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Butadiene Popcorn Polymer의 자연발화 위험성에 관한 연구
A Study on the Risk of Spontaneous ignition to Butadiene Popcorn Polymer 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.33 no.2, 2019년, pp.1 - 8  

구채칠 (한국산업안전보건공단 전문기술실) ,  이정석 (한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원) ,  최재욱 (부경대학교 소방공학과)

초록
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본 연구는 화학공장에서 원료 및 제품으로 사용되는 Butadiene popcorn polymer에 자연발화가 일어날 수 있는지를 평가하기 위하여 성분분석, 열중량분석, 열안정성분석, 자연발화점 측정 및 가속속도열량측정분석을 실시하였다. 분석결과 성분분석에서는 다양한 종류의 가연성 성분이 측정되었고, 열중량 분석을 통해 공기중에서 95.6%, 질소중에서 89.2%의 중량감소가 측정되었다. 열안정성분석 결과, 공기분위기에서 $88^{\circ}C$에서 발열이 시작되었으며, 자연발화점 부근($220^{\circ}C$)에서는 발열속도가 급격히 증가하였다. 질소분위기에서 $70^{\circ}C$ 부근에서 발열이 시작되었으며, $450^{\circ}C$까지 두 단계의 분리된 발열 Peak값이 관측되었다. 가속속도열량측정결과 발열현상은 나타나지 않았으며, 자연발화점을 분석한 결과 최저발화온도는 $211.7^{\circ}C$ 였다. 열안정성 평가에서 산출된 결과를 토대로 반응열에 의한 Column의 열적변형을 유발시킬 수 있는 가능성은 충분한 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was conducted to investigate the possibility of spontaneous ignition in Butadiene popcorn polymer, which is used as raw material and product in a chemical plant. A component analysis, thermogravimetric analysis, thermal stability analysis, spontaneous ignition point measurement and accele...

주제어

#Auto ignition   #Butadiene popcorn polymer   #Thermal safety evaluation   #Thermal deformation of column  

표/그림 (13)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 정비보수 작업중 생성되는 Butadiene popcorn polymer의 시료를 사용하여 열중량분석(Thermo gravimetric analysis, TGA), 성분분석, 열안정성분석(Differential Scanning Calorimeter, DSC), 자연발화점측정(Auto Ignition Temperature, AIT), 가속속도열량측정(Accelerate Reaction Calorimeter, ARC)의 방법을 통하여 자연발화 위험성을 분석하였으며, 발열 반응에 의한 칼럼의 변형 가능성을 구명하고 이를 사용하는 화학공정 등에 있어서 화재 및 폭발예방에 필요한 기초 자료를 제공하고자 한다.

