티스토리 뷰
목차
1. 모든 설비에 Fire Case를 적용해야 하는가?
공정설계를 진행하다 보면 PSV(Pressure Safety Valve)의 과압 시나리오를 검토하는 과정에서 한 가지 질문을 마주하게 됩니다.
"외부화재가 발생하면 어느 설비까지 화재에 노출된 것으로 판단해야 할까요?"
공정 플랜트에는 수많은 압력용기, 열교환기, 저장탱크 및 배관이 설치되어 있습니다. 이들 설비는 서로 다른 위치에 배치되어 있으며, 취급하는 유체의 종류와 운전압력, 설계압력도 다릅니다.
그런데 외부화재가 발생하면 해당 화재의 영향을 받는 설비는 내부 유체의 가열, 증발 또는 열팽창으로 인해 압력이 상승할 수 있습니다.
이때 압력이 설비의 허용압력을 초과하지 않도록 PSV를 설치하고, 적절한 방출용량을 확보해야 합니다.
문제는 모든 설비에 동일한 Fire Case를 적용하는 것이 항상 합리적이지는 않다는 점입니다.
예를 들어 서로 인접한 두 개의 압력용기가 동일한 가연성 액체를 취급하고 있다면, 한쪽 설비에서 발생한 액면화재가 다른 설비까지 영향을 미칠 수 있습니다. 반면 충분한 이격거리와 적절한 배유시설, 방화설비가 확보된 설비는 동일한 화재 시나리오로 평가할 필요가 없을 수도 있습니다.
따라서 PSV Fire Case 설계에서는 다음 질문에 답해야 합니다.
-
외부화재의 영향범위를 어디까지 설정할 것인가?
-
어떤 설비를 동일한 화재 시나리오에 포함할 것인가?
-
Fire Zone 내 설비 중 실제로 Fire Case를 적용해야 하는 설비는 무엇인가?
-
해당 설비의 화재 노출 면적은 어떻게 계산할 것인가?
이러한 판단을 체계적으로 수행하기 위한 개념이 바로 Fire Zone입니다.
2. Fire Zone이란 무엇인가?
Fire Zone은 외부화재가 발생했을 때 동일한 화재 시나리오의 영향을 받을 수 있는 설비와 구역을 구분하기 위한 개념입니다.
다만 Fire Zone을 단순히 일정한 반경의 원으로 이해해서는 안 됩니다.
실제 플랜트에서 화재의 영향범위는 다음 요소에 따라 달라질 수 있습니다.
-
가연성 물질의 누출 가능성 및 최대 누출량
-
누출된 액체가 형성하는 Pool Fire의 크기
-
배유 및 배수시설의 유무와 성능
-
설비 간 이격거리
-
방화벽 및 구조물의 배치
-
화재 감지 및 소화설비의 성능
-
설비의 높이와 화재 노출 가능성
즉, Fire Zone은 단순한 기하학적 구획이 아니라 화재 시나리오를 정의하기 위한 공정안전 설계의 기준입니다.


Fire Zone과 PSV Fire Case의 관계
일반적인 설계 검토 과정은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

여기서 중요한 점은 Fire Zone을 선정했다고 해서 해당 구역 내 모든 설비에 동일한 PSV 방출유량을 적용하는 것은 아니라는 것입니다.
Fire Zone은 화재 시나리오의 범위를 설정하는 단계이며, 실제 PSV 방출용량은 각 설비의 유체 상태, 화재 노출 면적 및 열입력 조건을 기반으로 산정해야 합니다.
3. KOSHA GUIDE D-18 — 외부화재 영향범위 선정 기준
국내 PSV 설계에서 참고할 수 있는 대표적인 기술지침은 KOSHA GUIDE D-18-2020 「안전밸브 등의 배출용량 산정 및 설치 등에 관한 기술지침」입니다.
해당 지침의 5.15절에서는 화재 시의 영향범위를 다루고 있습니다.
특히 다음 두 가지 기준이 중요합니다.
3.1 화재 영향범위의 수직 높이
KOSHA GUIDE D-18-2020의 5.15(1)에 따르면, 화재 시에는 지표면으로부터 수직 높이 7.6m까지 화재의 영향을 받는 것으로 가정하여 용기의 내부 액체 접촉면적을 계산하도록 안내하고 있습니다.
