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[국내논문] 마그네슘 부유 분진의 입자 체류시간과 발화온도
Ignition Temperature and Residence Time of Suspended Magnesium Particles 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.19 no.3, 2015년, pp.25 - 31  

한우섭 (한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원)

초록
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본 연구에서는 부유 Mg분진의 최소발화온도(MIT)에 있어서 입자 체류시간이 어떠한 영향을 주는지를 실험자료와 입자속도의 계산결과를 사용하여 조사하였다. 평균입경이 증가하면 Mg분진의 MIT는 증가하는 반면에 입자 체류시간(Residence time)은 지수함수적으로 감소하여 분진의 발화 가능성이 저하되는 요인이 될 수 있음을 계산을 통해 확인할 수 있었다. 또한 온도증가에 의한 입자속도에의 영향은 평균입경이 클수록 미세하지만 증가하는 결과가 얻어졌다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Effects of residence time on the MIT(Minimum Ignition Temperature) in suspended Mg particles are examined by using MIT experimental data and calculation results of terminal velocity. With increasing of the average particle diameter, we were able to identify that MIT of Mg dusts increased and the cal...

주제어

#magnesium particles   #terminal velocity   #minimum ignition temperature   #residence time  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1에 제시하였다. MIT의 측정에 있어서 평균입경이 분진 입자의 속도와 입자의 발열에 어떻게 영향을 주는지를 조사하고자 하였다. 이를 위해 매우 작은 입경의 38 μm, 중간 크기의 142 μm, 그리고 다소 큰 입경의 567 μm의 Mg 시료를 선정하였다.
  • 본 연구에서는 Mg분진의 화염특성을 가시화하고 부유 분진의 발화온도 특성에 있어서 입자의 체류시간이 발화특성에 어떠한 영향을 주는지를 검토 하였다. 이를 위해 평균입경이 서로 다른 3종의 Mg 분진에 대한 발화온도 실험자료와 입자속도 계산결과를 고찰하고 이하의 결과를 얻었다.
  • 본 연구에서는 마그네슘(Mg) 분진의 발화온도 측정에 있어서 분진의 입경특성이 어떠한 물리적 영향을 줄 수 있는지를 실험결과 및 계산을 통하여 조사 하였다. 이를 위해 서로 다른 평균입경을 가지는 3종의 Mg분진을 사용하여 입자속도 및 입자 체류시간 등을 추정하고 고찰하였다.

가설 설정

  • 일정 크기의 고온 환경을 가지는 가열로(높이 Hf) 내를 분진이 통과할 때에 얻어지는 분진입자의 속도를 계산하기 위하여 Fig. 3과 같은 조건을 가정하였다. 실온(T0), 대기압(P0)에서 초기 속도(V0)를 갖는 입자는 일정 크기의 온도(T)와 압력(P)을 갖는 가열로 내부로 진입하면 가속하여 최대속도인 종단속도 (Terminal velocity, V)가 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
최소발화온도란? 마그네슘 분진의 폭발방지대책을 강구하기 위한 방법은 다양하지만, 이러한 예방대책 중에서 착화원은 분진폭발의 발생에 직접적으로 작용하므로 착화원의 제거는 매우 효율적인 안전대책이라 할 수 있다. 가연성 분진이 얼마나 쉽게 착화하는가를 나타내는 판단 기준으로서 발화온도가 있는데[1], 공기 중에 부유분산된 분진운(Dust cloud)이 발화할 수 있는 가장 낮은 온도를 최소발화온도(Minimum Ignition Temperature ; MIT)라고 한다. 이러한 MIT의 측정장치는 Godbert-Greenwald(G-G) Furnace를 활용한 시험장치가 과거에 주로 사용되어 왔으며[2], 현재에는 개량된 G-G Furnace를 채용한 IEC규격의 국제표준시험장치로 표준화되었다[3].
마그네슘 분진은 미분화가 될수록 분진폭발 위험성이 높아지는 이유는? 또한 진동 흡수성과 절삭성이 매우 우수하고 재활용이 가능한 재료로서 사용량이 증가하고 있다. 반면에 마그네슘 분진은 공기 중의 산소와 반응성이 매우 풍부하고 연소열도 크기 때문에 미분화가 될수록 위험성은 더욱 증가하여 분진폭발 위험성이 높아진다. 마그네슘 분진의 폭발방지대책을 강구하기 위한 방법은 다양하지만, 이러한 예방대책 중에서 착화원은 분진폭발의 발생에 직접적으로 작용하므로 착화원의 제거는 매우 효율적인 안전대책이라 할 수 있다.
과거에 사용한 최소발화온도의 측정 장치는 무엇인가? 가연성 분진이 얼마나 쉽게 착화하는가를 나타내는 판단 기준으로서 발화온도가 있는데[1], 공기 중에 부유분산된 분진운(Dust cloud)이 발화할 수 있는 가장 낮은 온도를 최소발화온도(Minimum Ignition Temperature ; MIT)라고 한다. 이러한 MIT의 측정장치는 Godbert-Greenwald(G-G) Furnace를 활용한 시험장치가 과거에 주로 사용되어 왔으며[2], 현재에는 개량된 G-G Furnace를 채용한 IEC규격의 국제표준시험장치로 표준화되었다[3]. MIT에 대한 기존의 연구를 보면 실험실적 규모에서 측정된 발화 온도는 실규모 장치에 적용하는 경우에는 차이가 발생할 수 있으며[4], 발화온도에의 영향은 분진농도의 변화와 유속에 따른 입자의 체류시간과 같은 요인에 영향을 받을 수 있다[5].
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참고문헌 (14)

