가연성 분진 착화 폭발

정의와 핵심 키워드

가연성 분진 착화 폭발은 공기 중에 떠 있는 미세 가루가 불씨를 만나 순간적으로 타는 현상이다.

가루가 한 덩어리로 타는 것이 아니라 입자 하나하나가 동시에 타며 화염이 빠르게 퍼진다.

점화원은 분진운을 착화시키는 에너지원이며, 전기 불꽃과 정전기가 대표적이다.

성립 5요소

분진 폭발은 가연물, 산소, 점화원, 분산, 밀폐 다섯 요소가 동시에 있어야 성립한다.

분산은 입자가 공기 중에 떠 있어 표면적이 넓은 상태이고, 밀폐는 압력이 빠져나가지 못하게 구속하는 조건이다.

이 중 하나라도 빠지면 폭발로 발전하지 않는다.

착화에서 화염 전파까지

폭발은 점화원이 분진운의 일부를 국부적으로 가열하는 것에서 시작된다.

가열된 입자는 표면 산화나 열분해를 일으키고, 방출된 휘발분이 산소와 만나 연소한다.

발생한 열이 주변 입자를 연쇄적으로 착화시켜 화염이 분진운을 따라 퍼진다.

밀폐된 공간에서는 연소가스가 팽창하면서 압력이 급상승한다.

2차 폭발의 구조

분진 폭발은 두 단계로 진행되는 경우가 많아 피해가 특히 크다.

1차 폭발의 압력파와 열이 바닥에 쌓인 퇴적분진을 날려 올린다.

재비산된 분진이 많이 떠 있는 상태에서 일어나는 2차 폭발은 훨씬 큰 피해를 낸다.

가스·증기폭발과 비교

가스·증기 폭발과 비교하면 분진폭발은 연료 상태와 점화 양상이 다르다.

분진은 정전기나 마찰에도 착화되고, 피해는 퇴적분진에 의한 2차 폭발로 커진다.

답안에서는 이 차이를 표로 나누어 쓰면 유리하다.

폭발 등급 판정

폭발 강도는 압력상승속도로 정하는 Kst 값으로 나타내고, 이 값으로 St 등급을 나눈다.

예를 들어 설탕 분진의 Kst가 153 bar·m/s이면 표 기준에 따라 St1 등급으로 판정한다.

이 등급은 방산구 크기와 격리 설계의 기초가 된다.

정리와 직접 풀기

정리하면 분진폭발은 다섯 요소가 갖춰졌을 때 점화원에서 시작해 2차 폭발로 확대된다.

시험에서는 정의, 성립 조건, 메커니즘을 묶어 묻는 문제가 반복해서 출제된다.

이제 방금 배운 조건을 직접 적용해 보자.