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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 석유화학공장에서 다량 부산 되는 PP 및 LLDPE 분진의 열적 위험성을 조사하기 위하여 DSC와 TGA를 사용하여 분해속도와 분해에 따른 무게감량 등을 조사하였으며, 압력용기 시험 장치를 이용하여 PP 및 LLDPE 분진과 소방법상 제 1류 위험물로 분류되는 산화성 고체 중 대표적인 몇몇 산화제와 혼합하여 혼촉위험성을 조사하고자 하였다. 또한 가스농도측정기를 이용하여 PP 및 LLDPE 에 대한 연소생성물의 농도를 측정하였다.
- 또한 가스농도측정기를 이용하여 PP 및 LLDPE 에 대한 연소생성물의 농도를 측정하였다. 이를 바탕으로 유기분진인 PP 및 LLDPE의 연소특성을 조사함으로서 취급시 안전대책에 관한 기초자료를 얻고자 하였다.
제안 방법
- PP 및 LLDPE 분진과 산화제의 혼촉위험성에 있어서 산화제의 종류가 혼촉위험성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 전기로의 설정온도를 700°C로 설정한 후 오리피스의 직경과, PP 및 LLDPE 분진에 대한 산화제의 무게비를 변화시키면서 각 산화제의 혼촉에 따른PP 및 LLDPE 분진의 폭발여부를 Table 2에 나타내었다. 표에서 보는 바와 같이 실험에 사용된 산화제 중 질산암모늄을 제외한 나머지 산화제의 경우 폭발을 관찰할 수 없었다.
- PP 및 LLDPE 분진과 산화제의 혼촉위험성에 있어서 압력용기 측면에 부착된 오리피스의 직경, 각 시료에 대한 산화제의 무게비, 및 산화제의 종류에 따른 혼 촉 위험성을 조사하였다.
- PP 및 LLDPE 분진과 여러 산화제와의 혼촉 위험성을 평가하고자 압력용기를 이용하여 실험을 수행하였다. 본 연구에 사용된 실험 장치의 개략도는 Fig.
- 또한 가스농도측정기를 이용하여 PP 및 LLDPE 에 대한 연소생성물의 농도를 측정하였다. 이를 바탕으로 유기분진인 PP 및 LLDPE의 연소특성을 조사함으로서 취급시 안전대책에 관한 기초자료를 얻고자 하였다.
- ]를 이용하여 발열개시온도를 측정하였다. 또한 시료의 열분해 위험성을 평가하기 위하여 열중량 분석기 (ThermogravimetricAnalysis, TGA)[Model : STD 2960, TA Instruments,U.S.AJ를 이용하여 분해개시온도 및 열분해 특성을 측정하였다.
- 0mm로 선택하여 부착시킨 후, 각 시료와 산화제를 일정 비율로 혼합하여 용기의 중앙에 위치하도록 넣어준 다음 온도센서를 시료의 중앙에 위치하도록 설치하였다. 또한, 압력용기 상단에 파열판을 부착한 후 파열 판이 터질 때까지 또는 설정온도에 도달할 때까지 전기로를 가열함으로서 하나의 시료에 대해 10회 반복 실험하여 파열판 면적의 50% 이상이 파열되는 것이 5 회 미만이면 오리피스 직경이 작은 것으로 바꿔 동일한 실험을 수행하였다. 이 때 5회 이상 파열된 경우 발화온도와 폭발 후 용기 내부온도 상승폭을 측정하여 PP 및 LLDPE 분진의 혼촉 위험성을 평가하였다.
- 먼저 대표적인 산화제로 제1류 위험물인 염소산 나트륨(NaClOQ과 PP 및 LLDPE의 혼촉위험성을 조사하기 위하여 전기로의 온도를 700°C로 설정하고 오리피스의 직경과 PP 및 LLDPE에 대한 산화제의 무게비를 변화시키면서 폭발여부를 조사하여 Table 1에 나타내었다. 표에서 나타난 바와 같이 오리피스의 직경이 작을수록 화염 및 화염을 동반한 폭발이 많이 발생되는 것을 볼 수 있다.