가설 설정

  • 시험 중 주의사항은 ZPA-3를 이용하여 자연발화점을 측정하는 경우, 대류 등에 의해 영향을 받기 때문에 시험 중 후드는 작동시키지 않아야 하고, 시료를 투입하는 용기는 망(Mesh)으로 제작되어 있기 때문에 승온과정 중에서 발화를 위한 충분한 휘발성 성분이 발생되기 전에 상변화(용융)가 일어나면 해당 시료가 용기로부터 이탈되어 측정이 불가능하므로 주의해야 한다. 자연발화점은 물질의 고유적인 성질이 아니며, 측정하고자 하는 시료의 성상, 산소농도, 시험장치 내의 용기 크기 및 가열 속도 등의 다양한 인자에 의해서 변화될 수 있다. 본 시험에서는 NF T 20-036 (1985) 규격을 적용하여 자연발화점을 측정하였다.
  • 열중량 분석기(TGA)는 시료에 온도 프로그램을 가하여 시료의 질량변화를 시간이나 온도의 함수로써 측정한다. 재료의 질량손실은 증발(Vaporization)이나 가스 상태의 산물을 생성하는 화학반응에 의해 발생된다. TGA 실험시 재료는 가스상 분위기에 민감하여 사용된 Purge gas가 불활성가스(N2, He, Ar)가 아닌 경우에는 시료는 가스(O2, Air)와 반응하여 나타난 거동을 관찰할 수 있다.
  • TGA 실험시 재료는 가스상 분위기에 민감하여 사용된 Purge gas가 불활성가스(N2, He, Ar)가 아닌 경우에는 시료는 가스(O2, Air)와 반응하여 나타난 거동을 관찰할 수 있다. 질량변화는 감도가 좋은 전자저울(Electronic balance)에 의해 연속적으로 측정된다. 시험조건과 구체적 시험방법은 다음과 같다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자연발화란 무엇인가? 이 화재는 외부연소나 방화, 미소화원에 의한 발화원인이 없어 Butadiene popcorn polymer (BPP)에 의한 자연발화로 추정되고 있다. 자연발화는 가연성 고체에 열 등의 형태로 에너지가 주어졌을 때 스스로 타기 시작하는 산화반응 현상이다. 가연성 고체가 주위로부터 충분한 에너지를 받아서 스스로 점화할 수 있는 최저온도를 최소자연발화온도(Autoignition Temperature, AIT) 라고 한다.
물질의 연소특성치에 대한 정확한 정보가 필요한 이유는? 화학공장의 안전과 보건을 확보하기 위해서는 취급하는 물질의 연소특성치에 대한 정확한 정보가 필요하다. 특히 새로운 형태의 고형 또는 가연성 분체를 제조․저장 및 취급 하고 있는 공정이 증가하고 있으므로 스파크와 같은 착화원이 존재하지 않는 상황에서 자연발화를 일으킬 잠재적 위험성이 있기 때문에 큰 피해를 초래 할 수 있다[2,3].
자연발화 위험성을 분석하는 방법에는 어떤것들이 있는가? 본 연구에서는 정비보수 작업중 생성되는 Butadiene popcorn polymer의 시료를 사용하여 열중량분석(Thermo gravimetricanalysis, TGA), 성분분석, 열안정성분석(Differential Scanning Calorimeter, DSC), 자연발화점측정(Auto Ignition Temperature, AIT), 가속속도열량측정(Accelerate Reaction Calorimeter, ARC)의 방법을 통하여 자연발화 위험성을 분석하였으며, 발열반응에 의한 칼럼의 변형 가능성을 구명하고 이를 사용하는 화학공정 등에 있어서 화재 및 폭발예방에 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.
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참고문헌 (7)

  1. Ministry of Employment and Labor, "Announcement of the Number of Incident in 2014", p. 16 (2016). 

  2. J. W. Choi, Y. S. Mok and D. M. Ha, "A Study on spaontaneous ignition of Hydroxy Propyl Methyl Cellulose", Journal of Korean Fire Science Association, Vol. 15, No. 4, pp. 34-40 (2001). 

  3. W. S. Lim and J. W. Choi, "Thermal Stability and Critical ignition Temperature of RPF", Journal of Korean Fire Science Association, Vol. 22, No. 1, pp. 99-104 (2008). 

  4. M. E. Levin, A. D. Hill, L. W. Zimmerman and T. E. Paxon, "The Reactivity of 1,3-Butadiene with Butadiene- derived Popcorn Polymer", J. Hazard Materials, Vol. 115, pp. 71-90 (2004). 

  5. The American Chemistry Council's Olefins Panel Butadiene Product Task Group, "Butadien Product Stewardship Guidance Manual", Part IV-handling, Transport and Storage Information IV-20 - IV-21 (2010). 

  6. M. Tamura (Center for Risk Management and Safety Science, Yokohama National University), "Fire and explosion in a butadiene rectifying column during preparation for turnaround shutdown maintenance", https://www.sozogaku.com/fkd/en/cfen/CC1000002.html (2017). 

  7. Mary Kay O'connor Process Safety Center Chemical Engineering Department Texas Engineering Station Texas A&M University System College Station, Texas 77843-3122 "Best Practice in Prevention and Suppression of Metal Packing Fires", http://process-safety.tamu.edu (2017). 

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