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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 MEK-PO의 위험성을 판단하기 위하여 자연발화, 인화점 및 폭발압력거동에 관한 연구를 행하여 유기과산화물의 공정 및 MEK-PO를 사용하는 사업장의 화재 및 폭발사고 예방을 위한 기초 자료로써 활용하고자 한다.
제안 방법
- Fig. 3은 MEK-PO의 최저발화온도를 결정하기 위하여 시료의 양을 10μL~500μL의 범위에서 온도를 변화시키면서 10, 25, 50μL간격으로 각각의 시료량에 대한 발화한계온도를 구하였다. 이와 같이 시료량과 발화한계온도의 관계를 그림으로 도시하면 발화영역과 비발화영역으로 구분되는 발화한계온도 곡선을 얻을 수 있으며, 발화영역 내에서 최저의 한계온도를 구할 수 있다.
- MEK-PO의 폭발위험성을 파악하기 위하여 소형압력용기를 이용한 실험을 행하여 물질의 위험성의 평가가 가능하다. 특히 온도의 상승에 따른 물질의 분해개시온도, 시간의 변화로 인한 온도상승 속도를 조사하고, 이에 따른 압력거동을 구할 수 있으며, 이들로부터 폭발압력과 폭발압력상승속도를 구하여 평가하는 것이 연소 및 화재를 예방할 수 있다.
- 일반적으로 발화의 지연시간이 긴 최저발화온도 부근에 있어서 시료량의 차이에 따른 지연시간의 영향은 크고, 온도가 상승함에 따라서 지연시간이 짧게 되어 이에 대한 영향이 점차 줄어진다. 그러므로 최저발화온도를 결정한 이 때의 시료량에 대하여 온도를 점차 상승시켜 발화되는 시간이 l.0sec에 도달할 때까지의 온도범위에 있어서의 온도와 발화지연시간의 관계를 구하고, 여기에서 발화지연시간이 1.0sec가 되는 온도를 순간발화온도로 하였다12).
- 2와 같으며, 크기가 Φ33mm × 160mm인 밀폐형으로서 특수 제작된 스테인리스재질로서 소형압력용기시험기를 제작하였다. 또한 MEK-PO가 온도의 변화에 따른 압력의 변화와 압력상승속도를 예측하기 위하여 온도측정용으로 Chromel-Alumel Thermocouple(O.D. 1.0mm)을 사용하였으며, 시료용기내의 압력을 측정하기 위한 압력 센서는 Kyowa제 PGM 100KD를 사용하였다. 또한 폭발로 인한 충격을 방지하기 위하여 압력용기의 상단에는 재질이 Cu이고 두께가 1mm인 파열판을 설치하였다.
- 또한 MEK-PO의 시료용기를 전기로 내에 넣고 온도를 상승시켰을 경우에 있어서 시간변화에 따른 폭발압력을 나타낸 것으로서, 시간이 경과됨에 따라 시료용기내의 압력이 서서히 증가하여 시료가 분해되는 최종 시점에서 폭발이 발생하였으며, 최대폭발압력은 10.82kgf/cm2를 구하였다.
- 발화측정 장치 내의 온도가 측정온도에 도달하게 되면 마이크로실린저로 시료를 채취하여 플라스크의 상부에서 수직으로 일시에 주입함과 동시에 스톱워치를 눌러 발화할 때까지의 발화지연시간을 측정한다. 또한 발화의 유무를 관찰하기 위해 반사경을 용기의 상부에 설치하였으며, 만약 5분이 경과하여도 발화하지 않는 경우에는 발화하지 않는 것으로 간주하고, 플라스크 내에 압축공기를 보내어 잔류성분을 제거한 후 1회의 측정을 마친다. 측정용기 내의 증기를 치환하기 위한 압축공기는 공기압축기에서 생성된 공기를 사용하였다.
- 본 연구에서는 Tag밀폐식 시험기로서 시험용기는 바닥이 평평한 원통형으로 시료용기를 가열 또는 냉각을 하기 위하여 중탕조가 설치되어 있으며, 시험물질의 증기발산을 방지하기 위하여 덮개로 밀폐시켜 개폐기를 조작함에 따라 구멍이 열리게 되고, 이와 동시에 시험불꽃이 그 중심에서 내부의 시료에 착화됨에 따라 인화를 확인할 수 있다.
