분진폭발 특징 및 발생조건 등

분진폭발은 아주 미세한 가연성의 입자가 공기 중에 적당한 농도로 퍼져 있을 때, 약간의 불꽃, 혹은 열 만으로 돌발적인 연쇄 산화-연소를 일으켜 폭발하는 현상을 말한다.

 

 

 

분진폭발(粉塵爆發) 특징 및 발생조건 등

 

분진폭발 5요소 및 일차/이차 분진폭발(Primary/Secondary Dust Explosion), 예방대책에 대해서는 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/79

분진폭발 5요소 및 예방대책

 

분진폭발 발생조건 및 전파

분진폭발은 가연성 분진이 공기 중에 분산되어 있고, 점화원이 존재할 때 발생한다.

분진폭발 발생조건은 연소의 개시조건과 같이 일반적으로 가연물, 산소 및 착화원이 주어져야 한다. 특히 입도가 작은 분진의 경우 단위 무게 당 표면적(비표면적)이 증가하기 때문에 반응속도가 증가하게 되어 그 위험성이 높다.

 

분진폭발이 전파되기 위해서는 다음 조건을 만족시킨다.

(1) 분진이 가연성이어야 하며

(2) 분진이 적당한 공기로 수송할 수 있어야 하고

(3) 분진이 화염을 전파할 수 있는 분진크기 분포를 가져야 한다.

(4) 분진농도가 폭발범위 이내여야 하고

(5) 화염전파를 개시하는 충분한 에너지의 점화원이 있어야 한다.

(6) 충분한 산소가 연소를 지원하고 유지되도록 존재해야 한다.

 

 

분진폭발 발생 과정

분진폭발이 아주 짧은 시간에 일어나는 과정은 다음과 같다.

(1) 우선 폭발압력이 선행하고, 1/10 ~ 1/20초 늦게 화염이 진행된다.

(2) 화염의 전파속도는 상온 상압에서 초기에는 2 ~ 3 m/s 정도이다

(3) 연소한 분진의 팽창에 의해 압력이 상승하므로 가속도적으로 빨라진다.

(4) 폭발압력의 전파속도는 20 m 이상의 덕트나 배관에서는 수십 m/s의 폭연과화염온도의 상승과 더불어 압력의 전파속도도 증가해 음속을 초과하여 폭굉이 발생할 수 있다.

(5) 분진폭발에서는 연소열에 의한 회재가 동반되며, 연소입자의 비산으로 인체에 닿으면 심한 화상을 입게 된다.

(6) 고체 입자의 불완전연소로 인한 일산화탄소가 다량으로 발생하여 가스위험이 있다. 탄광 등 폐쇄된 장소에서의 분진폭발에 의한 사망 원인은 폭발압력보다 불완전연소가스에 의한 질식사가 많은 것으로 알려져 있다 동시에 CO2, CH4, H2 이외에 건류가스의 발생도 있고 HCN과 같은 유독 가스도 존재한다. 가스폭발의 경우 최대폭발압력은 당량농도 부근에서 발생하지만, 분진의 경우 고체입자로 불완전 연소되므로 당량농도보다 훨씬 높은 농도에서 최대폭발압력이 발생한다.

 

 

분진폭발의 특징

분진폭발의 특징은 대부분 1차와 2차폭발로 나눌 수 있다. 

1차 분진폭발은 부유된 가연성 분진이 초기에 점화되었을 때 일어난다. 그리고 2차 분진폭발은평형표면위에 축적되어 있거나 가라앉아 있는 분진이 1차 분진폭발의 결과로 분산되어 연속적으로 점화한다. 2차 분진폭발은 설비도처로 과압의 전달을 일으킬수 있다.

분진폭발의 가장 큰 특징은 최초의 부분적인 분진폭발에 의해 발생된 폭풍으로 주위에 퇴적되었던 분진들이 날리면서 2차, 3차의 분진폭발을 일으켜 피해가 더욱 커지게 되는 것이다.

가연성 분진은 더 큰 충격파(Impulse)와 과압 지속시간이 길고, 분진폭발이 더 느린 화염속도를 가지는 경향이 있다. 따라서 인화성 증기보다 더 심각한 폭발을 생성시킬 수 있다.

일반적으로 분진운을 통한 화염전파속도는 1 ~ 300 m/s의 범위이다. 결과적으로산업현장의 대부분 분진운의 연소는 일반적으로 폭굉 보다는 폭연을 일으킨다.

분진폭발의 특징은 인화성 증기나 가스 폭발에 비해 연소속도나 폭발압력은 작으나 연소시간이 길고 발생에너지가 크기 때문에 파괴력과 연소정도가 크다.

폭발시 발생하는 발생에너지는 최고치에서 비교한 경우 가스폭발의 수배 정도이다. 온도는 2,000 ~ 3,000 ℃ 정도까지 상승하는데 이는 단위체적당 탄화수소양이 많아 발열량이 높기 때문이다.

 

 

분진폭발 특성 시험법 분류

 

 

<그림 1> 분진폭발 특성 시험법 분류

 

Reference : 1. KOSHA 화공안전 기술편람

                    2. KOSHA 공정의 분체조건에 따른 발화 및 화재폭발 위험성평가