트(Flame Element)를 통해 냉각시켜 차단하는 안전장치입니다.

 

작동 원리:

• 화염이 소염 엘리먼트의 좁은 통로를 통과하면서 열을 빼앗김
• 엘리먼트의 금속 표면에 접촉하면서 화염 온도가 자연발화온도 이하로 냉각
• 냉각된 가스는 통과하지만 화염은 차단됨

적용 조건:

• 짧은 배관 구간(L/D 비율이 기준값 이하)
• 관말단(End-of-Line) 위치
• 대기 폭발 조건

2-2. 폭굉방지기(Detonation Flame Arrester)

폭굉방지기는 음속 이상의(supersonic) 화염 전파와 그에 동반되는 강력한 충격파를 차단하도록 설계된 화염방지기입니다.

 

정의: 폭굉방지기는 충격파를 동반하여 음속 이상의 속도로 전파되는 폭굉파를 견디고 차단할 수 있는 강화된 구조의 화염방지기입니다.

 

작동 원리:

• 폭연방지기와 동일한 소염 원리를 사용하되, 훨씬 강한 압력과 온도를 견딜 수 있는 구조
• 충격파의 강력한 압력(수십~수백 기압)을 견딜 수 있는 두꺼운 하우징
• 더 많은 열을 흡수할 수 있는 대용량 소염 엘리먼트

적용 조건:

• 긴 배관 구간(L/D 비율이 기준값 초과)
• 폭연에서 폭굉으로 전이될 수 있는 조건
• 고압, 고속 유동 조건

2-3. 구조적 차이점

구분	폭연방지기	폭굉방지기
하우징 두께	표준 두께	강화된 두께(1.5~2배)
소염 엘리먼트 용량	표준 용량	대용량(더 많은 열 흡수)
설계 압력	10 bar 이하	20 bar 이상
크기 및 무게	소형, 경량	대형, 중량
가격	상대적으로 저렴	상대적으로 고가
유지보수	용이	더 견고하지만 무거움

 

2-4. 공통점

두 가지 화염방지기 모두 다음의 공통적인 특징을 갖습니다.

1. 양방향 보호: 대부분 양방향 화염 전파를 모두 차단할 수 있도록 설계됨
2. 소염 엘리먼트: 금망, 소결금속, 다공판 등을 사용
3. 내식성 재질: 스테인리스강(SUS316 등) 사용
4. 내열성: 1,000℃ 이상의 고온에서도 변형 없음
5. 압력 손실: 가스 흐름을 허용하되 최소한의 압력 손실만 발생

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3. 인라인 화염방지기의 폭연/폭굉 구분 기준(L/D 비율)

인라인 화염방지기는 배관 중간에 설치되어 화염의 전파를 차단하는 안전장치입니다. EN ISO 16852 국제규격에서는 배관의 길이(L)와 내경(D)의 비율을 기준으로 폭연방지기와 폭굉방지기를 구분합니다.

 

L/D 비율 정의:

• L(Length) = 점화원(Potential Source of Ignition)과 화염방지기 사이의 배관 길이
• D(Diameter) = 점화원과 화염방지기 사이의 배관 내경

핵심 원리: 배관이 길수록(L이 클수록) 화염이 가속되어 폭연에서 폭굉으로 전이될 가능성이 높아집니다. 따라서 L/D 비율이 일정 값을 초과하면 폭굉방지기를 설치해야 합니다.

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4. 가스 그룹별(IIA, IIB, IIC) 구분 기준

가스 그룹은 최대 실험안전간극(MESG, Maximum Experimental Safe Gap)에 따라 분류되며, 그룹별로 폭연/폭굉 구분 기준이 다릅니다.

