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연소의 종류를 5가지 제시, 공통적인 안전대책은?

 

 - 확산연소(기체), 예혼합연소(기체), 분무연소(액체), 증발연소(액체, 고체), 분해연소(고체), 자기연소(고체), 표면연소(고체)

 

1. 확산연소 (기체)

가연물이 공기와 혼합되어 연소가이루어지는 현상으로 물질의농도가높은곳에서낮은 곳으로 이동하기 때문에 가연물과 공기가서로 혼합되어 연소되는 것이다.

- 증발연소, 분해연소, 표면연소가확산연소의 형태로 연소된다.

 

안전대책 : 1)가연물의 선소공급원과의 접촉을 차단, 2)가연성 혼합기 형성의차단(불활성 가스주입, 3)연소 하한계와 상한계 활용)

 

2. 예혼합연소 (기체)

기체 가연물이 공기(산소)와 미리 혼합된 가연성 혼합기를 형성한 성태에서 연소하는 현상이다.

- 전일차공기식 연소기, 내연기관 등이 이러한 연소를 한다.

 

안전대책 : 1)액화에 의해 화재 확산과 폭발이 일어나지 않도록 주의해야 한다. 2)예혼합된 가연성 혼합기의 가스에 대해 누출 여부를 정기적으로 확인한다. 3)연소기 전단에 차단밸브를 설치하여 누출, 역화 시 차단이 가능하도록 해야 한다.

 

3. 분무연소 (액체)

액체 연료를 미세한 입자로 분무함으로써 공기와 혼합되어 가연성 혼합기를 형성함으로써 연소하는 현상이다.

- 경유, 휘발유의 내연기관 등이 이러한 형태의 연소를 한다.

 

안전대책 : 1)적정 운전온도, 압력에 대하여 상시 확인 되어야 한다. 2)연소폭발을 이용한 연소장치의 경우폭발 압력 또는 연료 누출로 인한 화재 확산, 연소기 외부폭발 등이 일어나지 않도록 기계의 결함, 연료 누출 등을 상시 확인하여야 한다.  

 

4. 증발연소 (액체, 고체)

액체가 증발하며 공기와 환합되어가연성 혼합기를 형성하여 연소하는 현상이다.

- 파라핀, 등유, 경유, 휘발유 등의 인화성 액체의연소가 이에 속한다.

 

안전대책 : 1)포소확설비를 사용하여 표면에서의 화염적촉을차단하고, 냉각하여 소화한다. 2)액체가 증발되어 가연성 혼합기를 이루지 않도록 열과의 접촉을 차단한다.

 

5. 분해연소 (고체)

고체의 표면에서 열에 의해 물질이분해되며 가연성 증기를 발생시키고 이러한 가연성 증기가 공기와 혼합되어 가연성 혼합기를 형성함으로써 연소가 일어나는 현상이다.

- 나무, 석탄 등이 분해연소를 한다.

 

안전대책 : 1)고체가 열분해되지 않도록 열과의 접촉을 차단한다. 2) 분해가스의 화염과의 접촉을 차단한다. 3)작은 충격에도 분해되어가연성 증기를 발생시키는 물질의 경우 취급에 주의한다.

 

6. 자기연소 (고체)

물질이 내부에 산소를 포함하고 있어 외부에너지의 공급에 의해 외부의 산소공급 없이도 연소가 발생하는 현상이다.

- 니트로 화합물, 아조화합물 등의 자기 반응성 물질이 이에 속한다.

 

안전대책 : 1)열, 충격 등에 주의하여 반응에 필요한 에너지가 공급되지 않도록 한다. 2) 자기연소가 일어날 경우를 대비하여 주변의 연소물질과 이격하여 관리한다.

 

7. 표면연소 (고체)

물체의 표면에서 분자가 적열되며 산화반응을 하는 것으로 불꽃이 없는 연소이다.

- 코크스, 분상의 금속 등이 이러한 연소를 하며, 고체상태에서 연소한다.

