압력 방폭 구조를 적용한 선박용 Gas Control Valve Unit Enclosure의 IECEx 인증 절차 및 안전성 평가

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In marine gas fuel supply systems, the Gas Control Valve Unit (GVU) is a critical component that controls the supply and shut-off of gaseous fuel between the fuel storage tank and the engine. As GVUs are installed in hazardous areas where flammable gases may be present, explosion-proof certification is required in accordance with industrial safety standards. However, in current marine industry practice, GVUs are often commercialized without obtaining officially recognized explosion-proof certification, instead relying on designs that merely mimic flameproof enclosures due to cost constraints. This practice poses a potential risk to the safety of ship operations. To address this issue, this study applies a pressurized explosion-proof (Ex p) structure to a marine GVU enclosure and conducts a safety evaluation through the IECEx international explosion-proof certification process. Based on the IEC 60079 series standards, hazardous area classification and the corresponding explosion-protection level were determined, and the methods for pressure maintenance and protective gas supply were reviewed. On this basis, the suitability of the pressurized explosion-proof structure for the GVU enclosure was verified. Pressurization tests were performed to evaluate protective gas supply, maintenance of the minimum internal enclosure pressure, permissible leakage criteria, and purging operation time. These tests confirmed that, under normal operating conditions, the maintained internal pressure prevents the ingress of external explosive gases and that any internal leaked gas is properly ventilated. As a result, the proposed GVU enclosure successfully obtained IECEx international explosion-proof certification with a rating of Ex pxb IIC T4 Gb, demonstrating its applicability in Zone 1 hazardous areas and verifying its certified safety in accordance with international standards. In addition, the pressurized explosion-proof structure was granted a patent, recognizing its technological originality and industrial applicability. This study is significant in that it presents a practical case covering the entire process from the application of a pressurized explosion-proof structure to the acquisition of IECEx international certification for a marine gas fuel control device, rather than remaining at a purely theoretical level. By moving beyond conventional non-certified explosion-proof design practices, this research proposes a new explosion-proof design approach for marine GVU enclosures that complies with international safety standards and is expected to serve as a technical foundation for improving the safety of future marine explosion-protection systems.

국문 초록 (Abstract)

선박 가스 연료 공급 시스템에서 Gas Control Valve Unit(GVU)은 연료 저장 탱크와 엔진 사이에서 가스 연료의 공급 및 차단을 제어하는 핵심 장치이며 가연성 가스가 존재할 수 있는 폭발 위험장소에 설치된다. 이러한 환경 때문에 GVU는 산업 안전 보건기준에 따라 방폭 인증이 요구되지만, 실제 선박 산업에서는 비용적인 문제로 인해 내압방폭구조를 외형적으로 모사한 설계를 적용할 뿐 공인된 방폭 인증을 정식으로 획득하지 않은 채 상용화하고 있다. 이는 선박 운용 안전성에 잠재적인 위험 요소로 작용한다. 본 연구에서는 이에 대한 방안으로 선박용 GVU Enclosure에 압력 방폭 구조를 적용하고, 해당 구조에 대해 IECEx 국제 방폭 인증 절차를 통한 안전성 평가를 수행하였다. IEC 60079 시리즈 방폭 규정을 기준으로 폭발 위험장소 분류와 그에 해당하는 방폭 등급을 결정하고 압력 유지 방법 및 보호 가스 공급 방식을 검토하였으며, 이를 토대로 GVU Enclosure의 압력 방폭 구조 적합성을 검증하였다. 압력 방폭 시험으로 보호가스 공급, 외함 내부 최소 압력 유지, 누설 허용 기준, 퍼징(Purging) 가동 시간을 측정하는 테스트를 진행했고, 이를 통해 정상 운전 조건에서 내부 압력에 의해 외부 폭발성 가스의 유입이 차단되는지와 내부 누설 가스가 정상적으로 환기되는지 확인하였다. 결과적으로 본 연구에서 제안한 GVU Enclosure는 Ex pxb IIC T4 Gb 등급의 IECEx 국제 방폭 인증을 획득하였으며, Zone 1 폭발 위험장소에서의 적용 가능성을 보여줌으로써 국제 기준에 따라 공인된 안전성을 입증했다. 또한 해당 압력 방폭 구조에 대한 특허 등록을 통해 기술적 독창성과 산업적 활용 가능성을 인정받았다. 본 연구는 선박용 가스 연료 제어 장치에 대해 압력 방폭 구조 적용부터 IECEx 국제 방폭 인증 획득에 이르는 전 과정을 이론에 그치지 않고 실제 사례를 제시하였다는 점에서 의의가 있다. 이를 통해 기존의 비인증 방폭 설계 관행에서 벗어나, 국제 안전 기준에 부합하는 선박용 GVU Enclosure의 새로운 방폭 설계 방안을 제시하였으며, 향후 선박 방폭 시스템의 안전성 향상을 위한 기술적 토대로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• List of Tables·ⅲ
• List of Figures·ⅳ
• Abstract·ⅴ
• 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 3
• 2. 방폭에 관한 이론적 고찰 5
• 2.1 방폭의 기본 개념 5
• 2.1.1 폭발의 기본 원리· 5
• 2.1.2 폭발 위험장소 분류 6
• 2.1.3 방폭 구조의 종류 10
• 2.1.4 방폭 인증 제도 15
• 2.2 IECEx 국제 방폭 인증 17
• 2.2.1 IECEx 방폭 인증 개요 17
• 2.2.2 IECEx 방폭 인증 표기 해석 18
• 2.2.3 IECEx 방폭 규격· 20
• 2.3 압력 방폭 구조 22
• 2.3.1 압력 방폭 구조의 구성 원리 22
• 2.3.2 압력 방폭 보호가스 결정 22
• 2.3.3 압력 방폭 보호 등급 결정· 23
• 3. GVU Enclosure의 IECEx 인증 절차 및 방법 25
• 3.1 압력 방폭 구조가 적용된 GVU Enclosure 구성 및 작동 원리 25
• 3.1.1 GVU 구성 및 작동 원리 25
• 3.1.2 GVU Enclosure 설계 26
• 3.1.3 GVU Enclosure 압력 방폭 구조 적용 27
• 3.2 압력 방폭 시험을 위한 기술 문서 및 적용 요건 29
• 3.2.1 사용 설명서 요구 사항· 29
• 3.2.2 도면 표기 요구 사항 31
• 3.2.3 기타 기술 문서 요구 사항· 44
• 3.3 압력 방폭 시험 신청 46
• 4. GVU Enclosure의 IECEx 인증 평가 및 결과 49
• 4.1 압력 방폭 시험 수행 49
• 4.1.1 압력 방폭 시험 사전 준비 사항 49
• 4.1.2 압력 방폭 시험 항목 및 수행 내용 50
• 4.2 압력 방폭 시험 결과·53
• 4.2.1 시험 결과 요약 53
• 4.2.2 시험 항목별 결과 분석· 54
• 4.2.3 시험 및 인증 결과의 기술적 고찰 56
• 5. 결론 및 고찰 58
• 참고문헌· 60
• 국문초록· 62