 

4-1. IEC 가스 그룹 분류

가스 그룹	세부 그룹	대표 가스	MESG 범위	위험도
IIA	IIA1, IIA	프로판(Propane), 부탄(Butane), 메탄(Methane)	MESG > 0.9 mm	낮음
IIB	IIB1, IIB2, IIB3, IIB	에틸렌(Ethylene)	0.5 mm < MESG ≤ 0.9 mm	중간
IIC	IIC	수소(Hydrogen), 아세틸렌(Acetylene)	MESG < 0.5 mm	높음

 

4-2. 폭연/폭굉 구분 기준(L/D 비율)

가스 그룹	폭연(Deflagration) 기준	폭굉(Detonation) 기준
IIA1, IIA, IIB1, IIB2, IIB3	L < 50 × D	L > 50 × D
IIB, IIC	L < 30 × D	L > 30 × D

 

실무 적용 예시:

예시 1: IIA 그룹 가스, DN 50 배관

• 배관 내경(D) = 50 mm
• 폭연 기준: L < 50 × 50 = 2,500 mm (2.5 m)
• 점화원과 화염방지기 사이 거리가 2 m → 인라인 폭연방지기 사용
• 점화원과 화염방지기 사이 거리가 3 m → 인라인 폭굉방지기 사용

예시 2: IIC 그룹 가스(수소), DN 80 배관

• 배관 내경(D) = 80 mm
• 폭연 기준: L < 30 × 80 = 2,400 mm (2.4 m)
• 점화원과 화염방지기 사이 거리가 2 m → 인라인 폭연방지기 사용
• 점화원과 화염방지기 사이 거리가 3 m → 인라인 폭굉방지기 사용

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5. 현장 적용 시 체크포인트

5-1. 화염방지기 선택 절차

1. 가스 종류 확인: 사용하는 가스의 IEC 그룹 분류 확인(IIA, IIB, IIC)
2. 배관 내경(D) 측정: 점화원과 화염방지기 설치 위치 사이의 배관 내경 확인
3. 배관 길이(L) 측정: 점화원과 화염방지기 설치 위치 사이의 직선 배관 길이 측정
4. L/D 비율 계산: L ÷ D 값 계산
5. 화염방지기 형식 결정:
   • IIA~IIB3 그룹: L/D < 50 → 폭연방지기, L/D > 50 → 폭굉방지기
   • IIB~IIC 그룹: L/D < 30 → 폭연방지기, L/D > 30 → 폭굉방지기

5-2. 설치 시 주의사항

1. 점화원 위치 파악: 버너, 히터, 전기 스파크 등 잠재적 점화원의 위치를 정확히 파악합니다
2. 최단 거리 적용: 배관이 굽어 있는 경우에도 배관 중심선을 따라 측정한 실제 길이를 적용합니다
3. 안전 마진 확보: L/D 비율이 경계값에 가까운 경우 폭굉방지기를 선택하는 것이 안전합니다
4. 양방향 보호: 인라인 화염방지기는 일반적으로 양방향 화염 전파를 모두 차단할 수 있도록 설계됩니다
5. 응축수 배출: 편심 설계(Eccentric Design) 제품을 선택하여 응축수가 자동 배출되도록 합니다

5-3. 배관 설계 시 고려사항

체크 항목	설명	비고
배관 길이 최소화	점화원과 화염방지기 사이 거리를 가능한 짧게 설계	L/D 비율 감소 효과
화염방지기 근접 설치	점화원(버너 등) 최대한 가까이 설치	역화 방지
장애물 제거	배관 내 밸브, 엘보우 등 난류 유발 요소 최소화	폭굉 전이 억제
직선 배관 사용	굴곡을 최소화하여 화염 가속 방지	안전성 향상

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6. KOSHA 및 KS 기준

6-1. KOSHA GUIDE P-70-2019 요구사항

한국산업안전보건공단(KOSHA)은 화염방지기 설치 등에 관한 기술지침(P-70-2019)에서 다음을 요구하고 있습니다.

1. 적용 대상:
   • 인화점 60℃ 이하인 인화성 액체
   • 인화점 100℃ 이하이고 저장 온도가 인화점을 초과하는 물질
2. 형식 표시: 화염방지기 제조자는 제품에 다음을 명확히 표시해야 합니다
   • 형식: 관말단(End-of-Line), 관내 폭연(Inline Deflagration), 관내 폭굉(Inline Detonation)
   • 폭발등급: IIA, IIB, IIC
   • 재질, 제조번호, 제조연월, 제조자명
3. 성능 시험: 제조자는 KS B 6845에 따른 성능 시험 결과를 제공해야 합니다

6-2. KS B 6845 화염방지기 규격

한국산업규격 KS B 6845는 화염방지기의 성능 기준을 규정하며, EN ISO 16852 국제규격을 기반으로 합니다.