단, 타원형 또는 구형 용기의 경우에는 지표면으로부터 최대 수평 직경까지의 높이와 7.6 m 중 큰 값을 적용합니다.
이 기준은 PSV Fire Case에서 접액면적(Wetted Surface Area)을 산정할 때 매우 중요합니다.
예를 들어 지상에 설치된 수직형 압력용기의 액체 높이가 10 m라면, 화재 노출 면적을 계산할 때 전체 액체 접촉면적을 무조건 적용하는 것이 아니라 화재 영향범위에 해당하는 높이를 검토해야 합니다.
다만 이 7.6 m는 모든 화재가 정확히 7.6 m 높이에서 끝난다는 의미가 아닙니다.
이는 표준적인 외부화재 시나리오에서 PSV 요구 방출량을 산정하기 위한 설계상 가정입니다. 실제 제트화재나 특수한 화재 시나리오가 존재한다면 별도의 평가가 필요합니다.
3.2 화재 영향면적 230㎡ ~ 460㎡
KOSHA GUIDE D-18-2020의 5.15(2)는 화재 시 점화원 중심으로부터 230㎡ ~ 460㎡ 이내의 면적이 화재의 영향을 받는 것으로 간주하여 소요 분출량을 계산하도록 제시합니다.
여기서 중요한 점은 230㎡와 460㎡가 각각 다음과 같은 의미를 갖는다는 것입니다.
| 면적 | 설계상 의미 |
| 230㎡ | 배유 및 소화설비가 적절하게 확보된 경우 검토할 수 있는 하한 |
| 460㎡ | 배유 및 소화설비가 충분하지 않은 경우 적용할 수 있는 상한 |
이 면적은 화재가 발생할 수 있는 실제 Pool Fire의 면적을 직접 측정한 값이라기보다, 외부화재의 영향을 받는 범위를 평가하기 위한 설계 기준으로 이해해야 합니다.
특히 460㎡를 모든 프로젝트에서 무조건 적용해야 한다거나, 230㎡를 적용하면 항상 안전하다는 의미는 아닙니다.
그러나, 현실은 녹록치 않습니다. 인허가에 무리 없게 진행하기 위해서는 460㎡으로 검토하시는 게 최선의 방안입니다.
특히, 경험이 부족한 엔지니어라면 큰 값을 적용하시기 바랍니다.
적용 면적은 프로젝트의 설계 기준, 배유 및 소화설비의 성능, 공정 배치 및 화재 시나리오를 종합적으로 검토하여 결정해야 합니다.
4. Fire Zone 면적은 왜 230㎡와 460㎡로 구분하는가?
Fire Zone의 면적을 구분하는 가장 중요한 요인은 화재 확산을 제어할 수 있는 설비가 확보되어 있는지 여부입니다.
대표적으로 배유설비(Drainage System)와 소화설비(Fire Fighting System)가 있습니다.
4.1 적절한 배유설비와 소화설비가 확보된 경우
가연성 액체가 누출되더라도 배유설비를 통해 안전한 장소로 이송되고, 소화설비가 화재를 신속하게 제어할 수 있다면 화재의 확산 가능성을 제한적으로 평가할 수 있습니다.
이 경우 230㎡ 수준의 Fire Zone을 검토할 수 있습니다.
다만, 단순히 배수구가 설치되어 있거나 소화전이 존재한다는 이유만으로 적절한 설비가 확보되었다고 판단해서는 안 됩니다.
KOSHA GUIDE D-18-2020에서 제시하는 적절한 배유설비의 조건은 다음과 같습니다.
- 방유제 및 트렌치를 기준으로 Fire Zone을 구분할 것
-
화재 발생지역에서 누출될 수 있는 최대 가연성 물질과 소방용수를 비위험구역으로 안전하게 이송할 수 있을 것
-
트렌치 위치를 고려하여 지면에 최소 1:100 이상의 경사를 확보할 것
-
배유·배수되는 물질이 정체될 수 있는 웅덩이가 없을 것
-
Remote Impoundment를 설치한 경우 가장 가까운 공정설비와 최소 15 m 이상 이격할 것
-
화재 발생지역 외부에서 관련 설비를 조작할 수 있을 것
이러한 조건들은 화재의 확산을 제한하고, 누출된 가연성 액체가 넓은 면적으로 퍼지는 것을 방지하기 위한 것입니다.