 

안전대책 : 1)화재 시 다량의 물로 표면의 화심이 소화되도록 해야 한다. 2)재발화의유려가 있으므로 재발화 여부를 꼭 확인하여야 한다.

 

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폭발한계에 미치는 환경적인 효과

 

-에너지(발화온도, 최소점화에너지), 조성, 압력, 가연성 물질의 양과 환경, 가연성 물질의 종류, 기타 조건

 

        1. 에너지 

            - 발화온도 : 강연성 혼합기를 형성하여 발화가 가능한 온도

            - 최소점화에너지 : 가연성 혼합기를 형성한 상태에서발화가 가능한 점화에너지가 내부계 또는          

              외부계로부터 공급되어야 한다.

 

        2. 조성 : 가연성 혼합기의 상태가 폭발범위 내에 존재해야 한다.

 

        3. 압력 : 압력이 높을수록 폭발이 잘 발생할 수 있다.

 

        4. 가연성물질의 양과 환경 : 가연성 혼합기를 형성하여 체류하여 폭발이 발생 가능한 정도의

            에너지가존재하는 밀폐계이어야 한다. 개방계에서는 가연성 혼합가스의양이 밀폐계보다

            수백 이상 체류된 상태에서만 UVEC가 발생한다.

 

        5. 가연성 물질의 종류 : 가연성 물질의 발열량이 높을수록 폭발력이 강하다.

 

        6. 기타조건 : 가연성 혼합기의흐름(난류), 착화지연시간 등

 

 

 

 

 

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석유화학공장에서의 화재/폭발사고 유형

 

석유화학공장에서 원부원료나 제품으로 속하는 인화성액체, 가연성가스 및 인화성액체가스의 화재는 ①높은 연소열, ②빠른 열방출속도, ③유동성의 3가지 특성으로 인해 다른 일반화재에 비해 그 위험성이 더욱 높으며, 다음과 같은 화재 또는 폭발 중에 한가지 또는 두가지 이상이 복합되어 일어날 수 있다.

 

1. Pool fire(개방용기의 액체화재)

- 대기상에 액면이 노출된 개방탱크 또는 방유제 내의 액체에 착화되었을 때의 화재

- 열방출 속도는 노출된 액체 표면적에 좌우

- 액 표면적 1㎡당 27,000 ㎉/min 정도의 열이(완전연소 가정시) 방출

- 매분 액체 표면적 1㎡당 3.78 ℓ의 액체가 소진되고, 또한 매 7분마다 약 1"정도 높이로 감소 되며(시간당 22 cm) 소진됨.

 

2. Unconfined spill fire(자유공간 유출 화재)

- 개방공간 지표면상에 방출된 액체는 지표면에 두루 퍼져서 엷은 막을 형성

- 화재는 방출된 액체량과 방출된 지표면 형태에 좌우

- 방출이 수반된 화재도 액체 표면적 1㎡당 27,000 ㎉/min 의 열을 방출할 수 있으며, 화재지속시간은 유출 양에 달려 있다.

 

3. Jet fire와 Spray fire(가압의 가스 또는 액체 분출 화재)

- 가압상태의 가스 또는 액체가 분출될 때 착화된 화재 유형을 Jet fire라 함.

- 특히 유압유배관 또는 액체 이송배관과 같이 인화성액체가 가압된 상태에서 연무상태로 누출될 때 착화된 화재를 Spray fire라 하며, 스프레이 상태(작은 방울의 액체 연무)에서는 인화점 미만의 온도에서도 쉽게 점화된다.

- 스프레이된 액체는 그것이 방출되어 Pool fire 또는 Spill fire가 일어났을 때 보다 훨씬 큰 열방출속도로 신속하게 연소한다.

- 스프레이 화재는 액체 1 ℓ당 약 8,000 ㎉의 열을 발생

- 화재의 지속시간은 공급되는 연료량과 얼마나 빨리 연료를 차단하는가에 달려 있다.

 

4. Confined explosion(밀폐공간 폭발)

- 제한된 밀폐공간에서 급격한 화학적 반응등으로 인한 폭발을 말한다.