- 본 연구에 사용된 시료인 PP 및 LLDPE 분진의 열적 안정성을 조사하고자 시차주사열량계 (DSC)와 열중량 분석기 (TGA)를 이용하여 승온속도에 따른 PP 및 LLDPE 분진의 분해온도와 분해시 발열량 및 무게 감량을 측정하였다.
- 시료로 사용한 PP 및 LLDPE 분진의 열적 안정성 평가를 위해 승온속도에 따라 시차주사 열량계(Differential Scanning Calorimeter; DSC)[Model : DSC 2910, TA Instruments, USA.]를 이용하여 발열개시온도를 측정하였다. 또한 시료의 열분해 위험성을 평가하기 위하여 열중량 분석기 (ThermogravimetricAnalysis, TGA)[Model : STD 2960, TA Instruments,U.
- 1 에 나타내었다. 우선 압력용기실험장치 [Model : PVT- 02, pillip trading co. Ltd.]내 전기로의 온도를 일정하게 설정하고, 압력용기의 측면에 부착된 오리피스의 직경을 3.0mm로 선택하여 부착시킨 후, 각 시료와 산화제를 일정 비율로 혼합하여 용기의 중앙에 위치하도록 넣어준 다음 온도센서를 시료의 중앙에 위치하도록 설치하였다. 또한, 압력용기 상단에 파열판을 부착한 후 파열 판이 터질 때까지 또는 설정온도에 도달할 때까지 전기로를 가열함으로서 하나의 시료에 대해 10회 반복 실험하여 파열판 면적의 50% 이상이 파열되는 것이 5 회 미만이면 오리피스 직경이 작은 것으로 바꿔 동일한 실험을 수행하였다.
- 또한, 압력용기 상단에 파열판을 부착한 후 파열 판이 터질 때까지 또는 설정온도에 도달할 때까지 전기로를 가열함으로서 하나의 시료에 대해 10회 반복 실험하여 파열판 면적의 50% 이상이 파열되는 것이 5 회 미만이면 오리피스 직경이 작은 것으로 바꿔 동일한 실험을 수행하였다. 이 때 5회 이상 파열된 경우 발화온도와 폭발 후 용기 내부온도 상승폭을 측정하여 PP 및 LLDPE 분진의 혼촉 위험성을 평가하였다.
대상 데이터
- Fig. 2(a)와 같이 8m3(2.0mX2.0mX2.0m) 크기의 연소실을 제작하여 실험을 하였다. 연소실의 내부는 Fig.
- 본 연구에 사용한 PP 및 LLDPE 분진은 충남 소재의 OO석유화학 플랜트에서 부산되는 것으로 32~ 200 mesh의 입도분포를 갖는 PP와 LLDPE 분진이 각각 95% 및 85% 이상을 차지하고 있었으며, 이를 시료로 사용하였다. 또한, 압력용기에 의한 혼촉위험성실험에 사용한 산화제로는 NaN0$ KN03) NH4NO3; 및KCiQ, 이며, 이들 산화제와 시료를 막자사발을 이용하여 일정 무게비로 혼합.
- 시료로 사용된 PP와 LLDPE 분진의 연소시 가스 분석기에 의해 검출된 연소가스는 일산화탄소와 이산화탄소이며, 각 시료의 연소시간에 따라 측정된 일산화탄소와 이산화탄소의 농도 변화를 Fig. 5에 나타내었다. Fig.
- 2 m 높이에 가스 농도측정기인 ECOM-A+의 가스센서를 위치시켰다. 한편, 시료에 불이 붙은 후 발생되는 가스의 성분 및 농도를 시간의 변화에 따라 연속적으로 측정하였으며, 이를 RS-232 port를 이용하여 컴퓨터로 데이터를 수집하였다.
성능/효과
- 이는 TG분석 결과와도 일치히는 것으로 LLDPE의 경우 비교적 높은 온도에서 분해되기 때문-이다. 따라서 LLDPE에 비해 PP가 열적인 위험성을 많이 갖고 있다는 것을 알 수 있었다. 또한, 저H류 위험물로 분류되는 산화성 고체인 산화제와 PP 및 LLDPE 분진의 압력용기 시험에 의한 혼 촉 위험성은 PP 및 LLDPE에 대한 산화세의 무게비가 증가할수록-, 압력용기 내의 오리피스 식경이 작아질수록 발화개시온도는 낮아지는 것으로 보아 혼촉위험성이 큰 것을 볼 수 있었으며, 특히 오리피스 직경과 무게비에 관계없이 시료와 산화제의 분해온도가 비슷한 경우 혼 촉 위험성이 최대가 뇐다는 것을 알 수 있었다.