4.2 적절한 배유설비와 소화설비가 확보되지 않은 경우
반대로 누출된 가연성 액체가 주변으로 확산될 수 있고, 화재를 신속하게 제어할 수 있는 설비가 충분하지 않다면 더 넓은 화재 영향범위를 고려해야 합니다.
이 경우 460㎡ 수준의 Fire Zone을 검토할 수 있습니다.
예를 들어 다음과 같은 조건에서는 보수적인 Fire Zone 설정이 필요할 수 있습니다.
-
배유설비의 용량이 최대 누출량을 감당하지 못하는 경우
-
배유경로에 액체가 정체될 수 있는 저점이 존재하는 경우
-
소화설비의 작동 또는 접근성이 확보되지 않은 경우
-
누출된 액체가 인접 설비까지 확산될 가능성이 있는 경우
-
화재 확산을 제한할 수 있는 물리적 경계가 불명확한 경우
여기서 230㎡와 460㎡의 차이는 단순히 면적이 두 배라는 의미가 아닙니다.
화재 확산을 제한할 수 있는 설계적 근거가 충분한지 여부가 Fire Zone 선정의 핵심입니다.
5. Fire Zone을 원형으로 선정하는 방법 — Fire Circle
실제 Plot Plan에서 Fire Zone을 선정할 때는 원형 구역을 사용하는 경우가 많습니다.
이러한 접근을 Fire Circle이라고 부릅니다.
다만 API 521은 Fire Zone의 형상을 반드시 원형으로 제한하지 않습니다. 원형은 공정설비의 배치와 화재 영향범위를 검토하기 위한 실무적인 단순화 방법입니다.
원형 Fire Zone을 가정하면 면적과 반경의 관계는 다음과 같습니다.
\[ A=\pi r^2 \]
따라서 Fire Zone의 반경은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
\[ r=\sqrt{\frac{A}{\pi}} \]
5.1 230㎡ Fire Zone의 반경
따라서 원형으로 가정할 경우 직경은 다음과 같습니다.
\[ D=2r=17.12\ \mathrm{m} \]
5.2 460㎡ Fire Zone의 반경
직경은 다음과 같습니다.
\[ D=2r=24.19\ \mathrm{m} \]

| Fire Zone 면적 | 원형 반경 | 원형 직경 |
| 230㎡ | 8.56 m | 17.12 m |
| 460㎡ | 12.10 m | 24.19 m |
이 계산은 Fire Zone의 면적을 원형으로 단순화했을 때의 기하학적 결과입니다.
실제 설계에서는 원형 반경만으로 설비의 화재 노출 여부를 결정해서는 안 됩니다.
예를 들어 화재 발생원에서 10 m 떨어진 설비가 원형 Fire Zone의 경계 안에 있다고 하더라도, 해당 설비가 방화벽으로 분리되어 있거나 누출된 액체가 도달할 수 없는 위치라면 별도의 공학적 판단이 필요합니다.
반대로 원형 Fire Zone의 경계 밖에 있는 설비라도 배유경로를 따라 가연성 액체가 확산될 수 있다면 추가적인 화재 시나리오 검토가 필요할 수 있습니다.
따라서 Fire Circle은 설계 검토의 출발점이며, 최종 Fire Zone은 Plot Plan과 배유계획을 함께 검토하여 결정해야 합니다.
6. Fire Zone 선정 시 설비 포함 여부를 판단하는 기준
Fire Zone을 선정할 때는 단순히 설비 중심점이 원 내부에 있는지만 판단하는 방식은 적절하지 않습니다.
실무에서는 설비의 위치, 높이, 화재 노출 가능성 및 화재 확산 경로를 종합적으로 검토해야 합니다.
6.1 설비가 Fire Zone 내부에 위치하는 경우
설비가 Fire Zone 내부에 위치하고, 화재 노출 가능성이 있다면 Fire Case 검토 대상에 포함하는 것이 일반적인 접근입니다.
이때 설비 전체가 Zone 내부에 포함되는지, 일부만 포함되는지에 따라 접액면적 계산이 달라질 수 있습니다.