- 이것의 주된 원인은 연소반응, 열분해, 또는 폭주반응이다.

- 만약 Vent 되지 않는다면, 이로 인한 위험성은 폭발로 인한 충격파와 파편이다.

- 증폭된 압력은 초기 절대 압력의 6∼9배가 된다.

 

※ BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion : 비등액 팽창증기 폭발)도 Confined explosion(밀폐공간 폭발)의 한 유형이다.

- 밀폐공간 내에서 대기압하에서의 비점보다 과열된 상태에 있는 액체가 그 수용용기의 파열로 갑자기 가압상태에서 풀어질 때 일어나는 급속한 기화로 인한 물리적 폭발로 볼 수 있다.

- 에너지는 팽창증기와 비등액에 의해 생성되며, 증기가 인화성이 있고 점화되는 경우 Fire ball(화구)가 생겨난다.

- 증기는 공기와 미리 혼합되어 있지 않기 때문에 점화가 즉각 이루어지는 경우 연소의 주된 효과는 폭발력(과압 효과)이라기 보다는 화재와 복사열의 조합이다.

- BLEVE는 불연성 액체에서도 발생할 수 있다.

 

5. Unconfined vapor cloud explosion(자유공간 증기운 폭발)

- 증발이 용이한 가연성 물질이 다량으로 급격하게 대기중에 유출되면 증기운을 형성하여 확산되며, 물질의 연소하한계 이상의 상태에서 착화원과 접촉시 발생하는 폭발사고를 자유공간 증기운 폭발(UVCE : Unconfined Vapor Cloud Explosion) 또는 증기운 폭발(VCE : Vapor Cloud Explosion) 이라 한다.

- 증기운 폭발(VCE)에 의한 피해는 충격파에 의한 것이며 최대과압(Peak overpressure)은 15 PSI이다.

- 석유화학공장에서 일어날 수 있는 최악의 사고로 74년 영국 Flixborough Nypro사에서 발생한 폭발사고는 이러한 유형의 대표적인 사고이다.

- 30년간 세계 100대 석유화학공장의 사고통계(M&M Protection 컨설턴트사)에 의하면 사고발생 빈도가 36%로 화재(31%)나 다른 폭발(29%)사고 보다 높고 한 사고당 피해액도 11,090만 달러로 화재나 다른 폭발사고에 비하여 약 2배정도 많다.

 

 

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Forth Over, Slop Over 의 Boil Over 차이점

 

Forth Over

1. Forth Over 는 유류저장탱크의 내부에 고온의 물질, 즉 아스팔트 등이 들어갈 경우 유류 표면에서 액체가 끓어 외부로 넘치는 현상이다.

2. 이러한 Forth Over 는 유류가 외부로 넘침 현상에 의해 팅크 외부로 튀어나가게 되어 위험 물질의 누출과 관계가 있는 위험성이다.

 

Slop Over

1. Slop Over 는 유류저장탱크의 표면화재시 물(소화약제)이 액체 표면에 방사될 경우 높은 온도로 인하여 물이 증발과 함께 액면에서 튀기게 됨으로써 화염과 유류물질이 같이 탱크 외부로 튀겨 분출되는 현상이다.

2. Slop Over 발생시 화재의 확산과 더불어 주변의 설비에 영향을 미치기 때문에 특히 주의해야 한다.

 

Boil Over

1. Boil Over 는 유류탱크 내부의 물이 들어가 탱크 하부에 체류하게 되고 외부로부터 탱크가 열을 받게 될 경우 바닥에 체류되어 있던 물이 비등하여 유류가 탱크 외부로 튀겨 분출되는 현상이다. 여기서 열을 받게 되는 경우란 탱크 아래의 부속설비의 유류 누출과 착화원에 의한 화재에 기인한다.

2. Boil Over 는 유류저장탱크 내부에 물이 침투하지 못하도록 함으로써 발생을 저지할 수 있다.

 

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