가스폭발에 영향을 주는 인자 및 방지 기술

 

일반적으로 가스폭발은 가연성 가스나 증기가 공기와 혼합하여 기상부분의 용적이 크고, 밀폐 공간 상태에 있을 때 착화원이 존재할 때 발생하는 폭발 형태로서 공정의 설비, 파이프 그리고 빌딩 등에서 발생할 수 있다.

 

 

가스폭발에 영향을 주는 인자 및 방지 기술

 

폭발의 정의 및 종류

 

일반적으로 폭발이란 고속의 화학반응으로 상 변화 등에 의해 순간적인 온도 상승 및 가스(증기)화가 발생하여, 기체가 고속으로 팽창한다고 정의하고 있으며, 최근 Jeo Louvar과 Dan Crowl은 “폭발은 급속하게 이동하는 압력과 충격파의 결과로 가스의 급격한 팽창이다. 팽창은 기계적(압력용기의 돌연한 파열 같은)인 팽창이거나 급격한 화학반응의 결과에 기인할 수 있다. 폭발에 의한 손실은 압력이나 충격파에 의해 발생된다”로 설명하고 있다.

윌프레드 베이커는 폭발에 대한 정의를 모든 면에서 함축적으로 가장 잘 제시해 주고 있는데, 여기서 폭발이란 “만일 에너지가 물질(근원)로부터 끊임없이 이동하고 제한된 진폭의 압력파를 발생시키기 위해 충분한 양 이상으로 방출된다면, 폭발은 대기 중에서 발생된다”고 말한다.

폭발 형태는 크게 화학적 폭발과 물리적 폭발 두개의 형태로 나눌 수 있다. 화학적 폭발은 화학반응을 포함한 반면 물리적 폭발은 그렇지 않다. 물리적 폭발은 높은 압력(대기압력 이상 압력)을 가진 용기폭발로서, 폭발 용기는 압축된 액체를 포함하는 경우, 증기 또는 스팀 폭발, 상변화 등의 물리현상이 압력 발생 등으로 나눌 수 있다.

 

압력파(pressure wave), 폭발파(blast wave), 충격파(shock wave) 등 폭발의 분류에 대한 세부 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조 

https://sec-9070.tistory.com/329

폭발의 분류

 

 

공업적으로 중요한 것은 화학적 폭발이며, 이것은 연소의 한 형태이다.

화학적 폭발현상은 가스 및 분진 폭발, 개방계증기운 폭발(Unconfined vapor cloud explosion), 응축물질 폭발(Condensed material explosion), 화학반응 폭주현상(Runaway chemical reaction), 비등액체 팽창 증기폭발(BLEVE) 등으로 나눌 수 있다.

 

 

가스폭발에 영향을 주는 인자 및 방지 기술

 

일반적으로 가스폭발은 가연성 가스나 증기가 공기와 혼합하여 기상부분의 용적이 크고, 밀폐 공간 상태에 있을 때 착화원이 존재할 때 발생하는 폭발 형태로서 공정의 설비, 파이프 그리고 빌딩 등에서 발생할 수 있다. 만일 가연성가스나 증발 액체가 대기 중에 방출될 때, 누출로부터 형성된 가스운(gas cloud)이 폭발범위 안에 존재하지 않거나, 발화원(ignition sources)이 부족하다면, 가스운은 희석되거나 대기 중으로 사라질 것이다.

 

가스폭발에 영향을 주는 주요 변수는 연료와 산화제의 형태, 증기운의 연료 농도와 크기, 점화원의 세기와 위치, 폭발방출 면적의 크기, 위치 및 형태, 구조요소와 설비의 위치와 크기, 착화지연시간, 밀폐계 및 개방계 등에 의한 주위의 기하학적 조건 등을 들 수 있다. 따라서 가스폭발은 이들 인자에 대해 대단히 민감하므로 폭발 현상을 예측하기란 쉽지 않다.

 

가스폭발 방지의 일반적 방법은 산화제의 농도저하와 가연성가스의 농도 저하를 들 수 있다. 또한, 손실 예방에 대한 방법은 제한된 공간에서의 연소를 초기 단계에 감지, 저지함으로써 폭발의 결과를 가져올 수 있는 압력 발달을 예방하는 폭발억제기술, 용기 내부에서 일어난 폭연으로 발생하는 압력에 견디도록 용기와 그 부속장치를 설계하는 폭연압력억제기술 및 폭발의 발화원으로 작용하는 스파크의 진화설비 등을 들 수 있다. 또한 설비설계는 예방방법의 유효성, 설비의 신뢰성, 그리고 인명에 대한 위험성 등의 요소를 고려해야 한다.

 

Reference : 하동명, 수소 위험성의 이해를 위한 연소특성 분석