이번 포스팅에서는 분진폭발에 대해서 핵심등을 정리해보고자 한다. 분진이라는 용어자체를 먼저 알아보면 조금 더 쉬어진다. 분진이 공기중에 떠돌다가 어떠한 에너지를 받아 열과 압력을 발생하면서 동시에 연소 폭발하는 것을 분진폭발이라고 할 수 있따.. 그럼 분진이란?
사전에 보면 분진이란 공기나 가스 속에서 존재하는 고체미립자라고 명명하였다. 여기서 중요한 것은 고체미립자라는 점이다.이러한 미세한 고체입자는 산업현장에서 발생하는 연마, 분쇄, 절삭, 천공(Punching)등의 작업공정에서 잘게 파쇄되어서 생기는 고체입자를 의미한다. 이러한 고체입자들이 폭발한다고 보면 조금 접근이 쉬어진다~
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[분진폭발 핵심정리]
1. 개요(분진폭발의 정의)
분진폭발은 괴상으로는 쉽게 연소하지 않는 금속, 플라스틱, 농산물, 미분탄, 유황, 섬유물질 등의 가연성고체가 미세한 분말상태로 공기중에서 부유하며 공기와 일 정한 비율로 혼합된 상태에서 폭발범위 농도로 유지되고 있을 때 착화원의 존재에 의해 순간적으로 격렬하게 폭발하게 되는 것이다. 분진폭발은 가스폭발과 비교하면 연소속도가 작지만 발열량이 큰 것이 특징이다.
2. 분진 폭발의 원인과 특성
⑴ 분진폭발의 조건
① 분진 : 가연성일 것
② 분진상태 : 분진이 화염을 전파할 수 있는 크기의 분포를 가질 것과 분진의 농도가 폭발범위이내일 것
③ 점화원 : 화염전파를 개시하는 충분한 에너지의 점화원이 있을 것
④ 교반과 유동 : 충분한 산소가 연소를 지원하고 유지하도록 존재해야 하며, 가연성 가스(공기)중에서 교반과 유동이 일어나야 한다.
⑵ 분진 폭발 과정(Mechanism)
① 입자표면이 열에너지를 받아 표면온도가 상승한다.
② 상승한 입자표면의 분자가 열분해 또는 건류작용에 의해 입자주위에 가연성 가스를 방출한다.
③ 이 가연성가스가 공기와 혼합하여 폭발성혼합기를 생성하고 착화원에 의해 발화하여 화염을 발생시킨다.
④ 화염에 의해 발생한 열은 분말(입자표면)의 분해를 촉진시켜서 가연성가스를 방출하여 공기와 혼합하고 발화, 전파된다. ①～③을 반복하여 확대하여 간다.
⑶ 특성(발화 CO 발생 파 최 연소 폭 2)
① 분자 입자의 표면에서 산소와 반응하여 일어나는 것이며, 가스폭발처럼 산 화제(공기)와 가연물이 균일하게 혼합하여 반응하는 것이 아니고 가연물 주 위에 산화제가 불균일한 상태에서 반응한다.
② 연소속도와 폭발압력은 일반적인 가스폭발과 비교하여 작지만, 연소시간은 길고, 발생에너지가 크기 때문에 연소규모(단위부피당 발열량)가 크다
③ 분진(입자)이 연소하면서 비산하기 때문에 부근의 가연물에 국부적인 탄화를 일으키게 하거나, 작업자 등이 화상을 입기 쉽다.
④ 2차, 3차 폭발을 일으킨다.
1차 폭발 ⇒ 작은 폭풍 ⇒ 주변 분진(퇴적물) 교란 ⇒ (1차 폭발의)열, 빛에 의해 ⇒ 2차 폭발
⑤ 가스와 비교하여 불완전 연소를 일으키기 쉽기 때문에 CO가 다량으로 발생 하게 되어 가스중독을 초래한다.
3. 분진폭발에 영향을 미치는 요인
⑴ 분진의 화학적 성질과 조성
① 발열량이 큰 만큼 폭발성이 크다.