다만 PSV 방출용량 산정 시에는 해당 설비의 화재 영향범위 내 접액면적을 기반으로 계산해야 합니다.
6.2 설비가 Fire Zone 경계에 걸쳐 있는 경우
Fire Zone의 경계에 걸쳐 있는 설비는 특히 주의해야 합니다.
예를 들어 수평형 압력용기가 Fire Zone의 경계에 걸쳐 있다고 가정하겠습니다.
설비의 일부가 원형 Zone 내부에 있고 나머지가 외부에 있다고 해서 내부에 포함된 부분만 단순히 계산하는 것은 적절하지 않을 수 있습니다.
Fire Zone 내 화재가 설비의 일부를 노출시키는 시나리오가 성립한다면, 설비의 화재 노출 범위와 내부 액체 접촉면적을 검토해야 합니다.
또한 설비의 형상, 화재의 위치 및 열전달 조건을 고려하여 설비 전체 또는 일부를 화재 노출 대상으로 평가할 수 있습니다.
6.3 설비가 Fire Zone 외부에 위치하는 경우
설비가 Fire Zone 외부에 있다고 해서 항상 외부화재의 영향을 받지 않는 것은 아닙니다.
특히 다음 조건에서는 별도의 검토가 필요합니다.
-
설비가 화재원과 인접한 경우
-
누출된 가연성 액체가 설비 주변으로 확산될 수 있는 경우
-
설비가 동일한 배유구역에 포함되는 경우
-
화재가 발생할 수 있는 플랫폼이나 구조물이 존재하는 경우
-
설비 사이에 화재 확산을 제한할 수 있는 물리적 경계가 없는 경우
따라서 Fire Zone 경계는 설비 배치도상의 거리만으로 확정하기보다, 화재 발생 가능성과 확산 경로를 고려하여 결정해야 합니다.
7. Fire Zone과 Wetted Surface Area의 관계
Fire Zone 선정 이후에는 PSV의 Fire Case 방출용량을 계산하기 위해 Wetted Surface Area를 산정해야 합니다.
Wetted Surface Area는 화재 시 설비 내부 액체와 접촉하고 있는 용기 벽면의 면적을 의미합니다.
이 면적이 중요한 이유는 외부화재로 인해 설비가 흡수하는 열량이 접액면적에 영향을 받기 때문입니다.
KOSHA GUIDE D-18-2020에서는 외부화재에 노출된 설비의 접액면적을 산정할 때 화재 영향범위를 고려하도록 안내하고 있습니다.
7.1 수직형 압력용기
수직형 압력용기는 일반적으로 Shell과 Head의 접액면적을 구분하여 계산합니다.
화재 영향범위 내에서 내부 액체와 접촉하는 Shell 면적은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
\[ A_{ws,\mathrm{shell}}=\pi D H_w \]
여기서,
-
\(D\): 용기 내경 또는 적용하는 계산 직경(m)
-
\(H_w\): 화재 영향범위 내 유효 접액 높이(m)
다만 실제 계산에서는 정상 액위, 설비 형상, 화재 영향범위 및 Head 형상을 고려해야 합니다.
7.2 수평형 압력용기
수평형 압력용기는 액위에 따라 접액면적이 달라집니다.
따라서 단순히 용기의 전체 외부 표면적을 적용하는 것이 아니라, 내부 액체가 접촉하는 부분의 면적을 산정해야 합니다.
특히 수평형 용기는 화재 영향범위 내 액위와 용기 직경의 관계에 따라 접액면적 계산이 달라질 수 있으므로, 형상에 따른 기하학적 계산이 필요합니다.
7.3 접액면적과 Fire Zone 면적은 서로 다른 개념
이 부분은 실무에서 혼동하기 쉬운 사항입니다.
Fire Zone 면적은 화재의 영향을 받는 구역을 정의하는 면적입니다.
반면 Wetted Surface Area는 개별 설비에서 외부화재로 인해 열이 전달되는 접액면적입니다.
즉,
\[ A_{\mathrm{Fire\ Zone}}\ne A_{ws} \]
Fire Zone이 460㎡라고 해서 PSV 계산에 460㎡를 직접 입력하는 것은 잘못된 접근입니다.
