분진폭발 5요소 및 예방대책

분진폭발 5요소는 기존의 폭발 3요소인 산소, 분진연료(Combustible dust), 발화원에, 부유분진(분진이 공기중에 떠다니고 있을 것)과 한정된 공간(공장내부 등)내에 있을 것이라는 2가지 조건을 추가한 것이다. 분진폭발을 방지하기 위해서는 분질폭발의 5요소가 동시에 일어나지 않도록 해야 한다. 분진폭발의 5요소 중 산소와 한정된 공간이라는 요소는 현장 여건상 제거하기 쉽지 않고, 나머지 요소들을 제거하여 분진폭발을 방지해야 한다. 

 

 

 

분진폭발 5요소 및 예방대책

분진폭발 5요소

분진폭발 5요소는 기존의 폭발 3요소인 산소, 분진연료(Combustible dust), 발화원에, 부유분진(분진이 공기 중에 떠다니고 있을 것)과 한정된 공간(공장내부 등)내에 있을 것이라는 2가지 조건을 추가한 것이다. 분진이 계속 공기 중에 있어야 한다(suspended in air)는 뜻은 분진이 쌓일 정도로 일정한 분진 밀도가 있어야 한다는 뜻이고, 한정된 공간에 있어야 한다는 것은 분진폭발이 일어날 때의 충분한 압력을 유지되어야 한다는 뜻이다.

 

다음의 Dust Explosion Pentagon을 참조하기 바란다.

 

 

 

사실 가스폭발은 알려진 현상이지만 분진폭발은 생소한 현상으로, 석탄가루나 금속 파편 가구는 물론이고 곡물가루(grain), 리넨(linen), 설탕(sugar) 등에 이르기까지 미세한 크기로 분진이 공기 중에 떠다니는 공장 내부 등에서는 일정한 조건(최소폭발농도, MEC, Minimum Explosive Concentration)에 도달하면, 발화원에 따라 바로 분진폭발이 일어날 수 있다. 이는 가스폭발한계의 LEL/UEL과 같은 개념으로 다음의 대표적인 가연성 분진의MEC를 제시하였다.

 

 

 

상기에 언급한 MEC 이외에도 분진폭발에 영향을 주는 여러 인자들이 있는데 이를 빈도에 영향을 주는 것과 피해 심각성에 영향을 주는 것으로 다음과 같이 구분할 수 있다;

 

● Likelihood of occurrence :

▶ MEC: Minimum Explosible Concentration

▶ MIE: Minimum Ignition Energy

▶ MIT: Minimum Ignition Temperature

▶ LOC: Limiting Oxygen Concentration

 

● Severity of consequences :

▶ Pmax: Maximum explosion pressure

▶ (dP/dt)max: Maximum rate of pressure rise

▶ KSt= (dP/dt)max· V^(1/3) : Deflagration index

 

 

일차/이차 분진폭발(Primary/Secondary Dust Explosion)

석탄 분쇄기나 곡물 운송용 컨베이어 벨트,, 저장창고(사일로) 같은 곳에서는 항상 먼지나 분진이 쌓이게 된다. 가스와 달리 먼지는 흩어지지 않고 그대로 남아있으며 겹겹이 쌓이게 된다. 쌓인 먼지 아래에는 모터와 같이 열을 발생시키는 장비가 있을 수 있고 모터에서 발생한 열은 표면에 쌓인 먼지로 인해 공기 중으로 방출되지 못해 점점 더 뜨거워지고, 보온효과로 온도가 급격히 상승한다.
발화가 일어나면 먼지층은 연료 공급원으로 역할이 바뀌면서, 충분한 농도의 분진가루가 있고 발화원인 열이 발생하여 장비 위에 있던 분진에 불이 붙으면 주변에서 흩날리는 분진운(dust cloud)이 연쇄적으로 반응하면서 폭발로 이어진다.

분진 폭발은 1차적으로 폭발하는 힘에 의해 주변 물질의 파괴가 일어나지만, 2차 폭발 즉 근처에 떠다니던 분진들이 주변 대기로 확장되면서 발생하는 상당한 에너지에 의해 더 큰 폭발이 일어난다. 1차 폭발에 비해 2차 폭발의 위력이 훨씬 더 큰 것으로 알려져 있다..

 

 

 

분진폭발 예방 및 피해최소화 대책(Prevention & Mitigation)

분진폭발을 방지하기 위해서는 분질 폭발의5요소가 동시에 일어나지 않도록 해야 한다. 분진폭발의 5요소 중 산소와 한정된 공간이라는 요소는 현장 여건상 제거하기 쉽지 않고, 나머지 요소들을 제거하여 분진폭발을 방지해야 한다. 환기와 작업장 청소가 잘되어도 위험성이 줄어드는 효과가 있다.
분진폭발 5요소에 대한 각각의 대표적인 대책은 다음 그림을 참조하기 바란다.