폭발의 분류와 성립조건

 

폭발

폭발의 정의
폭발은 돌발적으로 소리가 발생하고 파괴나 화재를 동반하는 예기치 못한 현상이다.

폭발의 성립 조건
밀폐된 공간에 연소의 3요소가 있으면 폭발이 일어날 수 있다. 밀폐된 공간에 가연성 가스가 폭발 범위 내에 있고 점화원이 있으면 폭발이 일어날 수 있다.

혼합가스의 폭발 하한계 계산 방법
두 종류 이상의 가연성 가스 또는 중기 혼합물이 있을 때 폭발범위 하한계를 계산에 의하여 구하는 경우 르샤틀리에 법칙을 사용한다.

폭발등급 및 안전간격
8L의 구형 용기 안에 폭발성 혼합가스를 채우고 점화시켜 발생한 화염이 용기 외부의 폭발성 혼합가스에 전달되는가의 여부를 측정하였을 때 화염을 전달시킬 수 없는 한계의 틈 사이를 말한다. 안전간격이 작은 가스일수록 위험하다.

폭발의 분류

공정별 분류
폭발은 급격한 압력상승으로 일어나게 된다. 이런 급격한 압력 상승의 원인에 따라 폭발을 분류하면 핵폭발, 물리적 폭발, 화학적 폭발, 물리적 폭발과 화학적 폭발의 병립 등이 있다.

(1) 물리적 폭발
물리적 폭발은 물질의 분자구조가 변하지 않고, 물질의 상태가 변하거나 온도, 압력 등의 조건이 변하여 급격한 압력의 상승이 일어나는 폭발을 말한다. 물리적 폭발이란 물리 변화를 주체로 한 것으로 고압용기의 파열, 탱크의 감압파손, 폭발적 증발 등이 있다. 액체가 들어 있는 밀폐용기가 화재 시에 외부로부터 가열되면 증기압이 상승하여 용기가 파열되면 액체는 과열 상태에 있기 때문에 기체와 액체 간의 평형이 깨어지고 과열액체의 증기 폭발이 일어날 가능성이 있다. 미세한 금속 선에 큰 용량의 전류가 흘러 전선의 온도상승으로 용해되어 갑작스러운 기체의 팽창이 짧은 시간 내에 발생하는 전선의 폭발로도 물리적 폭발에 해당한다.

(2) 화학적 폭발
산화 폭발 : 산화 폭발은 일반적으로 급격한 연소반응에 의한 압력의 발생으로 일어나는 폭발이다. 산화 폭발의 종류로는 가스폭발, 분무 폭발, 분진폭발 등이 있다. 인화성이 강한 가솔린, 벤젠 등 액체연료에서 기화된 증기가 신속한 산화반응에 의해 화재와 폭발이 동시에 발생하는 현상을 말한다.

분해폭발 : 압력과 온도의 영향을 받아 분해되며, 분해 반응 시 발생하는 열과 압력에 의해서 주위에 많은 재해를 주는 폭발을 말한다. 분해반응에 의해서 폭발을 일으키는 물질에는 과산화물 염소산칼륨, 아세틸렌, 다이너마이트, 다이아조 화합물, 하이드라진 등이 있다. 아세틸렌은 연소범위가 공기 중에서 2.5%~81%로서 연소범위가 넓어도 폭발을 일으킬 위험성이 높은 가스이며 분해를 일으키므로 이 열에 의하여 폭발이 일어난다.

중합 폭발 : 분 포화탄화수소 등이 급격한 중합반응을 일으켜 중합 열에 의해 폭발하는 경우를 말한다. 산화에틸렌, 뷰타다이엔, 염화비닐, 사이안화수소 등 

 

(3) 불리지 현상

 

불리지 현상이란 화재에 노출되어 가열돼 가스용기 또는 탱크가 열에 의한 가열로 압력이 증가하여 강도를 상실하면서 폭발하는 특수한 현상이다.

불리지 과정

액화가스저장탱크 주위에서 화재가 발생하여 저장탱크 벽면이 장시간 화염에 노출되면 탱크 벽면과 내부 액체의 온도도 증가한다. 이때 탱크 벽면의 온도는 액체가 차 있는 부분은 열전달에 의하여 위험할 정도로 증가하지 않으나 액체가 채워지지 않은 윗부분의 온도는 많이 증가하여 재질의 인장력이 저하되고 탱크 내부압력을 견디지 못하여 파열된다. 저장탱크가 파열되면 탱크 내부압력은 급격히 감소하고 관련된 액화가스가 급속히 증발하면 탱크 조각이 비산하게 된다. 이러한 현상을 불리지라 하고 블레비 현상으로 분출된 약화 가스의 증기가 공기와 혼합하여 연소범위가 형성되어 공 모양의 대형 화염이 상승하는 현상을 파이어볼 이라 한다.

불리지 현상의 특징

프로판 액화가스 탱크에서 물리적 화학적 병립에 의한 폭발이다. 원인은 물리적 폭발이며, 직접 열 받는 부분이 탱크의 인장강도를 초과할 경우 기상 부에 면하는 지점에서 파열하게 된다. 블레이드의 규모는 파열 시의 액체의 기화량, 탱크의 용량에 따라 차이가 있다. 액화가스 저장탱크에서 일어날 수 있다는 점에서는 증기 운 폭발과 같다. 블레이드의 순서는 액은 상승 > 연성파괴 > 액격현상 > 취성파괴 순이다.