Fire Zone은 설비의 화재 노출 여부를 판단하는 데 사용하고, 실제 PSV 방출용량 계산에는 해당 설비의 접액면적을 사용해야 합니다.
8. 외부화재에 의한 PSV Required Relief Load 계산
Fire Zone 내에서 화재 노출 대상으로 선정된 설비는 외부화재에 의한 열입력량을 계산하고, 이를 기반으로 PSV의 요구 방출량을 산정합니다.
여기서는 액체를 포함하는 압력용기가 개방 액면화재(Open Pool Fire)에 노출되는 경우를 기준으로 설명하겠습니다.
8.1 화재에 의한 총 열입력량
KOSHA GUIDE D-18-2020에서는 외부화재 시 적절한 배유설비 및 소화설비의 유무에 따라 열입력량 산정식을 구분합니다.
적절한 배유설비와 소화설비가 확보된 경우:
\[Q=37{,}100FA_{ws}^{0.82}\]
적절한 배유설비와 소화설비가 확보되지 않은 경우:
\[Q=61 {,}000FA_{ws}^{0.82}\]
여기서,
| 기호 | 의미 | 단위 |
| \(Q\) | 총 열입력량 | kcal/h |
| \(F\) | 환경인자(Environmental Factor) | - |
| \(A_{ws}\) | 내부 액체 접촉면적 | m² |
두 식의 차이는 화재에 의한 열입력량을 평가할 때 배유 및 소화설비의 성능을 반영한다는 점입니다.
참고로 위 식의 계수는 KOSHA GUIDE D-18-2020의 단위계에 따른 값입니다. API 521의 SI 단위식과 비교할 때는 열량 단위 및 상수를 혼용하지 않도록 주의해야 합니다.
8.2 요구 방출량 계산
액체를 포함하는 용기가 외부화재에 노출되면 내부 액체가 열을 흡수하고 증발할 수 있습니다.
이때 PSV가 방출해야 하는 요구 유량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
\[W=\frac {Q}{\lambda}\]
여기서,
- \(W\): 요구 방출량(kg/h)
- \(Q\): 총 열입력량(kcal/h)
- \(\lambda\): 증발잠열(kcal/kg)
이 식은 화재에 의한 열입력이 내부 액체의 증발에 사용된다는 기본적인 에너지수지 관계입니다.
단, 실제 설계에서는 유체의 열역학적 특성, Relief Pressure에서의 증발잠열, 다성분 혼합물의 거동 및 적용 가능한 설계기준을 고려해야 합니다.
9. Fire Zone 선정 시 실무에서 주의해야 할 사항
9.1 Fire Zone을 무조건 원형으로 적용하지 않는다
Fire Circle은 편리한 검토 방법이지만 실제 플랜트의 화재 확산 경로를 완벽하게 표현하지는 못합니다.
특히 방유제, 트렌치, 배유구역 및 플랫폼의 배치가 복잡한 경우에는 원형 Zone보다 실제 배유 및 화재 확산 경로를 고려한 구획이 더 합리적일 수 있습니다.
API 521 역시 Fire Zone의 형상을 특정한 원형으로 제한하는 방식은 아닙니다.
9.2 230㎡를 적용하기 위한 근거가 필요하다
230㎡를 적용하는 것은 단순히 PSV의 방출용량을 줄이기 위한 선택이 아닙니다.
적절한 배유설비와 소화설비가 확보되어 있다는 공학적 근거가 필요합니다.
따라서 Fire Zone 선정 시에는 다음 자료를 함께 검토하는 것이 좋습니다.
- Plot Plan
- Drainage Plan
- Fire Water System
- Fire Fighting Equipment Layout
- Equipment Layout
- Hazardous Area Classification
- Fire Protection Philosophy
9.3 Fire Zone 내 모든 PSV의 방출량을 단순 합산하지 않는다
Fire Zone 내에 여러 개의 PSV가 설치되어 있다고 해서 모든 PSV의 요구 방출량을 무조건 합산하는 것은 아닙니다.
각 설비의 과압 시나리오와 연결된 압력방출 경로를 검토해야 합니다.
