일반적으로 유중수형 에멀젼폭약은 제조공정이나 사용조건에서 안전하다고 알려져 있다. 그러나 1975년 캐나다에서 벌크 에멀젼폭약을 펌프로 이송 중에 발생한 폭발사고와 같이 원치 않는 사고가 발생할 가능성이 있다. 에멀젼폭약은 어떠한 조건하에서 착화하는 경우 연소에서 폭굉으로 전이(Deflagration-to-Detonation Transition, 약칭 DDT)하는 현상이 발생하며 또한 연소가 온도에 따라 지속되는 최소 압력(Minimum Burning Pressure, 약칭 MBP)이 존재하며 최소 압력이하로 유지할 경우 착화되어도 바로 연소가 중단되는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 에멀젼폭약 제조공정의 안전성 평가를 목적으로 다양한 에멀젼폭약을 제조, 밀폐용기 내에서 최소연소압력(MBP) 측정 시험을 실시하였다. 본 실험에서 수분함량 6%에서 20%, 알루미늄 함량 1%에서 11%까지 함유한 시료를 각각 제조하여 밀폐용기 내에서 열원의 온도별로 실시하였다. 실험결과 수분함량 6% 시료의 최소연소압력(MBP)이 가장 낮은 3 bar를 나타냈으며 수분함량 18%이상에서는 100bar이상에서도 연소가 지속되지 않았다. 알루미늄 함량에 따라서는 큰 변화는 보이지 않았으나 알루미늄을 함유하지 않는 것에 비해 최소연소압력(MBP)가 비교적 높게 나타났다. 따라서 향후 에멀젼폭약 제조공정의 안전성 향상을 위하여 제조하는 에멀젼폭약의 최소연소압력(MBP)를 측정, 공정압력조건을 MBP 이하로 관리할 때 안전을 보증할 수 있을 것으로 판단된다.
일반적으로 유중수형 에멀젼폭약은 제조공정이나 사용조건에서 안전하다고 알려져 있다. 그러나 1975년 캐나다에서 벌크 에멀젼폭약을 펌프로 이송 중에 발생한 폭발사고와 같이 원치 않는 사고가 발생할 가능성이 있다. 에멀젼폭약은 어떠한 조건하에서 착화하는 경우 연소에서 폭굉으로 전이(Deflagration-to-Detonation Transition, 약칭 DDT)하는 현상이 발생하며 또한 연소가 온도에 따라 지속되는 최소 압력(Minimum Burning Pressure, 약칭 MBP)이 존재하며 최소 압력이하로 유지할 경우 착화되어도 바로 연소가 중단되는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 에멀젼폭약 제조공정의 안전성 평가를 목적으로 다양한 에멀젼폭약을 제조, 밀폐용기 내에서 최소연소압력(MBP) 측정 시험을 실시하였다. 본 실험에서 수분함량 6%에서 20%, 알루미늄 함량 1%에서 11%까지 함유한 시료를 각각 제조하여 밀폐용기 내에서 열원의 온도별로 실시하였다. 실험결과 수분함량 6% 시료의 최소연소압력(MBP)이 가장 낮은 3 bar를 나타냈으며 수분함량 18%이상에서는 100bar이상에서도 연소가 지속되지 않았다. 알루미늄 함량에 따라서는 큰 변화는 보이지 않았으나 알루미늄을 함유하지 않는 것에 비해 최소연소압력(MBP)가 비교적 높게 나타났다. 따라서 향후 에멀젼폭약 제조공정의 안전성 향상을 위하여 제조하는 에멀젼폭약의 최소연소압력(MBP)를 측정, 공정압력조건을 MBP 이하로 관리할 때 안전을 보증할 수 있을 것으로 판단된다.
It is well accepted that modem emulsion explosives are intrinsically much less sensitive than traditional products such as dynamites or black powder. However, they have still been involved in a significant number of accidental explosions. In October 1975, Canadian Research, Limited's, Energetic Rese...
