[논문]에틸렌의 화재 및 폭발 특성치의 분석적 평가

하동명

에틸렌의 화재 및 폭발 특성치의 분석적 평가
An Analytical Evaluation of Fire and Explosion Characteristics of Ethylene 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.23 no.5, 2009년, pp.50 - 56

초록
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폭발한계와 최소자연발화온도는 가연성 물질의 화재 및 폭발 위험성을 결정하는데 중요한 특성으로 이용된다. 에틸렌의 안전한 취급을 위해 에틸렌의 폭발한계와 최소자연발화온도를 고찰하였다. 에틸렌의 폭발하한계와 상한계는 공기 중에서 각 각 2.6vol%와 36vol%를 추천하며, 최소자연발화온도는 전면 가열인 경우는 $420^{\circ}C$, 국소 고온표면인 경우는 약 $800^{\circ}C$를 추천한다. 또한 에틸렌의 폭발한계의 온도 및 압력의 존성에 대한 새로운 예측식을 제시하였으며, 제시된 식에 의한 예측값은 문헌값과 일치하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Explosion limit and autoignition temperature are the major properties used to determine the fire and explosion hazards of the flammable substances. Explosion limit and autoignition temperature for safe handling of ethylene were investigated. By using the literatures data, the lower and upper explosion limits of ethylene recommended 2.6vol% and 36vol%, respectively. Also autoignition temperatures of ethylene with ignition sources recommended $420^{\circ}C$ at the electrically heated crucible furnace (the whole surface heating) and recommended about $800^{\circ}C$ in the local hot surface. The new equations for predicting the temperature dependence and the pressure dependence of the lower explosion limits for ethylene are proposed. The values calculated by the proposed equations were a good agreement with the literature data.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

에틸렌의 공정 안전을 확보하는 기초 연구를 제공하고자 한다. 또한 본 연구에서 제시한 방법론이 산업현장에서 사용되는 다른 가연성가스물질의 위험성 평가 방법에 도움을 주는데 목적이 있다.
본 연구에서는 화염 전파 방형, 용기크기 및 형태에 따른 폭발한계값을 고찰하였으며, 폭발한계의 온도 및 압력의존성을 고찰하여 새로운 예측식을 제시하였다. 또한 최소자연발화온도(autoigniton temperature) 역시 발화원의 종류에 따라 달라지기 때문에 문헌들을 고찰하여 유용한 자료를 제공하고자 한다.
본 연구에서는 합성섬유, 합성수지, 합성도료 등과 그것들을 제조하기 위한 중간생성물 그리고 석유화학공업의 기간을 이루는 에틸렌의 안전한 취급, 처리, 수송 및 저장을 위해 에틸렌의 연소 특성을 고찰하고자 한다. 에틸렌의 공정 안전을 확보하는 기초 연구를 제공하고자 한다.
가연성혼합가스의 폭발한계는 초기온도, 초기압력, 산소농도, 연소열, 분자량, 발화원의 특성, 불활성가스의 비, 측정용기의 크기, 혼합기체의 물리적 상태, 화염전파방향 등에 영향을 받는다. 본 연구에서는 화염 전파 방형, 용기크기 및 형태에 따른 폭발한계값을 고찰하였으며, 폭발한계의 온도 및 압력의존성을 고찰하여 새로운 예측식을 제시하였다. 또한 최소자연발화온도(autoigniton temperature) 역시 발화원의 종류에 따라 달라지기 때문에 문헌들을 고찰하여 유용한 자료를 제공하고자 한다.
본 연구에서는 화학공정에서 가장 널리 사용되고 있는 에틸렌의 폭발한계, 폭발한계의 온도 및 압력 의존성 그리고 자연발화온도 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 합성섬유, 합성수지, 합성도료 등과 그것들을 제조하기 위한 중간생성물 그리고 석유화학공업의 기간을 이루는 에틸렌의 안전한 취급, 처리, 수송 및 저장을 위해 에틸렌의 연소 특성을 고찰하고자 한다. 에틸렌의 공정 안전을 확보하는 기초 연구를 제공하고자 한다. 또한 본 연구에서 제시한 방법론이 산업현장에서 사용되는 다른 가연성가스물질의 위험성 평가 방법에 도움을 주는데 목적이 있다.

가설 설정

또한 Zabetakis는 폭발하한계에서의 온도의존성을 고찰하기 위해 연소열, 폭발한계, 비열 그리고 폭발하한계에서의 화염온도 1300℃라는 가정하에 다음과 같은 식을 제시하였다.