특히 동일한 화재 시나리오에서 여러 PSV가 동시에 방출할 가능성이 있는지, 공통 Flare System으로 연결되어 있는지, 그리고 각 설비가 동일한 Fire Zone에 포함되는지를 확인해야 합니다.
이러한 검토는 Flare Load Summary 및 Flare Header 설계와 직접적으로 연결됩니다.
9.4 제트화재는 일반적인 Pool Fire와 구분해야 한다
외부화재는 크게 Open Pool Fire, Confined Pool Fire 및 Jet Fire로 구분할 수 있습니다.
API 521은 이들 화재의 열적 특성과 설비에 미치는 영향을 구분하여 다룹니다. 특히 제트화재는 국소적인 고열유속으로 설비 벽면을 빠르게 가열할 수 있어 일반적인 PSV 방출용량 계산만으로 충분한 보호가 이루어지지 않을 수 있습니다.
따라서 제트화재 가능성이 존재하는 경우에는 다음과 같은 추가적인 보호수단을 검토해야 합니다.
- Emergency Shutdown 및 누출원 격리
- Depressurization System
- Passive Fire Protection
- 설비 재질 및 내화성 검토
- 화재 시 설비의 기계적 건전성 평가
10. Fire Zone 선정 기준 요약
PSV 외부화재 Case를 검토할 때 Fire Zone 선정 기준은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.
| 검토 항목 | 주요 기준 |
| 기본 기술지침 | KOSHA GUIDE D-18 |
| 대표적인 국제 표준 | API 521 |
| 화재 영향 수직 높이 | 지표면 기준 7.5 m |
| Fire Zone 면적 | 230㎡ ~ 460㎡ |
| 230㎡ 적용 검토 | 적절한 배유 및 소화설비 확보 |
| 460㎡ 적용 검토 | 배유 및 소화설비가 충분하지 않은 경우 |
| Fire Zone 형상 | 원형은 실무적 단순화 방법이며 실제 배치 고려 |
| PSV Fire Case | 설비별 화재 노출 여부와 접액면적 검토 |
| Required Relief Load | 화재 열입력량과 유체의 증발잠열을 기반으로 계산 |
11. Fire Zone은 면적보다 화재 시나리오가 중요하다
PSV 외부화재 Case 설계에서 Fire Zone은 단순히 일정한 반경으로 구획하는 작업이 아닙니다.
Fire Zone을 선정한다는 것은 화재가 발생했을 때 어떤 설비가 동시에 영향을 받을 수 있는지, 그리고 해당 설비의 압력방출장치가 어떤 화재 시나리오를 보호해야 하는지를 정의하는 과정입니다.
KOSHA GUIDE D-18-2020에서는 화재 영향범위의 수직 높이와 230㎡ ~ 460㎡의 화재 영향면적을 제시하고 있습니다.
그러나 이 기준을 적용할 때는 배유설비와 소화설비의 성능, 실제 공정 배치, 화재 확산 가능성 및 설비별 접액면적을 함께 검토해야 합니다.
특히 Fire Zone 면적과 Wetted Surface Area를 혼동하지 않는 것이 중요합니다.
Fire Zone은 화재 노출 설비를 식별하는 기준이며, PSV Required Relief Load는 개별 설비의 열입력량과 유체 특성을 기반으로 계산해야 합니다.
결국 합리적인 Fire Zone 선정은 PSV 방출용량의 과도한 산정과 부족한 보호설계를 모두 방지하기 위한 공정안전 설계의 출발점이라고 할 수 있습니다.
'제조&기술 실무노트' 카테고리의 다른 글
| Equipment List 읽는 법: 10″ Sch 40S와 250 mm ID는 왜 다를까? (0) | 2026.10.30 |
|---|---|
| S&T 열교환기에서 공정유체는 어디로 흘려야 할까? Shell Side와 Tube Side 선정 기준 (0) | 2026.10.24 |
| Cleanroom이란 무엇인가? 반도체·제약 플랜트의 청정도 관리와 설계 원리 (0) | 2026.10.22 |
| 방폭이란 무엇인가? 원리부터 방폭구역 구분, 설비 선정 기준까지 (0) | 2026.10.19 |
| AIGA Code, EIGA Code란 무엇인가? 산업용 특수가스 플랜트 설계와 안전 기준 이해하기 (0) | 2026.10.17 |