분진폭발

정의

분진폭발은 공기 중에 부유한 가연성 고체 미분이 점화원에 의해 순간 연소하는 현상이다.

연소 과정에서 압력이 급격히 올라가는 것이 핵심이다.

기체 폭발과 같은 화학폭발의 일종이지만, 분진은 입자 표면에서 가스가 생겨 연소한다.

구성 요소

분진폭발은 연소 3요소인 연료, 점화원, 산소에 분산과 밀폐가 더해져 성립한다.

분산은 입자가 충분한 농도로 떠 있는 조건이고, 밀폐는 압력이 쌓이는 조건이다.

다섯 요소 중 하나라도 빠지면 폭발은 일어나지 않는다.

착화 과정

착화는 네 단계로 진행된다. 먼저 입자 표면이 열을 받아 온도가 올라간다.

다음으로 표면 열분해 가스화로 입자 주위에 가연성 가스가 생긴다.

이 가스가 공기와 섞여 점화에너지로 발화하고, 화염이 주변 입자로 옮겨 간다.

그 결과 연소가 전파되며 압력이 급격히 올라간다.

1차와 2차 폭발

1차 폭발은 설비 내 부유 분진이 처음 착화되는 것이다.

2차 폭발은 1차 폭발의 압력이나 진동으로 퇴적분진이 떠올라 재착화되는 것이다.

2차 폭발은 분진량과 점화원이 커져 1차 폭발보다 파괴력이 큰 경우가 많다.

직접 풀어 보자.

폭발 강도 지표

정답은 2차 폭발이다.

폭발 강도는 최대 압력 상승속도와 용기 부피로 구한 Kst로 나타낸다.

Kst는 최대 압력 상승속도에 용기 부피의 세제곱근을 곱한 값이다.

Kst 값으로 St 0부터 St 3까지 등급을 나눈다.

St 1이라도 위험할 수 있으므로 등급은 상대적 척도로 해석한다.

성상 인자와 예방

입도와 수분, 산소 농도는 분진 폭발의 위험을 바꾼다.

입자가 작을수록 하한 농도는 낮아져 위험이 커지고, 수분이 많으면 하한 농도가 높아져 위험이 줄어든다.

산소 농도가 낮아지면 폭발 불능 영역이 생긴다.

예방은 착화원 제거, 불활성가스 치환, 퇴적 방지, 환기 순으로 정리한다.