제안 방법

지금까지 제시된 폭발한계와 압력의 관계식은 제시된 바가 없어, 본 연구에서 25℃일 때 화염전파 방향이 하향전파의 문헌자료¹⁰⁾를 다중회귀 분석하여 새로운 추산식을 제시하여 문헌값과 비교하여 Table 5에 나타내었다. 식(12) 의한 추산값과 문헌값의 표준편차가 영(zero)으로 일치하고 있다.

데이터처리

제시된 문헌값의 폭발하한계와 상한계의 온도의존값을 이용하여, 각 각의 새로운 추산식을 찾기 위해 다중회기 분석(multiple regression analysis)을 사용하였다. 새로운 추산식의 매개변수(parameter)를 결정은 최소화(minimization) 방법을 이용하였으며, 매개변수를 구하는 계산 방법으로는 Abbreviated-Doolittle법과 Gauss-Jordan 소거법이 있으며, 본 연구에서는 Gauss-Jordan 소거법을 이용하여 계산하였다.
제시한 모델들 가운데 추산식에 의해 추산된 추산값과 실험값의 차이 정도를 알기 위해서 표준편차를 사용하였다.¹⁴⁾

이론/모형

제시된 문헌값의 폭발하한계와 상한계의 온도의존값을 이용하여, 각 각의 새로운 추산식을 찾기 위해 다중회기 분석(multiple regression analysis)을 사용하였다. 새로운 추산식의 매개변수(parameter)를 결정은 최소화(minimization) 방법을 이용하였으며, 매개변수를 구하는 계산 방법으로는 Abbreviated-Doolittle법과 Gauss-Jordan 소거법이 있으며, 본 연구에서는 Gauss-Jordan 소거법을 이용하여 계산하였다.

성능/효과

1) 에틸렌의 폭발한계를 고찰한 결과, 공정 안전 위해서는 폭발하한계는 2.6vol%, 상한계는 36vol%를 사용해야 한다.
4) 에틸렌의 자연발화점에 대해 문헌들을 검토한 결과 420℃를 사용하는 것이 유용하며, 발화원이 고온 표면인 경우는 약 800℃를 사용하여도 될 것으로 본다.
폭발하한계의 경우 새로운 추산식에 의한 추산값은 문헌값과 일치하였다. 폭발상한계의 온도의존성에 대해 기존에 연구된 바가 없으므로 본 연구에서 제시한 식에 의한 예측값과 문헌값을 비교한 결과, 예측값과 문헌값의 표준편차는 영(zero)으로 일치하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공정에서 취급하는 물질의 안전특성치에 대한 지식은 공정의 안전한 조작을 위해서 매우 중요한 이유는?	공정에서 취급하는 물질의 안전특성치에 대한 지식은 공정의 안전한 조작을 위해서 매우 중요하다. 이는 공정에서 취급하는 가연성물질들이 취급 부주의로 인해 누출되면 주위의 공기와 혼합하여 화재 및 폭발이 발생할 수 있는 위험성이 있기 때문이다.1)
	가스폭발 결과에 따른 영향은 어떤 변수에 따라 달라지는가?	가스폭발 결과에 따른 영향은 여러 변수에 따라 달라진다. 주요 변수는 연료와 산화제의 형태, 증기운의 연료 농도와 크기, 점화원의 세기와 위치, 폭발방출 면적의 크기, 위치 및 형태, 구조요소와 설비의 위치와 크기, 착화지연시간, 밀폐계 및 개방계 등에 의한 주위의 기하학적 조건 등을 들 수 있다. 가스폭발은 이들 인자에 대해 대단히 민감하므로 폭발 특성을 예측하기란 쉬운 일이 아니다.
	폭발 방지에 기초적인 방법은 무엇이 있는가?	폭발 방지에 기초적인 방법으로는 산화제의 농도저하와 가연성가스의 농도 저하를 들 수 있다. 손실 예방에 대한 방법으로는 제한된 공간에서의 연소를 초기 단계에 감지, 저지함으로써 폭발의 결과를 가져올 수 있는 압력 발달을 예방하는 폭발억제기술, 용기 내부에서 일어난 폭연으로 발생하는 압력에 견디도록 용기와 그 부속장치를 설계하는 폭연압력억제기술 그리고 폭발의 발화원으로 작용하는 스파크의 진화설비 등을 들 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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