폭발의 원리 및 특성

 

연소파와 폭행파



연소파란?
가연성 가스와 공기가 혼합해서 폭발 범위 내에 이르게 되면 화염의 전파 속도가 0.1 ~ 10 m/s 정도로 빠르게 진행하게 되는데 이러한 화염 면의 진행파를 연소파라고 합니다. 


폭굉파?
연소파가 어떤 거리를 진행한 후에 돌발적으로 전파 속도가 증가하게 되는 순간이 있는데, 화염의 전파 속도가 음속 340 m/s  이하이면 폭연, 이상이면 폭굉이라고 하는데 폭굉은 대략적으로 천에서 3500 m/s 로 매우 빠른 속도로 나오는 것을 알 수 있습니다. 
그래서 이러한 화염면의 진행파를 폭행파라고 한다고 볼 수가 있게 되는 것이죠. 

 

 

폭굉과 유도 거리 (DID)

 

최초의 원만한 연소에서 폭행까지 발달하는 데까지의 유도되는 거리라고 볼 수 있고 폭행 유도 거리가 짧아지는 요건이 있습니다.

 

1.첫 번째 정상 연소 속도가 큰 혼합 가스일수록 짧아진다. 
2.관내에 방해물이 있거나 관경이 가늘수록 짧아지게 됩니다. 
3.주위의 압력이 높을수록 짧다
4. 점화원의 에너지가 강할수록 짧다 

이런 네 가지에 대한 특성이 있습니다. 

 

폭발이란 무엇이냐?

 

폭발이 발생하기 위해서는 물리적 조건과 에너지 조건을 모두 만족시켜 줘야 되는데 혼합 가스가 연소 범위에서 점화되었을 때 고온 그리고 빠른 연소속도로 체적이 급격히 팽창 그다음에 기계적 파괴력이 미치는 현상이 폭발이라고 볼 수가 있게 되겠습니다. 

 

폭발 발생의 필수 인자로서는 초기 압력 그다음에 가연성 물질의 온도와 농도 범위 그다음에 압력의 방향과 용기의 크기의 형태가 있습니다. 

 

원인 물질의 물리적인 상태에 따른 폭발의 분류로서 대표적으로 기상 폭발과 응상 폭발로 구분을 할 수가 있습니다. 

기상 폭발의 종류와 응상 폭발의 종류

 

 

 

 

 

 

 

 

 

분진폭발

분진 폭발은 어떤 식으로 폭발 순서가 이루어지게 되냐면 먼저 어떤 곳에 분진이 쌓인다고 생각해 줄 수가 있겠죠. 
그럼  분진이 계속 쌓여 가겠죠. 

그래서 분진이 퇴적된 것이 바로 첫 번째 순서가 되겠고 자 그러면 공기류가 접촉하게 됩니다. 
공기류가 접촉하게 되면 이 분진들이 마구 날아다닌다는 걸 알 수가 있겠죠. 

자 그래서 공기가 닿기 때문에 이때 분진들이 마구 비산하게 되겠고 그다음에 이 비산되면 곳곳에 분진들이 분산을 하게 됩니다.

자 그래서 하나의 분진 분진가루 하나에서 어떠한 폭발이 발생하게 되면 즉 이것이 발화원이 되겠죠. 
발화원이 발생하게 되면 전면적으로 연쇄적으로 폭발이 발생돼서 이 차 폭발로 이어진다고 생각을 해 주시면 되겠습니다. 
자 그럼 이러한 분진 폭발에 영향을 주는 인자와 영향에 대해서 보도록 하면 첫 번째 분진의 입도 및 입도 분포를 보았을 때 그러면 일반적으로 분진이라는 것은 비교면적이 넓어지기 때문에 폭발하기 쉽다고 볼 수가 있겠죠. 


일반적으로 분진이라는 것은 미세한 고체 입자라고 볼 수가 있는데, 즉 비평면적은 외부에 닿는 면적이 많아진다 볼 수 있는데, 대표적으로 같은 부피의 모래와 그다음에 바위가 있다고 생각을 해봤을 때 이때 바위는 크게 하나 로 존재하기 때문에 비표면적이 상대적으로 모래보다 작다는 걸 알 수가 있습니다. 

두 번째 분진의 화학적 성질과 조성을 보게 되면 연소율이 큰 분진일수록 저농도에서 폭발하고 폭발 위력도 크게 되고 하나의 형상과 표면 상태를 보았을 때 분진의 표면적이 클수록 폭발성이 높아지며 분진의 부유성을 보았을 때는 부유 분진이 퇴적 분지에 비해 발아 온도가 높다는 걸 알 수가 있습니다. 


마지막으로는 분지 속의 수분을 보게 되면 수분을 함유한 분진은 부유성 및 정전기 대전성이 감소하게 돼서 폭발 위험성이 낮아진다고 볼 수가 있습니다. 

그렇기 때문에 분진 폭발의 특성을 보게 되면 가스 폭발보다 발생 에너지가 크다 특징이 있으며 그다음에 폭발 압력과 연소 속도는 가스 폭발보다 작은 특성이 있습니다. 

그래서 이것은 연소 시간이 길다고 볼 수 있겠죠. 

 

주위 분진에 의해서 이 차 3차 폭발로 파급될 수 있는 특징이 있습니다. 

또한 분진 폭발은 일반적으로 폭발이 발생하게 되면 2000~ 3000도 까지 매우 위험한 특성을 갖는다라고 볼 수가 있게 되는 것이죠. 

 

폭발 현상

 

 

 
UVCE 폭발

 

 

어떠한 연료가 담겨 있는 연료 탱크가 있다고 생각하도록 할게요

그럼 이 연료 탱크에 어떠한 구멍이 발생되어서 인화성 액체 등이 마구 누출되고 있고 액체가 나오게 되면 이때 액체가 쌓이게 돼서 증기구름이 형성이 됩니다. 
이때 이 증기가 공기가 혼합됨으로 해서 증기구름이 형성된다고 볼 수 있겠고 자 이때 탱크 표면의 균열 발생으로 이때 화재가 발생하게 됩니다. 
그래서 화재가 발생하게 되면서 폭발하게 되면서 전체적인 폭발이 발생한다고 볼 수가 있게 되는 것이죠. 
그래서 UVCE에는 자유 공간에서의 증기는 폭발이고 발화원이 필요한 폭발이라고 정리를 해 줄 수가 있게 되는 것입니다. 

BLEVE 폭발

이것은 어떤 식으로 파악할 수 있냐면 먼저 연료 탱크를 있다고 생각해볼께요 
연료 탱크가 있다고 보았을 때 안쪽에는 마찬가지로 인화성 액체가 채워져 있겠죠. 
이때 외부에서 어떤 화재가 발생돼서 계속 주변의 기온이 올라가게 됩니다. 

 
그래서 지속적으로 올라가게 되면 내부에 있는 액체들이 계속 팽창을 하게 계속 바깥으로 나가려는 성질에 의해서 내부적으로 폭발이 발생하게 되는 것이죠. 

그래서 이때는 무엇이냐면 개방계가 아닌 BLEVE 는 밀폐계의 폭발로 볼 수 있고 응상 폭발로 구분할 수가 있습니다. 

 

마찬가지로 UVCE 와 비교를 하게 된다면 UVCE 는 발화원이 필요한 폭발이지만 BLEVE  발화원이 필요 없는 폭발로 구분을 할 수가 있게 되는 것이죠.