혼합가스 폭발한계(LEL/UEL) 계산기

LEL(폭발하한계)은 공기 중 가연성 가스 농도가 최소한 이 값 이상이어야 폭발이 가능한 하한 농도(vol%)이고, UEL(폭발상한계)은 이 값을 초과하면 산소 부족으로 오히려 폭발이 일어나지 않는 상한 농도입니다. LEL~UEL 사이가 폭발 범위(가연 범위)이며, 이 구간 내에서 점화원이 있으면 폭발이 일어납니다. 프로판은 LEL 2.1% / UEL 9.5%, 수소는 LEL 4% / UEL 75%로 수소의 폭발 범위가 훨씬 넓습니다.

혼합 가스의 LEL_mix = C_total / Σ(Ci / LELi), UEL_mix = C_total / Σ(Ci / UELi)로 계산합니다. Ci는 각 가연성 성분의 농도(vol%), C_total은 가연성 성분 합계입니다. 이 공식은 각 성분이 독립적으로 거동한다고 가정하므로, 성분 간 반응이 있거나 불활성 가스가 섞인 경우에는 오차가 커집니다. 불활성 가스(N2, CO2)가 포함된 경우 혼합 LEL은 계산값보다 높아지는 경향이 있습니다.

%LEL = (현재 농도 / 혼합 LEL) × 100입니다. 가스 감지기의 경보 설정은 일반적으로 25%LEL(1차 경보)과 50%LEL(2차 경보, 대피)로 설정합니다. OSHA, NFPA 등 국제 기준도 25%LEL을 경보 기준으로 권고합니다. 100%LEL에 도달하면 폭발 위험 구역 진입이며 즉각 대피·환기·점화원 차단이 필요합니다.

가연성 가스 체류 빈도와 지속 시간에 따라 위험 구역을 분류합니다. IEC 기준: Zone 0(폭발 혼합물 상시 체류), Zone 1(정상 운전 중 간헐적 체류), Zone 2(이상 시에만 체류). NEC 기준: Division 1(Zone 0+1), Division 2(Zone 2). 한국은 KS C IEC 60079 기준을 적용하며, 방폭 구역에는 해당 Zone에 적합한 방폭 등급의 전기기기만 사용해야 합니다.

네. 온도가 높아지면 LEL은 낮아지고 UEL은 높아져 폭발 범위가 넓어집니다. 압력이 높아지면 UEL은 크게 증가하고 LEL은 소폭 낮아집니다. 수분(습도)은 일부 가스에서 LEL을 높이는 효과가 있습니다. 본 도구의 LEL/UEL 값은 25°C, 1atm 표준 조건 기준이며, 고온·고압 공정에서는 별도 보정이 필요합니다.

르샤틀리에 식은 가연성 성분만을 대상으로 하며, 불활성 가스는 산소 농도를 희석시켜 실제 LEL을 높이고 UEL을 낮추는 효과(불활성화, Inerting)를 냅니다. 따라서 불활성 가스가 포함된 혼합 가스에서 본 도구의 계산값은 실제보다 LEL이 낮게(위험 쪽으로 보수적으로) 나올 수 있어 엔지니어링 관점에서는 보수적 추정에 해당합니다. 정밀 계산은 전문 소프트웨어(PHAST, SAFETI 등) 또는 실험 데이터를 사용하십시오.

가스 종류에 맞는 감지 원리(촉매연소식: CH4·HC류 일반, 적외선식: CO2 포함 혼합가스, 전기화학식: CO·H2S 등)를 선택합니다. 설치 위치는 가스 비중에 따라 공기보다 무거우면(LPG, 헥산 등) 바닥 근처, 공기보다 가벼우면(CH4, H2) 천장 부근에 설치합니다. 정기 교정(6개월~1년)과 기능 점검이 필수이며, 방폭 인증(KCs, ATEX 등) 제품을 사용해야 합니다.

HAZOP(위험과 운전성 검토)은 공정 편차(과압·과온·역류·누설 등)에 대한 체계적 위험성 평가 기법입니다. LEL/UEL 계산 결과는 HAZOP의 "폭발 가능 혼합 형성" 시나리오의 정량적 근거 자료로 활용할 수 있습니다. HAZOP 체크리스트 도구와 연계해 누설 시나리오별 폭발 위험도를 사전에 평가하고, 안전 계장 시스템(SIS) 설계 기준으로 사용하십시오.