최소산소농도의 정확한 지식은 산업화재를 적절하게 예방하고, 제어하는데 중요하다. 본 연구에서는 Response Surface Methodology(RSM) 방법과 문헌자료를 사용하여 최소산소농도(MOC)를 예측하는 식을 제시하였다. 탄화수소에 대한 예측 식에 의해 계산된 최소산소농도와 문헌값의 A.A.P.E.(average absolute percent error)는 $3.48\%$, A.A.D.(average absolute deviation)는 $0.57vo1\%$ 그리고 상관계수는 0.919이다. 탄화수소와 할로겐화탄화수소를 포함한 경우 예측값과 문헌값의 A.A.P.E.는 $5.06\%$, A.A.D.는 $0.59vo1\%$, 상관계수는 0.938이다. 제시한 예측식에 의한 계산값은 문헌값과 일치하였다. 따라서 본 연구에서 제시된 식이 다른 가연성물질의 최소산소농도 연구에도 이용되기를 기대한다.
가솔린은 가정 및 차량, 선박, 산업용 에너지원으로 산업 전반에 널리 사용되고 있는 물질로서, 화재 및 폭발의 위험성이 매우 크다. 가솔린의 폭발위험성을 고찰하기 위하여 옥탄가에 따라 구분되는 PG, MG 및 RG를 시료로 하여 산소농도의 변화에 따른 폭발한계를 측정하였으며, 산소농도 21%인 공기 중의 폭발한계는 각각 1.5~10.9%, 1.4~8.1%, 1.3~7.6%를 구하였고, MOC를 측정한 결과 실험시료 모두 10.9%를 나타내었다. 본 연구를 통하여 실험에 의한 폭발한계의 측정값이 현재 통용되는 가솔린의 MSDS에 제시된 1.2%~7.6% 보다 넓은 폭발한계를 나타내고 있으므로 실험에 의한 측정치가 가솔린을 사용하는 공정에 있어서 화재 및 폭발을 방지하기 위한 중요한 기초자료가 될 것으로 사료된다.
Dong-Myeong Ha;Yong-Chan Choi;Haejin Oh;Su-kyung Lee
한국산업안전학회:학술대회논문집
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한국안전학회 2002년도 추계 학술논문발표회 논문집
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pp.291-296
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2002
Flammable compounds are indispensible in domestic as well as in industrial fields as fuel, solvent and raw materials. The fire and explosion properties necessary for safe storage, transport, process design and operation of handling flammable substances are lower explosive limits(LEL), upper explosive limits(UEL), flash point, fire point, AIT(auto ignition temperature), MIE(minimum ignition energy), MOC(minimum oxygen concentration) and heats of combustion.
위험물질에 의한 제조물을 취급하는 설비와 시설은 대부분 고온, 고압으로 공정을 운전을 한다. 이로 인해 화재폭발로 인한 위험성이 증대되고 있다. 특히, 폭발 사고는 석유 화학 가스설비 등 위험물 시설의 가장 주된 위험요인으로 작용하고 있으며, 그 중, 프로필렌은 석유화학 플랜트의 기초 원료 및 첨가 중합반응에 의한 합성물질을 제조하는 현장에서 많이 사용되고 있다. 산소농도의 변화에 대한 폭발범위를 구함으로써 프로필렌을 사용하는 사업장에서 발생 될 수 있는 폭발을 예방하기 위하여 불활성 가스인 $CO_2$를 이용하여 온도와 압력의 변화에 따라 산소농도의 변화에 대한 폭발범위를 구하였다. 온도는 $25^{\circ}C$, $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$로 변화시켜 측정하였으며, 용기 내 압력을 $1.0kgf/cm^2.G$, $1.5kgf/cm^2.G$, $2.0kgf/cm^2.G$, $2.5kgf/cm^2.G$로 $CO_2$를 가압시켜 측정하였다. 폭발한계는 온도, 압력 및 산소농도와 관계가 있으며, 온도와 압력이 높아질수록 최소산소농도는 낮아지고, 산소농도가 낮아질수록 폭발범위는 좁아졌다. 또한, 최소산소농도 이하의 농도에서는 프로필렌의 증기와 점화원이 존재하여도 폭발이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