It is well accepted that modem emulsion explosives are intrinsically much less sensitive than traditional products such as dynamites or black powder. However, they have still been involved in a significant number of accidental explosions. In October 1975, Canadian Research, Limited's, Energetic Research Laboratory in Quebec exploded. Although explanations for the incident varied, one logical explanation was that the pump used in transporting the emulsion dead headed, thereby turning mechanical work in to frictional heating under a zero flow rate. There is a minimum pressure required for combustion(MBP) to propagate in emulsion explosives. A stable deflagration may lead to a deflagration-to-detonation transition(DDT) in emulsion explosives. Tests were also performed on sensitized sampled consisting of 6 to 21% waters as well as 1 to 11% aluminium powder. It was founded the emulsion explosives consisting of 6% waters had the lowest minimum homing pressure(MBP) of 3 bar, and the 21% waters were unable to achieve sustained homing at pressures as high as 100 bar. The aluminium contained explosives tested here displayed a MBP higher than that of without emulsion. It appears that this test may offer a firm ground for the classification of emulsion explosives in view of the regulating the hazards associated with the various process used for their manufacturing and transport.
It is well accepted that modem emulsion explosives are intrinsically much less sensitive than traditional products such as dynamites or black powder. However, they have still been involved in a significant number of accidental explosions. In October 1975, Canadian Research, Limited's, Energetic Research Laboratory in Quebec exploded. Although explanations for the incident varied, one logical explanation was that the pump used in transporting the emulsion dead headed, thereby turning mechanical work in to frictional heating under a zero flow rate. There is a minimum pressure required for combustion(MBP) to propagate in emulsion explosives. A stable deflagration may lead to a deflagration-to-detonation transition(DDT) in emulsion explosives. Tests were also performed on sensitized sampled consisting of 6 to 21% waters as well as 1 to 11% aluminium powder. It was founded the emulsion explosives consisting of 6% waters had the lowest minimum homing pressure(MBP) of 3 bar, and the 21% waters were unable to achieve sustained homing at pressures as high as 100 bar. The aluminium contained explosives tested here displayed a MBP higher than that of without emulsion. It appears that this test may offer a firm ground for the classification of emulsion explosives in view of the regulating the hazards associated with the various process used for their manufacturing and transport.
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문제 정의
본 실험에서는 물 함량(Water content) 및 알루미늄(A1) 함량별로 최소연소압력(MBP)를 측정해보 고 그 결과를 이론적인 검토 결과와 비교해보았다.
가설 설정
결과적으로 연소를 유지하기 위하여 화염(Flame) 면을 근접할 필요가 없으므로 가솔린의 최소연소압 력 (MBP)는 초보다 낮을 것이다.
제안 방법
이후 질소가스를 주입하여 초기압력을 조정한 후 시료 히팅센서 에 전원을 가하여 점화를 시켰다. 가열시간은 최고 5분까지 실시하였으며 점화온도는 최소연소압력 (MBP)이 발생하는 최저온도를 측정하여 230℃부터 실시하였다.
8em;"> 하였다. 또한 용기의 압력은 lObar(혹은 20bar)로 설정된 안전밸브(Safety Val.,e)와 60bar(혹은 lOObar)로 설정된 파열판(Ruptwe Disk)을 부착하여 과도한 압력이 걸리지 않도록 하였다.
표1은 물 함량별로 제조한 보통의 에멀젼 폭약 이다. 산화제 및 연료, 유화제 함량은 동일하게 하고 물함량을 6%, 9%, 12%, 15%, 20%로 변경시켜 시료를 제조하였다. 이때 유리미소중공구체(Glass Microballoon)를 적당량 혼합하여 전 시료의 Bulk density를 1.
에멀젼에 알루미늄 함량을 변화시켜 최소연소압 력(MBP) 측정을 실시하였다. 결과를 표 4 및 그림 9에 정리하였는데 알루미늄 함량 5%일 때 최고치를 나타내었으나 알루미늄 함량은 크게 최소연소 압력(MBP)에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
또한 장치 중앙부에 설치한 시료는 전기히터를 사용하여 전류 조정 장치에서 전류를 0에서 10A까지 조정하여 공급, 점화하도록 설치되었다. 용기내의 압력 및 온도는 열전대(Thermocouple), 트랜스미터(transmitter), 변환기(convertor)를 통해 전달된 데이터가 기록계에 의해 자동기록하도록 되어 있으며 시료의 온도를 제조 공정 조건과 동일하게 하도록
용기의외부에 전기히터를 부착하여 시료온도의 조절이 가능하도록 하였다. 또한 용기의 압력은 lObar(혹은 20bar)로최소연소압력(MBP)인지 판단은 전원을 가하여 온도와 압력 그래프로 계속적으로 상승할 때와 시험 종료 후 약의 잔류여부로 최소연소압력(MBP)을 판단하였다.(그림.
