Dust explosion은 combustible solid의 미세한 입자가 공기 혹은 산소중에서 폭발범위의 농도에서 부유할 때 화염 혹은 spark 등의 에너지 공급에 의해 폭발하는 현상이며 plastic 공업, 금속분말, 유기약품, 무기약품, 안료, 농수산건조물 등에서 분체취급 분야의 확대 및 취급량의 증가에 따라 분진폭발의 잠재 위험성이 급증하고 있어 화학적 성질, 농도, 입경, 폭발 압력 등의 분진특성과 함께 분진폭발의 착화온도와 상한 및 하한 농도에 대해 이론 및 실험적으로 광범위하게 연구가 진행되어져 왔다. (중략)
식료품 가공 산업에서 분진폭발사고가 자주 발생하고 있으며 배관이나 장치 내의 화염전파에 의한 폭발피해가 증가하고 있다. 그러나 다양한 분체특성으로 인하여 활용 가능한 화재폭발특성자료가 적다는 문제가 있다. 사고발생 빈도가 높고 사회적 수요가 많은 설탕, 옥수수, 밀가루의 발화 위험성과 폭발특성을 실험적으로 조사하였다. 설탕, 옥수수, 밀가루 분진의 평균입경은 27.56, 14.76, $138.5{\mu}m$로 나타났으며 이러한 분체조건에서 열중량분석(TGA) 및 시차주사열량계(DSC)를 사용하여 발화온도를 조사하였다. 최대폭발압력($P_m$) 및 폭발지수는($K_{st}$) 각각 7.6, 7.6, 6.1 bar 및 153, 133, 61 [$m{\cdot}bar/s$]로서 분진폭발 위험성은 설탕이 가장 높고 밀가루가 가장 작았다. 또한 분진폭발 시의 화염전파로 인한 피해확대 위험성을 평가하기 위하여 분진화염전파의 소요시간을 계산하였으며 화염전파로 인한 폭발피해 위험성은 설탕, 밀가루, 옥수수 분진의 순으로 높았다.
산업현장에서 취급되거나 가공되는 원료의약품 분진의 폭발 위험성은 항상 존재하며, 이로 인한 폭발사고가 자주 발생되고 있다. 본 연구에서는 원료의약품 시료 3종의 분진폭발특성을 측정하였다. 주요 폭발특성 측정값은 록소프로펜산은 평균 입경이 $5.31{\mu}m$이며, $P_{max}$는 8.4 bar, 최소점화에너지는 1 mJ < MIE < 3 mJ이며 최소점화온도는 $550^{\circ}C$이다. 클로피도그렐 캄포르술폰산염은 평균 입경이 $95.63{\mu}m$이며, $P_{max}$는 7.9 bar, 최소점화에너지는 30 mJ < MIE < 100 mJ이며 최소점화온도는 $510^{\circ}C$이었다. 리팜피신은 평균 입경이 $26.48{\mu}m$이며 $P_{max}$는 7.9 bar, 최소점화에너지는 1 mJ < MIE < 3 mJ이며 최소점화온도는 $470^{\circ}C$로 나타났다. 이들 값을 적용하여 폭연지수($K_{st}$)와 폭발지수(EI)의 폭발위험등급을 구하고, 원료의약품 분진의 폭발 위험성을 비교 검토하였다. 그 결과 폭발 위험성은 록소프로펜산과 리팜피신의 폭발등급은 St 2이고 폭발위험등급은 severe이며, 클로피도그렐 캄포르술폰산염의 폭발등급은 St 1이고 폭발위험등급은 strong으로 나타났다.
산업현장과 열병합발전 등 다양한 장소에 사용되는 도시가스는 산업안전보건법 정의에 따라 인화성 가스에 해당되며 한국산업표준 KS C IEC에 의해 가스 폭발위험장소가 설정되어 안전하게 관리가 되어야 한다. 본 연구에서는 일반 화학공장에 적용되는 KS C IEC 표준을 저압 도시가스 사용설비 폭발위험성 예측에 합리적으로 적용하기 위해누출공 크기, 환기 등급, 환기 유효성 등의 주요 변수를 도입하였다.CFD 시뮬레이션 적용의 타당성을 평가하기 위해 전산유체역학 (CFD) 시뮬레이션, 가스누출실험, KS C IEC 표준 계산 통해 얻어진 폭발하한계가상 체적을 이용하여 네 가지 다른 조건에서 폭발 위험성을 평가하였다.
LNG/LPG는 폭발가능성이 크기 때문에 매우 위험한 물질이다. LNG/LPG는 gas상태의 연료를 극 초저온에 고 압력 상태로 고농축한 액체 연료이다. 온도나 압력에 따라 물질의 상태가 변하기 때문에 폭발이나 화재가 일어날 수 있다. 하지만 무조건 사고가 일어나는 것은 아니며 현재까지도 화재나 폭발이 일어난 경우가 드물다. LNG/LPG선박은 충돌이나 파손 등 사고위기가 클수록 위험하다. 사고위기가 일어나는 요소로는 복잡한 항로, 많은 선박 수, 해마다 증가하는 LNG/LPG의 수요량 등이 있다. 본 연구에서는 LNG/LPG관련 해양사고 시나리오를 만들기 위해 사고 연계 고리(Accident chain)를 만들어 분석하였다. 해양사고의 연계 고리를 만들기 위해서는 story가 필요하다는 것을 알게 되었고, Risk를 통해 Peril과 Hazard를 분석 할 수 있었다. LNG/LPG의 위험성은 고압에 기인하는 위험, 화재위험, 동상위험, 화학반응의 위험, 질식 위험 등으로 분류 할 수 있었다. 아직까지는 LNG/LPG선박의 화재 및 폭발사고는 거의 일어나지 않았으나 매년 그 수요량이 증가하고 있고, 매우 위험한 물질임을 본 연구를 통해 알 수 있었다.
