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최대실험안전틈새(MESG)와 폭발압력의 상관관계에 대한 연구
A Study on the Correlation of MESG and Explosion Pressure 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.20 no.1, 2016년, pp.29 - 39  

황경용 (한국산업안전보건공단) ,  신운철 (한국산업안전보건공단) ,  이택기 (한경대학교 전기전자 제어공학과)

초록
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폭발성 가스가 존재하는 위험장소에서 사용하는 전기기기는 폭발성 가스의 점화원이 되지 않도록 설계되어야 한다. 내압방폭 구조의 설계는 전기 스파크를 발생시키는 부품을 가진 용기가 내부에서 가스나 증기의 폭발시 최대 압력에 견디고 내부 화염이 외부 가스나 증기 폭발로 전파되지 않도록 설계되어야 한다. 이 논문은 화염 틈새를 통해 외부로 분사되는 연소 생성물의 분사가 외부 가스나 증기를 점화시킬 정도의 온도나 에너지를 가질 수 없도록 하는 MESG(Maximum Experimental Safe Gap)의 중요한 물리적인 메커니즘에 대해 설명하였다. IEC 60079-20-1:2010 기준에 의해 프로판과 아세틸렌의 MESG를 실험하여 MESG 값을 측정하고 가스폭발시의 최대 폭발압력을 측정하였다. 결과로는 최소 MESG가 측정될 때 가스의 농도는 화학당량 농도보다 높고 폭발압력은 최소 MESG에서 가장 높게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Electrical apparatuses for use in the presence of explosive gas atmospheres have to be special designed to prevent them from igniting the explosive gas. Flameproof design implies that electrical components producing electrical sparks are contained in enclosures and withstand the maximum pressure of ...

주제어

#MESG   #Maximum Experimental Safe Gap   #explosion pressure   #flameproof   #propane   #acetylene  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 각 가스농도별 시험압력용기의 폭발압력을 측정함으로써 MESG와의 상관관계를 알아보고자 하였다. 폭발압력은 모든 실험에서 동일한 용기에서 측정되었고, 5kHz Low Pass Filter가 적용된 압력센서를 사용하여 측정하였다.
  • 본 연구의 목표는 아세틸렌-공기, 프로판-공기 혼합가스의 각 농도별 MESG를 측정하고 이와 더불어 일정한 폭발용기에서의 폭발압력을 측정하여 그 상관관계를 파악하고, 산업현장에 사용하는 방폭기기 중 다수를 차지하고 있는 내압 방폭용기의 설계 및 기술기준에 적용하고자 하는 것이다.
  • 이와 관련하여, 국제규격인 IEC 60079-20-1 (Material characteristics for gas and vapour classification - Test methods and data)에는 각 가스별 MESG 값(인화성 가스와 공기의 혼합물/2성분계)을 최소 점화에너지와 MESG 값 등에 의해 구해놓은 자료가 수록되어 있으나, 실제로 국내에서는 IEC의 표준 실험장치를 이용하여 MESG 값을 측정한 경우가 없어 본 연구에서는 MESG의 이론적 배경의 고찰과 함께 단일 가스(프로판, 아세틸렌)와 공기 혼합물의 농도별 안전틈새를 측정하여 MESG 값을 구하는 과정을 제시하고, 동시에 실험을 통해 폭발압력을 측정하여 MESG와 폭발압력의 상관관계를 규명하고자 한다.

가설 설정

  • 본 연구에서 다루고자 하는 혼합가스(아세틸렌-공기, 프로판-공기)의 MESG 값은 각 가스의 MESG 값의 범위 내에서 변화될 것으로 가정하였다.
  • 틈새 가까이의 분사물은 높은 속도로 움직여서 매우 빠르게 확장되어 고온 가스와 차가운 미연소 가스와의 접촉 시간이 너무 짧게 되어 외부 혼합물을 점화시키기에는 불충분하다. 분사물이 틈새 출구에서 더 멀리 떨어진 곳에서 속도와 엔트레인먼트와 혼합 비율이 감소된다. 분사물은 틈새 출구의 일정한 거리에서 외부 혼합물이 점화되기 좋은 조건에 도달한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MESG는 어떠한 수치인가? 즉, 가연성 가스와 증기에 의한 폭발 분위기에서 화염일주가 생기지 않도록 하는 틈새의 값을 안전틈새(Safe Gap)라 정의하고 독일에서는 스파르트바이테(Spaltweite)라 하였다. 이 틈새 중에서 실험으로 확인한 최대 틈새를 MESG라 하고 내압방폭구조 전 기기기 설계시 반드시 알아야 하는 수치로 응용 공학적으로도 매우 중요한 수치이다. 또한 이 값의 한계치는 가연성 가스와 증기 분류의 기본 자료로 이용되는 등 안전공학상에도 널리 이용되고 있으며 연소연구에도 틈새를 이용한 화염의 소염은 매우 중요시 되고 있다.
안전틈새란? 즉, 가연성 가스와 증기에 의한 폭발 분위기에서 화염일주가 생기지 않도록 하는 틈새의 값을 안전틈새(Safe Gap)라 정의하고 독일에서는 스파르트바이테(Spaltweite)라 하였다. 이 틈새 중에서 실험으로 확인한 최대 틈새를 MESG라 하고 내압방폭구조 전 기기기 설계시 반드시 알아야 하는 수치로 응용 공학적으로도 매우 중요한 수치이다.
MESG에 대한 Beyling의 연구는 어떠한 것을 밝혀냈는가? MESG에 대한 연구는 1906년 독일의 Beyling에 의해 시작되었다. 이 연구는 원통형 용기에 각종 틈새를 만들고 CH4-공기계 혼합가스를 준비하고 폭발 시험을 한 결과 어떤 틈새에서는 내부 폭발이 일어나 더라도 화염이 외부 폭발성 가스로 전파되지 않는다는 것을 실험적으로 밝혔다. 또한 독일 물리연구소 (Physikalisch-Technische Bundesanstalt)의 K.
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참고문헌 (8)

  1. Hwang, K. Y., "A Study on the Effect to Ignition Limits of Explosive Gas of Electrode Material in the Test of Intrinsically Safety Electric Appatus", Hanyang University, (1994) 

  2. Oh, K. H., "A Study on the Safe Gap for Explosion-proof", Hoseo University, (1997) 

  3. IEC 60079-20-1:2010 MATERIAL CHARACTERISTICS FOR GAS AND VAPOUR CLASSIFICATION 

  4. Beyer,M, Uber den Zunddurchsclag explodierender Gasgemische an Gehausen der Zundschutzart 'Druckfeste Kapselung", VDI Reiche,(1996) 

  5. Kanury.A.M, Introduction to combustion phenomena( for fire, incineration, pollution, and energy applications). New York, Gordon and Breach, (1975) 

  6. Boust, B.,J.Sottom, et al., "Unsteadt heat transfer during the turbulent combustion of a lean premixed methane-air flame:Effect of pressure and gas dynamics." Proceedings of the Combustion Institute 31(1):pp1411-1418, (2007) 

  7. Redker,T., Classification of flammable gases and vapours by the flameproof safe gap and the incendivity of electrical sparks, Physikalisch Technische Bundenstalt, Heat Division, Braunschweig, (1981) 

  8. Tennekes, H.a.L.,J.L., A first course in turbulence London, England, The MIT press., (1944) 

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