16으로 조정하였다. 표2는 물함량 12%에 멀젼에 유리 미소중공구체(GMB) 3.5%, 알루미늄 (A1)함량을 1%, 3%, 5%, 7%, 9%로 변경시켜 시료를 제조하였다.
대상 데이터
본 실험에서 측정한 MBP는 완전히 밀폐된 시스템에서 연소가 지속될 수 있는 최소 압력을 즉정한 data 이다.
본 실험에 사용한 장치는 그림2와 그림3에 나타내었다. 용기는 직경 100mm, 높이 200mm이고 용적은 1571CC인 고압용기이다.
성능/효과
이것은 연소 초기 단계가 흡열(Endothermic)이기 때문이다. 결론적으 로 모든 함수폭약은 연소가 발생하기 위해 요구되는 최저압력이 존재한다. 이것을 폭약의 최소연소 압력 (MBP) 이라 한다.
그러나 점화온도가 350℃이상인 경우 최소연소 압력(MBP)은 타 시료와 동일하게 낮아지고 일단 점화가 되면 연소가 폭발적으로 일어나고 실험 완료후 장치를 분해하여 시료를 확인해보면 약 잔유물 이 존재하지 않으므로 폭광으로의 전이(DDT) 가능성이 있는 것으로 나타났다.
따라서 에멀젼 폭약 조성에 따라 최소연소압력 (MBP) 측정 시험을 실시하여 제조공정조건을 최소 연소압력(MBP)이하로 관리하여야 제조 안전을 보증할 수 있을 것으로 보인다.
또한 시료를 강제로 에멀젼을 파괴시켜 최소연 소압력(MBP)을 측정한 결과 대기압하에서 점화할 경우 연소가 지속되는 것으로 나타났다. 따라서 제조공정 중 파괴된 에멀젼폭약를 취급할 경우에는 일단 점화되면 연소가 지속되므로 점화원 관리를 철저히 하여야 한다.
상기의 실험을 통하여 뇌관 기폭성 에멀젼 폭약 의 최소연소압력 (MBP)는 0에서 20bar 사이에 위치한 것으로 조사되었으며 이론적인 검토에서 기술한 바와 같이 최소연소압력 (MBP)에 가장 영향을 미치는 요인은 물함량이며 알루미늄의 함량은 크게 영향을 미치지 않으나 일단 연소된 시료의 연소속도는 상당히 빠른 것으로 나타났다.
결과를 표 4 및 그림 9에 정리하였는데 알루미늄 함량 5%일 때 최고치를 나타내었으나 알루미늄 함량은 크게 최소연소 압력(MBP)에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 알루미늄이 첨가된 시료는 대체적으로 첨가하지 않은 시료보다 최소연소압력(MBP)가 높은 것으로 나타났는데 알루미늄을 첨가할 경우 시료의 열전도도가 좋아지므로 점화에너지를 가하면 열이 빠르게 비산(전도)되므로 착화하기 어려운 것으로 보여진다.
물함량에 따른 최소연소압력 (MBP) 측정 결과는 표 3 및 그림 8에 표시하였다. 최소연소압력(MBP)는 물 함량이 증가함에 따라 점차적으로 증가하는 것으로 나타났다. 부스터 기폭성의 에멀젼 폭약 기준인 물함량 18% 이상인 경우에는 lOObar이상에서 도 최소연소압력(MBP)를 얻을 수 없었다.
후속연구
이후 부분적으로 밀폐된 시스템에서 연소가 지속될 수 있는 최소 압력을 측정하여야 할 것으로 보인다.
Maines, R., 1999, Minimum Burning Pressure on Emulsion Explosives, EMRTC Initial Report
Turcotte, R., 2002, Towards Measuring the Minimum Burning Pressure of Commercial Explosives, CER: Report#2002-21
Perlid, H., 1996, Pump safety Tests Regarding Emulsion Explosives, Proceedings of the 22nd Annual Conference in Explosives and Blasting Technique, pp. 101-111
Braithwaite, M., 1993, Thermal Hazard Testing of Aqueous Emulsion Explosives, International Exchange of Experience on Industry. Connected Accidents of the Explosives Industries, Nice-France, pp. 150-166
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