본 연구에서는 알루미늄(Al), 아연(Zn)이 단일 성분으로 존재하는 경우의 폭발위험성이 Al-Zn혼합물 분진에 비하여 어떻게 변화하는지를 알기 위하여 폭발하한농도(LEL), 최대폭발압력($P_{max}$)등에 대한 폭발특성을 실험적으로 조사하였다. 그 결과 Al은 Zn의 혼합에 의해 폭발하한농도(LEL)가 급격히 증가하고 최대폭발압력이 감소하였으며, Al-Zn혼합물의 폭발위험성은 단일 성분의 Al에 비하여는 낮지만 Zn 단독의 경우보다는 높은 것을 알수 있었다. 그러므로 Zn-Al혼합물이 Al보다 폭발성이 낮아지지만 화재폭발 가능성이 충분히 잠재되어 있으므로 예방대책이 필요하다.
최근 전자제품 생산업체에서 EPS를 직접생산하게 되면서 EPS 공정이 증가하고 있다. EPS에는 펜탄이 포함되어 있으며, 펜탄은 하이브리드 혼합물로 구분할 수 있어 높은 화재폭발의 위험성을 가지고 있다. 각 공정별 펜탄의 누출률은 발포기, 사일로실, 저장실 순이나 발포기의 경우 일반적으로 밀폐되어 있으므로 사일로 실이 가장 화재폭발 위험성이 높다고 판단하였다. 사일로실의 누출률 중 70%는 사일로 상단을 통해 누출되며, 사일로 상단을 통해 누출되는 펜탄의 거동을 분석하여 사일로실 위험성 완화대책을 수립하였다. 1. 폭발위험구역 2종으로 관리, 2. 사일로상단 50cm이내 환기설비 설치 또는 Push-Pull 구조의 환기설비설치, 3. 사일로 하단 1.4m이내에 가스감지기 설치, 4. 60%이상의 습도유지
수소 등 인화성 가스를 취급하는 사업장은 KS C IEC 60079-10-1 기준에 따라 취급시설 주변을 폭발위험장소로 구분하여 관리하여야 한다. 그렇지만 동 기준은 가스의 종류, 실내·외 여부, 대기조건 등의 구분없이 누출특성값을 기준으로 폭발위험범위를 산정하므로 실효성 등에 대한 의문이 제기되고 있다. 본 연구에서는 수소를 대상으로 누출특성과 실외대기 조건에서 시뮬레이션(PHAST 및 HyRAM)을 통해 폭발위험범위를 도출하고 IEC 기준의 log-log 그래프에서 비교하였으며, 각 결과에 대한 회귀분석을 수행하였다. 그 결과, 각 조건에서 시뮬레이션 결과가 IEC 기준보다 0.6~3.8배 이상 적게 나타났으며, 동일한 누출특성값에서 풍속 및 대기안정도에 따라 폭발위험범위가 상이한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 간편하게 사용할 수 있는 누출특성과 폭발위험범위에 대한 선형회귀식을 도출하였다. 따라서, 수소 취급 사업장 등에서 폭발위험범위 산정 시 본 연구에서 제시한 그래프와 선형회귀식을 통하여 IEC 기준과 시뮬레이션 결과를 용이하게 비교 및 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 이를 적용할 경우 합리적인 폭발위험장소 구분이 가능하여 경제적인 부담을 최소화할 수 있을 것으로 기대되며, 수소 폭발 등의 위험성을 크게 감소시킬 수 있을 것으로 전망한다.
최근 수전해설비의 운전압력이 증가함에 따라 수소 누출로 인한 화재 및 폭발 가능성 및 위험성 또한 증가하고 있다. 따라서 관계법령 및 기술기준에 따라 수전해 시스템에 설치되는 모든 전기기에 전기방폭 형식인증 제품을 사용하거나 적절한 방법에 따른 비폭발위험장소화 절차를 적용해야 한다. 본 연구에서는 수전해설비의 일반적인 운전조건을 고려하여 KS C IEC 60079-10-1 및 KGS GC101에 따른 폭발위험장소 구분 및 범위 산정을 수행하였다. 또한, 비폭발위험장소화를 달성하기 위해 임계농도인 폭발하한 25 % 미만의 농도를 유지하기 위한 적정 환기량을 검토하였다. 그 결과 자연환기만 적용할 경우에는 수전해설비가 폭발위험장소로 구분되고, 이를 강제환기를 통해 비폭발위험장소로 구분하기 위해서는 막대한 환기량이 필요함을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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