가스·증기 연소폭발 영향인자

무엇인가

가스·증기 연소폭발은 폭발범위 안의 혼합기가 점화원으로 착화되어 일어난다.

그 강도를 좌우하는 것이 영향인자다. 농도, 온도, 압력, 산소농도, 불활성 물질, 점화 조건, 밀폐도가 여기에 든다.

쉽게 말해 가스는 공기와 적당히 섞여야 불이 붙는다. 너무 묽거나 진하면 불이 붙지 않는다.

폭발범위의 경계

폭발범위는 공기 중 가연성 가스 농도의 하한과 상한 사이 구간이다.

하한은 폭발하한계 LEL, 상한은 폭발상한계 UEL이다. 둘 사이에서만 폭발이 가능하다.

산소농도를 한계산소농도 LOC 이하로 낮추면 가연성 가스가 있어도 폭발이 일어나지 않는다.

영향인자

조성 말고도 온도, 압력, 산소농도, 불활성 물질이 연소범위를 바꾼다.

온도와 압력이 오르면 하한은 낮아지고 상한은 높아진다. 그래서 범위가 넓어진다.

산소농도가 높아지면 범위가 넓어진다. 불활성 가스를 넣으면 범위가 좁아진다.

같은 가스라도 공정 조건에 따라 폭발 위험이 달라지는 이유다.

혼합가스 계산

가연성 혼합가스의 하한은 르샤틀리에 혼합법칙으로 구한다.

성분마다 부피분율을 단독 하한으로 나눈 값을 구해 모두 더한다.

그 합의 역수가 혼합물의 하한이다. 상한도 같은 방식으로 구한다.

헷갈리는 점

헷갈리기 쉬운 두 용어가 있다. 화염속도와 연소속도는 같은 말이 아니다.

화염속도는 화염면이 미연소 혼합기 속으로 이동하는 속도다. 난류와 밀폐 조건에 따라 크게 달라진다.

기본 연소속도는 층류 화염의 값으로, 기본 물성으로 일정하다.

분진과 가스는 인자가 다르므로 섞어 설명하지 않는다.

정리

정리한다. 영향인자는 조성, 물리, 환경, 구조 인자로 나뉜다.

온도·압력·산소농도가 높아지면 연소범위가 넓어진다. 불활성 가스는 범위를 좁힌다.

한계산소농도 이하에서는 폭발이 일어나지 않는다. 혼합가스는 르샤틀리에 법칙으로 계산한다.