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고밀도 폴리에틸렌 분진의 열분해성과 착화에너지
Pyrolysis Characteristic and Ignition Energy of High-Density Polyethylene Powder 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.18 no.3, 2014년, pp.31 - 37  

한우섭 (한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원) ,  이정석 (한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원)

초록
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본 연구에서는 자료 제공을 목적으로 국내 분진폭발사고에서와 동일한 고밀도 폴리에틸렌(high-density polyethylene, HDPE ) 분진을 사용하여 열분해성과 착화에너지를 실험적으로 조사하였다. 폭발 민감도를 측정하기 위하여 시차주사열량계(differential scanning calorimeter, DSC), 열중량분석기(thermo-gravimetric analysis, TGA) 및 최소착화에너지(minimum ignition energy, MIE) 측정장치를 사용하였다. HDPE의 체적기준 평균입경은 $61.6{\mu}m$가 얻어졌으나, 입자 크기에 따른 입자 수밀도(particle number density) 분석에서는 $0.4{\sim}4{\mu}m$미세 입자가 98% 이상의 비율을 갖는 것으로 나타났다. TGA 및 DSC 측정결과로부터 HDPE는 $380{\sim}490^{\circ}C$의 온도 구간에서 발화가 일어날 수 있음을 알 수 있었고, MIE는 $1200{\sim}1800g/m^3$의 HDPE의 농도 범위에서 1 mJ 이하로 측정되었는데, 이는 입자 수밀도 기준에 따른 $0.4{\sim}4{\mu}m$의 미세 입자의 비율(98 %)이 매우 높았던 것이 원인으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The aim of this work is to provide new experimental data on the pyrolysis characteristics and the minimum ignition energy (MIE) by using the same high-density polyethylene (HDPE) powder in domestic HDPE dust explosion accident. To evaluate the explosion sensitivity of HDPE, thermo-gravimetric analys...

주제어

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문제 정의

  • MIE는 입경 크기와 분진 분산 후에 착화 개시까지의 지연시간(tv, delay time for ignition)에 영향을 받는다. 본 연구에서는 MIE를 조사하기 위하여 분진농도를 변화시키면서 측정하였는데, 먼저 MIE에 미치는 tv의 영향을 조사하였다.
  • 본 연구에서는 최근에 발생한 HDPE 분진폭발사고에서 발생한 사고 원인물질을 대상으로 발화 온도 및 착화에너지 위험성을 실험적으로 조사하여 동종사고 예방을 위한 자료 제공을 목적으로 하였다. 이를 위해 시차주사열량계(differential scanning calorimeter, DSC) 및 열중량분석기(thermo-gravimetric analysis, TGA)를 사용하여 HDPE 분진의 열적 거동을 조사하였다.
  • 본 연구에서는 최근에 발생한 HDPE 분진폭발사고의 동종사고 예방을 목적으로 사고 원인물질을 대하여 열분해 거동을 평가하고, 분진입도 분석과 함께 화재 및 폭발 민감도의 척도로서 MIE에 대하여 실험적으로 조사하고, 고찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
  • 사고현장의 HDPE 분진은 에틸렌의 중합반응을 통해 제품 후처리의 건조과정을 거쳐 분말상태의 중간제품이 Silo에 저장된 과정에서 폭발사고가 발생한 것으로서 폭발이 발생한 Silo 내에서 미연소 분진을 채취하는 것이 불가능하였다. 이에 본 연구에서는 동일 조건의 분진을 사용하기 위하여 폭발사고가 발생한 Silo와 인접한 동일 규모의 Silo 내에 저장되어 있던 미연소된 분진을 채취하여 사용하였는데, 폭발이 발생한 HDPE 분진과 같은 공정에서 제조된 것이기 때문에 폭발특성에 영향을 주는 분체 특성은 같다고 할 수 있을 것이다.
  • 46 mJ로 알려지고 있는데[13], 이와 비교해 보아도 본 연구에서 조사한 HDPE 분진은 가연성 가스와 유사한 크기의 착화 위험성을 가지고 있다고 할 수 있을 것이다. 이와 같이 매우 작은 MIE를 갖는 원인을 알기 위하여 HDPE의 분체 특성을 상세히 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MIE는 무엇인가? MIT 는 분진 및 측정 조건에 따라 영향을 받는데[2,3], 열분석을 통한 발화온도 특성 조사도 보고되고 있다 [4]. MIE는 부유 분진을 착화시키는데 필요한 최소한의 에너지로, 규격화된 시험법에 의한 측정방법이 제안되고 있다[5, 6]. MIE의 측정에 영향을 주는 조건은 많이 있지만, 특히 분진의 입경과 농도 변화에 따라 측정값이 크게 영향을 받으므로, MIE의 조사 시에는 이를 고려해야 한다[7-11].
MIE의 측정에 영향을 주는 조건 중 특히 어떠한 조건에 측정값이 크게 영향을 받는가? MIE는 부유 분진을 착화시키는데 필요한 최소한의 에너지로, 규격화된 시험법에 의한 측정방법이 제안되고 있다[5, 6]. MIE의 측정에 영향을 주는 조건은 많이 있지만, 특히 분진의 입경과 농도 변화에 따라 측정값이 크게 영향을 받으므로, MIE의 조사 시에는 이를 고려해야 한다[7-11].
사고 원인물질을 대상으로 발화 온도및 착화에너지 위험성을 실험적으로 조사하기 위해 사용 된 것은? 본 연구에서는 최근에 발생한 HDPE 분진폭발사고에서 발생한 사고 원인물질을 대상으로 발화 온도및 착화에너지 위험성을 실험적으로 조사하여 동종사고 예방을 위한 자료 제공을 목적으로 하였다. 이를 위해 시차주사열량계(differential scanning calorimeter, DSC) 및 열중량분석기(thermo-gravimetric analysis, TGA)를 사용하여 HDPE 분진의 열적 거동을 조사하였다. 또한 HDPE 분진의 화재 및 폭발 민감도를 알기 위하여 분진농도 변화에 따른 MIE도실험적으로 조사하여 열분해성과 함께 결과를 고찰 하였다.
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참고문헌 (13)

