폭발에 대해서 제대로 알고 계신가요? 오늘 확실히 알고 가세요!
폭발이란?
급격한 화학반응이나 기계적 팽창으로 급격히 이동하는 압력파나 충격파를 만들어 내는 현상을 말하며 폭발은 과충전에 의한 용기파열과 같은 물리적 폭발과 급격한 화학반응에 의한 화학적 폭발로 구분 할 수 있으며, 화학적 폭발은 반응형태에 따라 균일반응과 전파 반응으로 구분된다.
원인물질에 따라 가스폭발, 분진폭발 또는 고체폭발 등으로 나뉘며 충격파의 전파속도가 음파(공기 중 330m/s)보다 빠른 경위 폭굉과 음파(공기 중 330m/s)보다 느린 경우의 폭연으로 구분한다.
폭발형태에 따른 분류
- 물리적 폭발
진공용기와 압괴, 과열액체의 급격한 비등에 의한 증기폭발, 용기의 과압과 과충진 등에 의한 용기파열 등을 들 수 있으며 물질의 용해열, 수화열도 물리적 폭발요인이 된다. - 화학적 폭발
화학반은에 의하여 단시간에 급격한 압력상승을 수반할 때 폭발이 이루어지고 이러한 화학반응으로는 산화, 분해, 중합 반등 등이 있으며, 폭발 시에 많은 양의 열이 발생된다.
화학적 폭발의 종류
| 구분 | 특징 | 예시 |
| 산화폭발 | 비정상적인 연소 시 가연성 물질이 공기와의 혼합, 화합으로 산화반응을 일으킴 | 가연성가스, 증기, 미스트와 공기와의 혼합, 밀폐 공간 내부에 가연성가스 체류 시 등 |
| 분해폭발 | 자기분해성 물질의 분해 | 산화에틸렌, 아세틸렌의 분해 반응, 디아조 화합물의 분해열 등 |
| 중합폭발 | 발열중합반응 시 온도조절(냉각 등) 실패로 인한 급격한 압력 상승, 2차로 증기운 폭발을 일으킴 | 촉매 이상으로 인한 이상반응, 냉각설비 고장으로 인한 온도 조절 실패 등 |
폭발물질에 따른 분류
일반적으로 폭발물질의 형태에 따라 분류하며 가스폭발, 분진폭발, 미스트폭발, 고체폭발 및 증기폭발 등으로 분류
| 구분 | 특징 | 예시 |
| 가스폭발 | ㆍ메탄, 수소, 아세틸렌 등 가연성 가스 ㆍ가솔린, 알코올 등 인화성 액체의 증기 |
ㆍ공기와의 혼합 상태에서 점화원으로 인한 산화반응 ㆍ용기 등 밀폐 공간에서 분해, 중합반응 |
| 증기폭발 | ㆍ고압 포화약, 액체의 급속 가열 극저온 액화가스의 수면 유출 등 | ㆍ물리적 폭발로서 급속한 기화현상에 의한 체적팽창 ㆍ보일러 등 고압포화수의 급속한 방출 ㆍ물 등에 고온의 용용금속 등의 대량 유입 |
| 미스트 폭발 | ㆍ윤활유, 기계유 등 가연성 액체 | ㆍ가연성 액체가 안개상태로 공기 중에 누출되어 가스-공기와의 부유 상태 혼합물을 형성하여 폭발 |
| 고체 폭발 | ㆍ화약류, 유기 과산화물, 유기 발포제 등 | ㆍ위험물질 자체에 갖고 있는 산소와 산화반응으로 폭발 |
| 분진 폭발 | ㆍ금속분, 농산물, 석탄, 유황, 합성수지 및 섬유 등 가연성 분진 | ㆍ공기 중 부유분진이 폭발 하한계 이상의 농도로 유지될 때 점화원에 의해 폭발 |
폭연과 폭굉
- 가연성 가스나 인화성 물질의 증기가 폭발범위내의 어떤 농도에서 반응(연소)속도가 급격히 증대하여 음속을 초과하지 않는 경우를 폭연이라 하고 음속을 초과하는 경우을 폭굉이라고 하는데 이 과정에서 발생하는 충격파 등이 큰 파괴력을 지니는 압축파의 형태로 나타남
- 폭굉은 모든 가스에서 나타나는 것이 아니고 특정한 조건에 의하여 발생되는데 음속이하의 반응속도에서도 큰 파괴력을 나타낸다. 대체로 폭굉은 음속의 4~8배 (1220 ~ 2700m/sec) 정도의 고속 충격파로서 가연성 가스와 공기가 혼합된 넓은 공간에 서는 잘 발생되지 않지만 좁고 긴 배관 등에서는 발생하기 쉬움
- 폭굉의 형성과정은 아래와 같으며 폭발에 의하여 생성되는 폭음파는 순간적인 압력발생이나 압력 방출에 의하여 공기 중에 압력파를 전달함으로서 발생됨
비등액체 팽창증기 폭발(BLEVE)
생성과정
- 비등액체 팽창증기 폭발(BLEVE : Boiling Liquid Expanded Vapor Explosion)은 다량의 탄화수소계 물질이 방출될 수 있는 특별한 형태의 폭발로써 그 물질이 가연성이라면 증기운폭발(VCE : Vapor Cloud Exposion)을 낳게 할 수도 있고 만약 독성 물질이라면 넓은 면적에 걸쳐 독성물질이 퍼질 수 있다.
- BLEVE는 비점 이상의 압력으로 유지되는 액체가 들어있는 탱크가 파열될 때 일어나며 용기가 파열되면 탱크 내용물 중의 상당비율이 폭발적으로 증발하게 된다.
- 만약 약체가 가연성이고 화재가 BLEVE의 원인이라면 탱크가 파열될 때 점화될 것이고 BLEVE가 화재에 기인한 것이 아닐 때에는 증기운이 형성되어 그 결과 증기운 폭발(VCE)을 일으킬 수 있다. 또한, 증기는 피부에 화상이나 독성효과를 주는 등 인체에 해로울 수 있으며 용기에서 일어날 때 액체의 일부분만이 증발한다.
증기운 폭발 (VCE)
생성과정
- 화학공정산업에서 가장 위험하고 파괴적인 폭발은 증기운 폭발(VCE)이며, 이러한 폭발은 다음과 같은 단계로 일어난다.
가. 다량의 가연성 증기가 급격히 방출, 과열로 압출된 액체의 용기가 파열 할 때 일어남
나. 플랜트에서 증기가 분산되어 공기와 혼합
다. 증기운의 점화
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