공부중

인화점 60 ℃ 미만인 인화성 액체의 증기 또는 가스를 대기로 방출 하는 설비와 화염의 전파 우려가 있는 배관 및 설비에 적용 합니다.

Deflagration Arrester(폭연방지기)

연소에 의한 폭발 충격파가 미반응 매질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상인 폭연의 전파를 방지하기 위하여 설계된 화염방지기

Detonation Arrester(폭굉방지기)

연소에 의한 폭발 충격파가 미반응 매질 속에서 음속보다 빠른 속도로 이동하는 폭발현상인 폭굉의 전파를 방지하기 위하여 설계된 화염방지기(긴 배관 내에서 가속화된 폭굉파가 발생할 경우)

우리가 일반적으로 사용하는 화염방지기는 폭연방지기 입니다. 한 방향성을 가져서 외부의 화재로부터 장치를 보호하는 역할을 합니다. 폭굉방지기의 경우 주로 manifolded 또는 긴 배관에 설치되는데 양방향성을 가져서 화재로 부터 다른 한쪽을 보호 합니다. 제품이 구분되어 나오므로 설계 단계에서 구분하여 사용해야 할 것 같습니다. 

Purging 하는 방법에는 어떤게 있을까요? 4가지!!

1. Dilution purging (희석)

2. Displacement purging (대체)

3. Pressure-Cycle purging (가압하여 빼는 방법)

4. Evacuation-Replacement purging (비우고 대체하는 방법)

Purging하는 방법에 따라 어떤 이점이 있을까요?

1. Dilution purging 

용기의 purge 압력을 최소화 할 수 있음.

질소 주입속도를 최대화 할 수 있음.

Bulk Storage Tank 등에 사용 가능함.

2. Displacement purging

질소보다 무거운지 가벼운지에 따라 purge 방향 고려해야됨.

질소 소모량 최소화 할 수 있음.

주입 속도를 최소화 할 수 있음.

길고 좁은 Chemical Reactor 나 Pipe line 등에 사용 가능함.

3. Pressure-Cycle purging

가압되고 배기되는 비율에 따라 산소 농도가 감소함.

4. Evacuation-Replacement purging 

3번이랑 비슷한 방법인데 진공을 거는 방법임.

vacuum break를 inert gas로 사용함.

deadleg 나 pocket이 많은 용기에 효율적임.

3번과 4번은 특별할 게 없네요. 가압하여 빼내는건 압력을 견딜 수 있는 용기에 사용해야 해요. Evacuation 방법은 진공이 걸리니까 진공으로 design 되어야 합니다. 주의 하세요. 

화재안전 관점에서 가장 중요한 물질의 성질중 하나가 인화점(Flash point) 입니다. 

인화점의 정의는 어떻게 될까요?

1 atm (760 mmHg) 에 있는 공기와 평형 조건에서 

충분한 양의 기체가 가연혼합물로 만들어지는 지점의 온도로 정의 합니다.  
인화점은 막힌 용기(Closed container)나 열린 용기(Open container)를 이용해서실험적으로 측정 할 수 있습니다.  
막힌 용기의 값이 보통 열린 용기 결과 값보다 몇도 정도 더 낮습니다. 이것은 대단히 중요한 안전 관련 결정들을 할 때 선호되어 이용합니다. 

폭발하한계(Lower Explosive Limit, LEL)는 인화점(Flash point)에서 공기와 함께 있는 가연성 물질의 농도(mole % 또는 volume % 입니다. 

순물질(pure material)의 인화점은 MSDS(material safety data sheets)나 책들, 인터넷 등에 찾아보면 바로 나옵니다. 그런데 혼합물질은 찾기가 쉽지 않습니다. 그래서 준비한 이슈가 개별적인 물질들의 인화점을 알고 있을때 혼합물질의 인화점을 어떻게 쉽게 예측할 수 있는지 알아 보는 겁니다. 알콜과 물이 섞인 용액을 예를들어 설명 하겠습니다.

두 성분 혼합물의 인화점은 어떻게 예측 할 수 있을까요?

인화점을 추측하는 절차는 vapor-liquid equilibrium(VLE) 계산과 굉장히 비슷합니다. 

Ideal mixure의 경우, Raoult's Law의 VLE 예측법을 이용

Non-ideal solution의 경우, 활동도 계수(activity coefficient)를 이용

물과 알콜같은 극성물질(polar compound)는 non-ideal 입니다. 

그리고 만족스런 결과를 위해 활동도 계수를 이용해야 합니다. 

ideal solution에도 활동도 계수를 설정합니다.

두 성분 혼합물의 인화점을 예측하는 일반적은 식은 아래와 같습니다. 

x1 = 몰 분율 (x1+x2 = 1 이 되어야 합니다)

y1 = 활동도 계수

P = 성분들의 vapor pressure

Pfp = 순 물질의 인화점에서의 vapor pressure

물과 같은 인화성 물질이 아닌것은 term을 지워버리면 됩니다. 그러니까 알콜을 첫번째 1부분에 넣고 2번은 지워 버리면 되는거죠. 

vapor pressure는 Antoine Equation을 이용해서 찾으시면 됩니다. 

위의 식 출처 : Journal of the university of chemical technology and metallurgy

먼저 이번 포스팅은 API 521 CODE 에 나와 있는 방법을 소개해 볼려고 해요.

API 521 에서 Orifice size 할 때 분출압력이 임계압력 보다 높다면 Liquid 가 있다 하더라도 Vapor 나 Gas 처럼 Vessel 을 "unwetted"로 보고 계산 합니다. 

API 521 의 계산식은 Air 의 물성치와 유체의 온도가 변하지 않는 이상기체 방정식을 이용해요.

Supercritical fluids 는 이상기체 법칙을 따르지 않고, 압축인자 0.5 ~ 0.7 의 범위를 갖어요. 하지만 Vessel 에서 분출하는동안은 일정하지 않아요. 온도 역시 일정치 않습니다. 

다행스럽게도 API 521 의 계산법은 요구되는 Orifice area 보다 더 크게 산출 됩니다. 그런데 Over size 된 Valve는 파괴적인 떨림이 잠재하며, PSV가 커져 비싸지는 단점이 있습니다.