- 액체의 자연발화를 측정하기 위하여 전기로 내에 250mL의 파이렉스제 삼각플라스크를 넣어 고정시켜 측정 용기로 사용하였으며, 0.3mm의 Chromel-Alumel 열전대를 플라스크의 상부, 하부 및 측부에 밀착시키고, 온도제어장치로 소정의 온도를 미리 설정하여 AC 220V의 전원을 공급한다. 발화측정 장치 내의 온도가 측정온도에 도달하게 되면 마이크로실린저로 시료를 채취하여 플라스크의 상부에서 수직으로 일시에 주입함과 동시에 스톱워치를 눌러 발화할 때까지의 발화지연시간을 측정한다.
대상 데이터
- MEK-PO의 분해폭발의 위험성을 평가를 하기 위하여 사용한 MCPVT의 실험장치는 Fig. 2와 같으며, 크기가 Φ33mm × 160mm인 밀폐형으로서 특수 제작된 스테인리스재질로서 소형압력용기시험기를 제작하였다. 또한 MEK-PO가 온도의 변화에 따른 압력의 변화와 압력상승속도를 예측하기 위하여 온도측정용으로 Chromel-Alumel Thermocouple(O.
- 0mm)을 사용하였으며, 시료용기내의 압력을 측정하기 위한 압력 센서는 Kyowa제 PGM 100KD를 사용하였다. 또한 폭발로 인한 충격을 방지하기 위하여 압력용기의 상단에는 재질이 Cu이고 두께가 1mm인 파열판을 설치하였다.
- 본 연구에서 사용한 실험장치는 자연발화온도 측정장치로 가장 많이 사용되고 있는 ASTM식 발화온도 측정장치로서 액체석유제품의 발화온도 측정은 규격화되어 있는 방법으로 일정온도로 가열한용기 내에 시료를 떨어뜨려 발화온도를 측정하며8,9), 그 개략도를 Fig. 1에 나타내었다.
- 측정용기 내의 증기를 치환하기 위한 압축공기는 공기압축기에서 생성된 공기를 사용하였다. 시료량의 채취는 미국 Hamilton제로서 250μL, 500μL용 마이크로 실린저를 사용하였으며, 발화지연시간의 측정은 정도 1/100초인 Kappa제 정밀 초시계를 사용하였다.
성능/효과
- 1) MEK-PO의 최저발화온도는 225μL에서 188.5℃를 구하였으며, 순간발화온도는 230℃를 구하였다.
- 2) 증기를 발산하는 최저온도인 하부인하점 49℃를 구하였으며, MCPVT 시험에 의한 최대피크온도는 266℃를 구하였다.
- 3) 소형압력용기시험에 의한 최대압력은 10.82 kgf/cm2를 구하였고, 최대압력상승속도는 33.72kgf/cm2·sec를 구하였다.
- 5) 이러한 MEK-PO관련 국내·외의 사고사례를 보면, 대만에서 1979~2001년 사이에 5건의 사고가 발생하여 부상자가 156명, 사망자가 55명이 발생하였으며, 일본에서는 최근 1990~2001년 사이에는 21건의 유기과산화물 관련 폭발사고가 발생하였다6). 국내에서는 최근 2000~2003년 사이에 2건의 사고가 발생하여 부상자가 19명, 사망자가 7명이 발생하는 등 국내외적으로 화재·폭발사고가 계속해서 발생되고 있으며 이로 인하여 엄청난 인적, 물적 손실을 야기하고 있는 실정이다4).
- 6의 시간변화에 따른 폭발압력의 증가 상태를 온도·압력 프로그램에 의하여 폭발압력상승속도를 나타낼 수 있으며, 35 초 이전 까지는 압력상승속도의 변화가 거의 없으며 약 2초 사이에 용기내의 압력변화가 종료되는 것으로 나타났다. 따라서 폭발이 일어남과 동시에 압력의 상승속도가 급속하게 증가하였으며 최대폭발압력부근에서 압력이 최대로 급상승하였으며, 최대압력상승속도 33.72kgf/7cm2·sec를 구하였다.
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