  1. Eckhoff, R. K., Dust Explosions in the process industries (3rd ed.), Amsterdam: Gulf Professional Publishing (2003) 

  2. Palmer, K. N., Dust explosions and fires. London: Chapman and Hall, 42-111 (1973) 

  3. IEC 61241-2-1-1994, Methods for Determining the Minimum Ignition Temperatures of Dust. Part 2: Dust Cloud in a Furnace at a Constant Temperature, Central Office of International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland, 11-27 (1994) 

  4. M. Mittal, B.K. Guha, Study of ignition temperature of a polyethylene dust cloud, Fire Mater., 20, 97-105 (1996) 

    상세보기 crossref

  5. U. Krause, M. Wappler, S. Radzewitz, F. Ferrero, On the minimum ignition temperature of dust clouds, in: Proceedings of Sixth International Symposium on Hazards, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosion, vol. I, Dalhousie University, Halifax, NS, Canada, August 27.September 1, 68-76 (2006) 

  6. M. Mittal, B.K. Guha, Study of ignition temperature of a polyethylene dust cloud, Fire Mater., 20, 97-105 (1996) 

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  7. M. Mittal, B.K. Guha, Models for minimum ignition temperature of organic dust clouds, Chem. Eng. Technol., 20, 53-62 (1997) 

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  8. G. Li, C.M. Yuan, P.H. Zhang, B.Z. Chen, Experiment- based fire and explosion risk analysis for powdered magnesium production methods, J. Loss Prev. Process Ind. 21, 461-465, (2008) 

  9. M. Nifuku, S. Koyanaka, H. Ohya, C. Barre, M. Hatori, S. Fujiwara, S. Horiguchi, I. Sochet, Ignitability characteristics of aluminium and magnesium dusts that are generated during the shredding of post-consumer wastes, J. Loss Prev. Process Ind., 20, 322-329 (2007) 

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  10. Han, O.S., Lee, J.S., Characteristic of Thermal Decomposition and Ignition Temperature of Magnesium Particles, KIGAS, 17(5), 69-74 (2013) 

  11. Almedeij J. Drag coefficient of flow around a sphere : matching asymptotically the wide trend, Powder Technol, 186(3), 218-223 (2008) 

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  12. Concha F., Settling velocities of particulate system, J. Powder Particle, 27, 18-37 (2009) 

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  13. Gultieri C, Mihailovic DT. Fluid mechanics of environmental interfaces, Florida: Taylor & Francis; (2012) 

  14. National Astronomical Observatory, Rika Nenpyo (Chronological Scientific Tables), 87th ed., Maru-zen, Tokyo (2014) 

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