산업현장에서 사용되고 있는 인화성물질의 연소특성치로는 하부/상부인화점. 폭발하한계/상한계, 최소자연발화온도(AIT), 연소점, 최소산소농도(MOC) 등이 있다. 공정 및 근로자 안전을 위해서는 이들 특성치의 정확한 평가가 이루어져야 한다. 본 연구에서는 에폭시수지와 폴리우레탄의 용매, 올레핀의 산화제, 연료용 기름과 바이오물질의 주원료 등으로 다양하게 사용되고 있는 tert-Amylalcohol(TAA)를 선정하였다. 그 이유는 다른 가연성물질에 비해 연소특성치의 신뢰성에 비교 고찰하였다. TAA의 인화점은 밀폐식 Setaflash, Pensky-Martens와 개방식 Tag, Cleveland 장치로 측정하였고, AIT는 ASTM 659E를 사용하였다. 그리고 TAA의 폭발하한계/상한계는 측정된 하부/상부인화점을 이용하여 예측하였다. Setaflash, Pensky-Martens에 의한 인화점은 19 ℃와 21 ℃, Tag와 Cleveland는 각각 28 ℃와 34 ℃, AIT는 437 ℃로 측정되었다. Setaflash에서 측정된 인화점에 의한 폭발하한계/상한계는 1.1 vol%와 11.95 vol%로 계산되었다.
The thermochemical parameters for safe handling, storage, transport, operation and process design of flammable substances are explosion limit, flash point, autoignition temperatures(AITs), minimum oxygen concentration(MOC), heat of combustion etc.. Also it is necessary to know explosion limit at high temperature and pressure. For the safe handling of benzene, lower explosion limit(LEL) at $25^{\circ}C$, the temperature dependence of the explosion limits and flash point were investigated. And the AITs for benzene were experimented. By using the literatures data, the lower and upper explosion limits of benzene recommended 1.3 vol% and 8.0 vol%, respectively. This study measured relationship between the AITs and the ignition delay times by using ASTM E659-78 apparatus for benzene, and the experimental AIT of benzene was $583^{\circ}C$. The new equations for predicting the temperature dependence of the explosion limits of benzene is proposed. The values calculated by the proposed equations were a good agreement with the literature data.
프로필렌은 석유화학제품의 제조 시 기초 유분으로 산업 공정에서 널리 사용되고 있으며, 새로운 물질을 제조하기 위하여 200 ℃ 이상의 온도에서 합성되고 있다. 그러나 프로필렌은 인화성 가스로써 화재 및 폭발의 위험성이 존재하므로, 이를 방지하기 위하여 불활성 가스 중 가격이 저렴하고 공기 중 가장 많이 존재하는 질소를 주입하여 사용한다. 본 연구에서는 프로필렌-질소-산소를 사용하여 온도 200 ℃에서 압력의 변화(0.10 MPa, 0.15 MPa, 0.20 MPa, 0.25 MPa)에 따른 실험적 연구를 수행하였다. 산소농도가 21%일 때 압력이 0.10 MPa에서 0.25 MPa로 상승할수록 폭발 하한계는 2.2%에서 1.9%로감소하였으며, 폭발상한계는 14.8%에서 17.6%로증가하였다. 또한최소산소농도는 10.3%에서 10.0%로 감소하여 압력이 증가할수록 폭발 범위가 넓어져 위험성이 증가하였다. 폭발압력은 압력이 0.10 MPa에서 0.25 MPa로 상승할수록 1.84 MPa에서 6.04 MPa로 증가하였으며, 최대 폭발압력상승속도는 90 MPa/s에서 298 MPa/s로 크게 증가하였다. 고온 및 고압에서는 폭발의 위험성이 증가하므로 프로필렌을 사용하는 사업장의 폭발사고 예방을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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