물리적 폭발(Physical Explosions) 유형과 메커니즘

Abbasi 등(2010)의 분류를 바탕으로 화학 공정 산업에서의 물리적 폭발(Physical Explosions) 유형과 메커니즘을 공유하고자 한다.

 

 

 

물리적 폭발(Physical Explosions) 유형과 메커니즘

물리적 폭발은 화학 반응 없이 압축 가스의 팽창과 같은 급격한 물리적 상태 변화로 인해 축적된 에너지가 순간적으로 방출되는 현상을 의미한다.

주요 유형은 다음과 같이 세 가지로 구분한다.

 

 

압축 가스 및 증기 폭발 (Compressed Gas/Vapour Explosions)

가압된 가스가 충전된 용기가 구조적으로 파손(Rupture)되면서 발생한다. 주요 원인은 다음과 같다.

• 과압(Overpressure): 압력 방출 장치의 결함으로 내부 압력이 설계치를 초과함.
• 두께 감소: 부식 또는 화학적 침식으로 인해 용기 벽면이 얇아짐.
• 강도 저하: 과열이나 저온 취성(Embrittlement)으로 인해 재질의 기계적 강도가 약해짐.
• 기계적 손상: 외부 충격 등으로 인한 용기 파손.

 

 

비등 액체 팽창 증기 폭발 (BLEVEs)

가압 상태의 액체를 포함한 용기가 과열된 후 급격히 감압되면서 발생한다.

● 메커니즘:

1. 내부 액체가 가열되어 기화되면서 압력이 상승하고 안전 밸브를 통해 증기가 배출됨.
2. 액체와 접촉한 벽면(Wetted Area)은 잠열(Latent Heat)에 의해 온도가 일정하게 유지됨.
3. 액체 수위가 낮아지면 냉각 효과가 사라진 벽면의 온도가 급상승하고 기계적 강도가 저하됨.
4. 용기가 파손되면서 다량의 가압 증기가 방출되고, 액체가 급격히 기화(Boil-off)하며 폭발함.

● 결과: 방출된 증기가 점화될 경우 거대한 화구(Fireball)를 형성한다.

 

 

급격한 상전이 폭발 (Rapid Phase Transition Explosions, RPT)

극저온 액체가 갑자기 뜨거운 환경에 노출될 때 발생한다. 화학적 연소 없이 상 변화만으로 강력한 물리적 충격을 유발한다.

● 사례:

• 액화 천연가스(LNG)가 물 위나 물속으로 유출되는 경우.
• LNG 누출 화재 시 소방 용수를 직접 살수하여 급격한 온도 변화가 생기는 경우.