② 휘발성분이 클수록 폭발하기 쉽다.
③ 회분함유량의 대소가 폭발성에 영향을 미친다.
④ 분진 자체의 열분해 용이성이나 탄화수소 기체의 발생속도 등도 관계한다.
⑵ 입도 및 입도분포
평균 입자경이 작고, 밀도가 작은 쪽이 비 표면적이 크게 되어 표면에너지가 커진다.
⑶ 입자의 형상과 표면상태
석탄분진의 경우 새롭고 깨끗한 쪽이 위험성이 크므로 마쇄나 분쇄의 작업공정 에서 발생한 분진은 활성이 크고 위험성도 크다.
⑷ 분진의 부유성
일반적으로 입자가 작고 가벼운 것은 공기 중에서 산란, 부유하기 쉽다. 부유성이 큰 것일수록 공기중에 체류시간이 길고 위험도 증가한다.
⑸ 수분
분진중에 존재하는 수분은 분진의 부유성을 억제하며 폭발하한농도가 높아져서 폭발성을 잃게 된다.
⑹ 산소
산소나 공기가 증가하면 폭발하한농도가 낮아짐과 동시에 입도가 큰 것도 폭발 성을 갖게 된다. 반대로 산소농도를 감소시키면 폭발하한농도가 높아져서 폭발 불능 영역이 생기게 된다.
⑺ 가연성가스
가연성 가스나 인화성 액체의 증기가 분진과 공기가 혼입해 들어오면 폭발하한 농도가 저하되어 위험성이 커진다.
4. 분진폭발의 방지대책
방지대책으로는 분진폭발의 조건을 제어함으로 달성될 수 있다. 일반적으로 방지 대책은 예방대책과 완화대책으로 구분할 수 있다.
⑴ 예방대책
① 점화원 대책
㈎ 분진내의 훈소, 분진화염의 제어
㈏ 기타 개방화염의 제어
㈐ 열면의 제어
㈑ 전기스파크나 정전기의 제어
㈒ 기계적 충격에 의한 열의 제어
② 폭발성 분진운 대책
㈎ N2, CO2, H2O 기타 불활성가스로 불활성화 : 산소농도를 5%이하로
㈏ 본질적인 불활성화
㈐ 불활성분진 첨가에 의한 불활성화
㈑ 분진농도를 폭발범위 외로 유지
⑵ 완화대책(자동방출청결압력 불합격)
① 불활성가스에 의한 부분 불활성화
② 격리(구획화) : 폭발압력 억제장치 및 폭발밴드 설치하여 국한화한다.
③ 방출(Venting)
④ 압력에 견디는 구조로 건설
⑤ 자동진압설비
⑥ 청결유지(분진제거 청소) : 집진기 등으로 분진을 포집하여 연소하한계 이하로 한다.
※ MEC(Minimum Explosion Concentration, 최소폭발농도)
분체가 폭발을 일으키는데 필요한 최소한의 농도를 말하며 일반적으로 g/㎥로 나타내며 배기닥트 내의 최대 분체농도 계산에 이용된다. MEC는 보통 분체도료 제조자로부터 제시된 제품설명서의 자료를 기준으로 하며, 만일 MEC를 알 수 없거나 또는 설비가 여러 가지 분체도료를 사용하기 위하여 설계한다면 일반적인 분체도료 가운데서 가장 낮은 MEC인 30g/㎥을 적용한다. 분체도장 시스템에서 Spray Booth 내의 발화된 화재가 배기 시스템을 통하여 분체회수장치로 확산될 가능성은 배기닥트에서의 분체의 농도를 MEC이하로 유지하면 최소화할 수 있다.
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(주)여울 종합건축사사무소와 컨소시엄 작업수행중
건축 & 문화 프로젝트팀 STORY ONE에서 활동중, 26년차 건축가 주원태
홍익대학원 도시계획과 석사과정
저서로는 [수인의 건축] [집과 연필, 비례이거나 반비례거나]등이 있다
스토리원 홈페이지 http://www.story-one.co.kr
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