폭발개론
1. 폭발의 정의
- 급격한 압력의 발생 결과로 고압의 가스가 폭음을 수반하여 급속하게 팽창하는 현상
2. 폭발의 종류
가. 폭발원에 의한 분류
1) 물리적 폭발
2) 화학적 폭발
가) 산화폭발 : 가연성가스, 증기, 분진 등이 공기와 혼합에 의한 폭발
나) 분해폭발 : 산화아세틸렌, 아세틸렌 자기분해성 고체류
다) 중합폭발 : 염화비닐, 초산비닐 등의 중합과정에서 폭발
나. 물질의 상태에 의한 분류
1) 기상폭발
가) 가스폭발
- 용기, 파이프, 터널 내의 밀폐계 가스폭발
- 건물, 구획실 내의 부분 밀폐계 가스폭발
- 공정설비, 개방된 공간에서 개방계 가스폭발 그러나 이와 같이 폭발을 엄격하게 분류하는 것은 사실상 어렵다.
(1) 밀폐계 가스폭발 : 탱크, 공정 장치, 파이프, 하수시스템, 닫혀 있는 방, 지하시설 내의 폭발
(2) 부분 밀폐계 가스폭발 : 부분적으로 개방된 건물 내에서 가스가 부주의로 누출되었을 때 발생한다.
(3) 개방계 가스폭발
(4) 가스화재의 종류
- 플래시 화재(flash fire)
- 풀 화재(pool fire)
- 제트 화재(jet fire)
나) 분무폭발
고압의 유압설비의 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기중에 분출되어 이것이 미세한 액적이 되어 무상으로 되고 공기중에 현탁하여 존재할 때에 착화에너지가 주어지면 발생한다.
다) 분진폭발
가연성 고체의 아주 작은 분말이 공기중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 에너지가 주어지면 폭발하는 현상이다.
라) 분해폭발
2) 응상폭발
가) 수증기폭발
나) 증기폭발
(1) 고압 포화액의 급속 기화
(2) 액체이 급속가열
(3) 극저온 액화가스의 수면 유출
다) 고상간의 전이에 의한 폭발
라) 전선폭발
다. 대량 유출된 가연성 가스의 폭발
1) 증기운 폭발
대기중에 대량의 가연성가스가 유출하거나 대량의 가연석액체가 유출하여 그것으로부터 발생하는 증기가 공기와 혼합해서 가연성 혼합기체를 형성하고 발화원에 의하여 발생하는 폭발
가) 증기운 폭발에 영향을 주는 변수
(1) 방출된 물질의 양
(2) 증발된 물질의 분율
(3) 증기운의 점화확률
(4) 점화되기 전 증기운이 움직인 거리
(5) 증기운이 점화되기까지의 시간 지연
(6) 폭발 확률
(7) 물질이 폭발할 수 있는 한계량 이상 존재
(8) 폭발 효율
(9) 방출에 관련한 점화원의 위치
나) 증기운 폭발의 특징
(1) 증기운의 크기가 증가하면 점화확률이 높아진다.
(2) 증기운의 재해는 폭발보다 화제가 보통이다.
(3) 폭발효율은 BLEVE보다 적다. 즉 연소에너지 중 약 20%만 폭풍파로 전환한다.
(4) 증기가 공기와의 난류혼합 또는 방출점으로부터 번지점에서의 증기운 점화는 폭발의 충격을 가중시킨다.
2) 액화가스 탱크의 폭발(비등액체팽창증기 폭발)
가) 파이어볼(Fire Ball)
나) BLEVE의 크기, 계속시간 및 복사열
다) BLEVE이 일어나기 위한 조건
(1) 가연성 액체 또는 가스가 밀폐계 내에 존재하여야 한다.
(2) 화재 등의 원인으로 인하여 가연물의 비점 이상 가열되어야 한다.
(3) 저장탱크의 기계적 강도이상 압력이 형성되어야 한다.
(4) 파열이나 균열 등에 의하여 내용물이 대기중으로 방출되어야 한다.
라) BLEVE에 영향을 주은 인자
(1) 저장된 물질의 종류와 형태
(2) 저장용기의 재질
(3) 내용물의 물리적 역학상태
(4) 주위온도와 압력상태
(5) 내용물의 인화성 및 독성여부
3. 폭발 및 방폭 이론
가. 폭발에 영향을 주는 변수
1) 폭발(연소)범위
2) 인화점 및 연소점
3) 최소산소농도
4) 연소물질/불활성가스 한계비율
5) 최대 불활성 가스 값
6) 온도
7) 압력
8) 불활성가스
9) 미스트 및 비말
10) 연소 조연제
11) 난류상태
12) 분해화염
나. 폭발잠재력의 평가
1) 물질의 특성
가) 가혹도 : 반응의 형태나 힘을 나타내는 것
나) 민감도
2) 시스템의 특성
가) 능동적 요소 : 운전에 관여되는 요소로서 펌프, 송풍기, 연마기, 밸브, 교반기, 분배기 등과 같은 움직이는 부분을 사용하는 단위
나) 수동적 요소 : 시스템의 비운전적 요소로서 물질에 에너지를 공급하지 않은 것
3) 환경 : 시스템의 바로 주변으로서 시스템내의 물질과 상호 작용할 수 있는 것
다. 폭발재해의 형태
1) 착화 파괴형 폭발 : 용기, 탑조류, 배관 등에 가스가 충만되어 있을 때 주위 착화원에 의하여 착화되어 압력상승으로 인한 파괴형 폭발을 말하며 일종의 BLEVE현상이다.
가) 예방대책
(1) 질소등 불활성 가스의 치환
(2) 폭발성 혼합가스의 조성관리
(3) 발화원의 관리
(4) 열에 의한 민감한 물질의 생성방지
2) 누설 발화형 폭발 : 용기 등에서 가스가 누설되어 주위 착화원에 의해 착화되어 일어나는 폭발을 말하며 일종의 UVCE현상을 말한다.
가) 예방대책
(1) 가연성물질의 누설방지
(2) 밸브의 오조작방지
(3) 누설물질에 대한 검지경보조치
(4) 발화원의 관리
라. 폭발지수
폭발지수(EI) = 단위공정 위험인자(F3) × 물질계수(MF)
단위공정 위험인자(F3) = 일반적 위험공정인자(F1) × 특수공정 위험인자(F2)
마. 폭연지수
밀폐계 폭발의 폭발특성을 나타내는 함수
1) 각 가스의 폭연지수 값(kg)
가) 수소 경우 : 550
나) 프로판 경우 : 75
다) 메탄 경우 : 55
바. 최소착화에너지
가연성 혼합기체에 저닉적 스파크로 점화시 착화하기 위하여 필요한 최소한의 에너지
사. 폭연과 폭굉
1) 폭연 : 가연성 혼합기체가 상대적으로 서서히 연소되는 것
2) 폭굉 : 폭발범위 내 어떤 농도상태에서 반응속도가 급격히 증대하여 음속을 초과하는 경우
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