- 이는 앞서 열분석 결과에서 보신 바와 같이 PP분진의 경우 질산암모늄의 분해온도와 유사하기 때분인 것으로 사료된다. 따라서 시료와 산화제와의 분해온도가 비슷한 경우 혼 촉 위험성은 최대화된다는 것을 알 수 있었다.
- 또한, 저H류 위험물로 분류되는 산화성 고체인 산화제와 PP 및 LLDPE 분진의 압력용기 시험에 의한 혼 촉 위험성은 PP 및 LLDPE에 대한 산화세의 무게비가 증가할수록-, 압력용기 내의 오리피스 식경이 작아질수록 발화개시온도는 낮아지는 것으로 보아 혼촉위험성이 큰 것을 볼 수 있었으며, 특히 오리피스 직경과 무게비에 관계없이 시료와 산화제의 분해온도가 비슷한 경우 혼 촉 위험성이 최대가 뇐다는 것을 알 수 있었다. 또한 시료의 연소가스 분석결과 PP의 경우 LLDPE보다 상당히 많은 양의 일산화탄소가 발생하는 반면 LLDPE가 PP보다 더 많은 양의 이산화탄소 가스를 발생하였다. 이는 PP와 LLDPE 분진의 모노머가 프로필렌과 에틸렌이므로 프로필렌이 에틸렌에 비해 분자내 탄소수가 많아 요구되는 이론적 산소량이 더 많기 때문에 동일한 연소조건에서도 불완전연소를 발생시킬 확률이 크기 때문이다.
- 표에서 나타난 바와 같이 오리피스의 직경이 작을수록 화염 및 화염을 동반한 폭발이 많이 발생되는 것을 볼 수 있다. 또한 오리피스 직경에 관계없이 산화제와의 무게비가 PP의 경우 1.0 이상에서 혼 촉 위험성이 있다는 것을 알 수 있으며, LLDPE의 경우 오리피스 직경이 작아지면 혼촉 무게비 0.5에서도 폭발이 발생하는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 앞서 열분석 결과 LLDPE보다 PP의 열적 위험성이 큰 것으로 나타났지만, 혼촉위험성의 경우 산화제로서 염소산나트륨을 사용하는 경우는 PP보다 LLDPE가 더 위험한 것으로 나타났다.
- 따라서 LLDPE에 비해 PP가 열적인 위험성을 많이 갖고 있다는 것을 알 수 있었다. 또한, 저H류 위험물로 분류되는 산화성 고체인 산화제와 PP 및 LLDPE 분진의 압력용기 시험에 의한 혼 촉 위험성은 PP 및 LLDPE에 대한 산화세의 무게비가 증가할수록-, 압력용기 내의 오리피스 식경이 작아질수록 발화개시온도는 낮아지는 것으로 보아 혼촉위험성이 큰 것을 볼 수 있었으며, 특히 오리피스 직경과 무게비에 관계없이 시료와 산화제의 분해온도가 비슷한 경우 혼 촉 위험성이 최대가 뇐다는 것을 알 수 있었다. 또한 시료의 연소가스 분석결과 PP의 경우 LLDPE보다 상당히 많은 양의 일산화탄소가 발생하는 반면 LLDPE가 PP보다 더 많은 양의 이산화탄소 가스를 발생하였다.
- 본 연구에서 시료로 사용한 PP 및 LLDPE의 TGA 분석결과 분해온도범위는 각각 220~350 및 300〜 500°C 범위이며, DSC 분석결과 열분해에 따른 발열 peak가 PP의 경우 220〜25CFC 부근에서 나타나고 있으며, LLDPE의 경우 32CTC까지의 분석 결과 발열 peak는 발생되지 않았다. 이는 TG분석 결과와도 일치히는 것으로 LLDPE의 경우 비교적 높은 온도에서 분해되기 때문-이다.
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