1. 폭연 시험: IIA, IIB1, IIB2, IIB3, IIB, IIC 그룹에 대한 폭연 차단 성능 검증
2. 폭굉 시험: 장거리 배관에서 발생 가능한 폭굉파 차단 성능 검증
3. 내구성 시험: 장시간 연소(Endurance Burning) 조건에서의 성능 유지 확인

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FAQ

Q1. 폭연방지기와 폭굉방지기의 구조적 차이는 무엇입니까?

A1. 폭굉방지기는 폭연방지기보다 더 높은 압력과 온도를 견딜 수 있도록 설계됩니다. 소염 엘리먼트(Flame Element)의 두께가 더 두껍고, 하우징 재질이 더 강화되며, 더 많은 열을 흡수할 수 있는 구조로 제작됩니다. 일반적으로 폭굉방지기가 폭연방지기보다 크기가 크고 무거우며 가격도 높습니다. 하우징 두께는 약 1.5~2배 더 두껍고, 설계 압력도 폭연방지기의 10 bar 이하에 비해 폭굉방지기는 20 bar 이상으로 설계됩니다.

 

Q2. L/D 비율이 경계값에 정확히 일치하는 경우 어떻게 선택합니까?

A2. 안전을 위해 폭굉방지기를 선택하는 것이 권장됩니다. 예를 들어 IIA 그룹에서 L/D = 50인 경우, 이론적으로는 폭연 조건이지만 실제 현장에서는 난류, 온도 변화 등 다양한 변수가 있으므로 폭굉방지기를 사용하는 것이 안전합니다.

 

Q3. 수소 가스 배관의 경우 특별히 주의할 점이 있습니까?

A3. 수소는 IIC 그룹에 속하는 가장 위험한 가스 중 하나입니다. L/D < 30 기준을 적용하며, 매우 쉽게 점화되고 빠르게 폭굉으로 전이되므로 배관 길이를 최대한 짧게 설계해야 합니다. 또한 수소는 분자 크기가 매우 작아 누출되기 쉬우므로 화염방지기의 소염 엘리먼트 간격이 0.5 mm 미만인 IIC 인증 제품을 반드시 사용해야 합니다.

 

Q4. 기존에 폭연방지기가 설치된 배관을 연장하는 경우 어떻게 해야 합니까?

A4. 배관 연장으로 L 값이 증가하면 L/D 비율이 변경되므로 반드시 재계산이 필요합니다. 연장 후 L/D 비율이 기준값(IIA~IIB3: 50, IIB~IIC: 30)을 초과하면 기존 폭연방지기를 폭굉방지기로 교체하거나, 점화원에 더 가까운 위치에 추가로 화염방지기를 설치해야 합니다.

 

Q5. 관말단 화염방지기(End-of-Line)는 L/D 비율 기준이 적용되지 않습니까?

A5. 관말단 화염방지기는 통기관(Vent) 끝단에 설치되어 대기 중 화염이 내부로 전파되는 것을 막는 장치이므로 L/D 비율 기준이 적용되지 않습니다. 관말단에서는 대기 폭발(Atmospheric Explosion) 조건만 고려하면 되며, 일반적으로 폭연 조건만 발생합니다. 반면 인라인 화염방지기는 밀폐된 배관 내부에서 폭연이 폭굉으로 전이될 수 있으므로 L/D 비율 기준을 반드시 적용해야 합니다.

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출처

한국산업안전보건공단. (2019). 화염방지기 설치 등에 관한 기술지침 (KOSHA GUIDE P-70-2019). 울산: 한국산업안전보건공단.

International Organization for Standardization. (2008). ISO 16852:2008 - Flame arresters - Performance requirements, test methods and limits for use. Geneva: ISO.

한국산업표준. (연도미상). KS B 6845 화염방지기. 서울: 한국표준협회.

춘천소방서. (연도미상). 소방용어집 - 폭굉(detonation). Retrieved from https://js119.gwd.go.kr

춘천소방서. (연도미상). 소방용어집 - 폭연(爆燃)(deflagration). Retrieved from https://js119.gwd.go.kr

PROTEGO®. (연도미상). FA-E Series - superior flame arrestor solutions. Retrieved from https://www.protego.com

PROTEGO®. (연도미상). FA-G Series - Industrial grade safety valves. Retrieved from https://www.protego.com

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