분진방폭

왜 배우는가: 분진폭발은 곡물·금속·석탄·플라스틱 등 다양한 산업현장에서 발생하며, 전기설비가 점화원이 되는 사고를 막기 위해 방폭 설계가 필수다. 분진의 종류와 특성을 알아야 위험장소 구분과 방폭구조 선정이 가능하므로 전기안전기술사 시험에서 1교시 용어와 4교시 논술로 반복 출제된다.

출제 이력: 제113회 1교시 9번, 제104회 4교시 5번, 제95회 3교시 3번, 제89회 1교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

분진폭발은 공기 중에 부유한 가연성 분진이 점화원에 의해 순간적으로 연소하여 압력이 급격히 상승하는 현상이며, 이를 막는 것이 분진방폭이다.

• 분진폭발, 가연성 분진, 부유 상태, 폭발하한농도, 최소점화에너지, 분진방폭구조, 분진폭발 위험장소, 폭발등급(St)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 가루가 공중에 떠 있다가 불꽃을 만나 한꺼번에 타는 현상이다. 가루 자체보다 공기 중에 흩어진 상태에서 위험이 커진다. 쌓여 있는 분진도 화재 위험은 있지만 폭발은 대부분 부유 상태에서 일어난다.

정식 정의는 다음과 같다. 가연성 분진이 공기 등 산화성 분위기 중에 일정 농도 이상으로 분산되어 있을 때, 점화원에 의해 급속히 연소하면서 폭발성 압력이 발생하는 현상을 말한다. 분진은 보통 입자 직경 75μm 이하의 고체 가루로 공기 중에 떠 있는 것을 가리며, 분진폭발 대상이 되는 고체는 대부분 직경 500μm 이하이나 예외가 있다.

분진운(dust cloud) 은 공기 중에 부유한 분진의 집합이다. 분진운의 농도가 폭발하한농도 이상일 때만 점화되어 폭발한다. 농도가 너무 높으면 산소가 부족해 폭발하지 않는다.

최소점화에너지(MIE) 는 분진운을 점화시키는 데 필요한 최소 에너지다. 정전기 방전, 기계 마찰 불꽃, 고온 표면이 대표적인 점화원이다. 분진은 가스보다 최소점화에너지가 크지만 연소 시간이 길어 폭발 압력과 피해 범위가 크다.

분진방폭구조 는 전기기기 내부에서 분진이 침투하지 않게 하거나, 표면온도를 발화온도보다 낮게 제한하여 분진층이나 분진운의 점화를 막는 구조다. 방폭 형식은 기기를 용기로 보호하는 방식과 분진침투방지·표면온도제한 방식으로 나뉜다.

폭발등급(St) 은 분진폭발의 격렬함을 나타내는 지표다. 분진폭발지수 Kst 값으로 St1에서 St3까지 나누며, 값이 클수록 폭발 강도가 크다. 기준은 Kst 값의 범위에 따라 관련 기준이 정한 등급(St1~St3)으로 나눈다.

3. 등장 배경과 필요성

산업이 고도화되면서 곡물, 금속, 석탄, 합성수지, 식품 원료 등 미세한 가루를 다루는 공정이 늘었다. 분쇄·이송·혼합·집진 과정에서 분진이 공중에 흩어지기 쉽다. 과거 곡물 사일로와 석탄 광산에서 대형 분진폭발이 반복되면서 분진의 위험성이 본격적으로 주목받았다.

분진폭발은 한 번 일어나면 2차, 3차 폭발로 번지기 쉽다. 첫 폭발이 설비 주변의 퇴적 분진을 날려 올리고, 이 분진이 다시 폭발하면서 피해가 커진다. 전기설비는 스위치, 모터, 조명, 배선에서 아크나 고온 표면을 만들 수 있어 주요 점화원이 된다. 따라서 전기 측면에서는 위험장소를 구분하고, 그 장소에 맞는 방폭 기기와 배선을 선정하는 것이 핵심이다.