  1. Korea Occupational Safety Health Agency (KOSHA), Explosion accident of HDPE Factory, Case Study of Severe Accident, (2013) 

  2. Bandyopadhyay, S. and Bhaduri, D.B., "Prediction of ignition temperature of a single coal particle", Combust. Flame, 18, 411-415 (1972) 

  3. Chen, M., Fan, L.S. and Essenhigh, R.H., "Prediction and measurement of ignition temperatures of coal particles", Proceedings of the 20th International Symposium on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh,PA, 1513-1521 (1984) 

  4. Malow, M. and Wehrstedt, K.D., "Prediction of the self-accelerating decomposition temperature (SA-DT) for liquid organic peroxide from differential scanning calorimetry (DSC) measurements", J. Hazard Mater, A120, 21-24, (2005) 

  5. ASTM, "Standard test method for minimum ignition energy of a dust cloud in air", E 2019-03. West Conshohocken, PA: ASTM International, (2007) 

  6. IEC, "Method for Determining Minimum Ignition Energies of Dust/Air Mixtures", IEC International Standard 1241-2-3, International Electrotechnical Commission, Geneva, (1994) 

  7. Soundararajan, R., Amyotte, P.R. and Pegg, M.J., Explosibility hazard of iron sulphide dusts as a function of particle size, J. Hazard. Mater. 51, 225-239 (1996) 

  8. Bennett, D., "A test for electrical ignitions of flammable dust clouds", J. Loss Prevent., Proc. 16, 33-40, (2003) 

  9. Calle, S., Klaba, L., Thomas, D., Perrin, L., and Dufaud, O., "Influence of the size distribution and concentration on wood dust explosion: experiments and reaction modelling", Powder Technology, 157(1-3), 144-148, (2005) 

  10. Huang, Y., Risha, G. A., Yang, V., and Yetter, R. A., "Effect of particle size on combustion of aluminum particle dust in air", Combustion and Flame, 156(1), 5-13, (2009) 

  11. Benedetto, A. D., Russo, P., Amyotte, P., and Marchand, N., "Modelling the effect of particle size on dust explosions", Chemical Engineering Science, 65(2), 772-779, (2010) 

  12. Eckhoff, R. K., "Dust explosions in the process industries-3rd ed.", Gulf professional publishing (2003) 

  13. Eckhoff, R. K. and Olsen, W., "On the minimum ignition energy (MIE) for propane/air", Journal of hazardous materials, 175(1-3), 293-297, (2009) 

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