[국내논문]프로필렌의 공정안전 운전을 위한 CO2 첨가량에 따른 폭발범위 측정에 관한 연구 A Study on the Measurement of Explosion Range by CO2 Addition for the Process Safety Operation of Propylene원문보기
위험물질에 의한 제조물을 취급하는 설비와 시설은 대부분 고온, 고압으로 공정을 운전을 한다. 이로 인해 화재폭발로 인한 위험성이 증대되고 있다. 특히, 폭발 사고는 석유 화학 가스설비 등 위험물 시설의 가장 주된 위험요인으로 작용하고 있으며, 그 중, 프로필렌은 석유화학 플랜트의 기초 원료 및 첨가 중합반응에 의한 합성물질을 제조하는 현장에서 많이 사용되고 있다. 산소농도의 변화에 대한 폭발범위를 구함으로써 프로필렌을 사용하는 사업장에서 발생 될 수 있는 폭발을 예방하기 위하여 불활성 가스인 $CO_2$를 이용하여 온도와 압력의 변화에 따라 산소농도의 변화에 대한 폭발범위를 구하였다. 온도는 $25^{\circ}C$, $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$로 변화시켜 측정하였으며, 용기 내 압력을 $1.0kgf/cm^2.G$, $1.5kgf/cm^2.G$, $2.0kgf/cm^2.G$, $2.5kgf/cm^2.G$로 $CO_2$를 가압시켜 측정하였다. 폭발한계는 온도, 압력 및 산소농도와 관계가 있으며, 온도와 압력이 높아질수록 최소산소농도는 낮아지고, 산소농도가 낮아질수록 폭발범위는 좁아졌다. 또한, 최소산소농도 이하의 농도에서는 프로필렌의 증기와 점화원이 존재하여도 폭발이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
위험물질에 의한 제조물을 취급하는 설비와 시설은 대부분 고온, 고압으로 공정을 운전을 한다. 이로 인해 화재폭발로 인한 위험성이 증대되고 있다. 특히, 폭발 사고는 석유 화학 가스설비 등 위험물 시설의 가장 주된 위험요인으로 작용하고 있으며, 그 중, 프로필렌은 석유화학 플랜트의 기초 원료 및 첨가 중합반응에 의한 합성물질을 제조하는 현장에서 많이 사용되고 있다. 산소농도의 변화에 대한 폭발범위를 구함으로써 프로필렌을 사용하는 사업장에서 발생 될 수 있는 폭발을 예방하기 위하여 불활성 가스인 $CO_2$를 이용하여 온도와 압력의 변화에 따라 산소농도의 변화에 대한 폭발범위를 구하였다. 온도는 $25^{\circ}C$, $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$로 변화시켜 측정하였으며, 용기 내 압력을 $1.0kgf/cm^2.G$, $1.5kgf/cm^2.G$, $2.0kgf/cm^2.G$, $2.5kgf/cm^2.G$로 $CO_2$를 가압시켜 측정하였다. 폭발한계는 온도, 압력 및 산소농도와 관계가 있으며, 온도와 압력이 높아질수록 최소산소농도는 낮아지고, 산소농도가 낮아질수록 폭발범위는 좁아졌다. 또한, 최소산소농도 이하의 농도에서는 프로필렌의 증기와 점화원이 존재하여도 폭발이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
Most facilities that manufacture products made from the hazardous materials operate at high temperatures and pressures. Therefore, there is a risk of fire explosion. In particular, an explosion accident is a major risk factor for facilities with hazardous materials, such as oil, chemical, and gas. P...
Most facilities that manufacture products made from the hazardous materials operate at high temperatures and pressures. Therefore, there is a risk of fire explosion. In particular, an explosion accident is a major risk factor for facilities with hazardous materials, such as oil, chemical, and gas. Propylene is often used in sites producing basic raw materials and synthetic materials by addition polymerization at petrochemical plants. To prevent an explosion in the business using propylene, the explosion range with the oxygen concentration was calculated according to the changes in temperature and pressure using an inert gas, carbon dioxide. In these measurements, the temperature was $25^{\circ}C$, $100^{\circ}C$, and $200^{\circ}C$ and the amount of carbon dioxide in the container was $1.0kgf/cm^2.G$, $1.5kgf/cm^2.G$, $2.0kgf/cm^2.G$, and $2.5kgf/cm^2.G$. The explosion limit was related to temperature, pressure, and oxygen concentration. The minimum oxygen concentration for an explosion decreased with increasing temperature and pressure. The range of explosion narrowed with decreasing oxygen concentration. In addition, no explosion occurred at concentrations below the minimum oxygen concentration, even with steam and an ignition source of propylene.
Most facilities that manufacture products made from the hazardous materials operate at high temperatures and pressures. Therefore, there is a risk of fire explosion. In particular, an explosion accident is a major risk factor for facilities with hazardous materials, such as oil, chemical, and gas. Propylene is often used in sites producing basic raw materials and synthetic materials by addition polymerization at petrochemical plants. To prevent an explosion in the business using propylene, the explosion range with the oxygen concentration was calculated according to the changes in temperature and pressure using an inert gas, carbon dioxide. In these measurements, the temperature was $25^{\circ}C$, $100^{\circ}C$, and $200^{\circ}C$ and the amount of carbon dioxide in the container was $1.0kgf/cm^2.G$, $1.5kgf/cm^2.G$, $2.0kgf/cm^2.G$, and $2.5kgf/cm^2.G$. The explosion limit was related to temperature, pressure, and oxygen concentration. The minimum oxygen concentration for an explosion decreased with increasing temperature and pressure. The range of explosion narrowed with decreasing oxygen concentration. In addition, no explosion occurred at concentrations below the minimum oxygen concentration, even with steam and an ignition source of propylene.
또한 산소농도의 변화에 따른 폭발한계를 구함으로써 폭발이 발생되지 않는 최소산소농도(MOC)를 구하였으며, 온도와 압력의 변화에 따른 가연성한계농도를 측정함으로써 프로필렌을 저장하거나 취급하는 산업현장에서 화재 · 폭발 사고를 예방할 수 있는 기초자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
3 %는 질소의 분위기에 의한 폭발범위이다. 따라서 본 연구에서는 프로필렌을 사용하여 불활성 물질인 CO2에 의한 폭발한계농도를 구함으로써 불활성 가스인 질소와 비교 검토하고자 한다.
석유화학 공정에서 기초 원료 및 첨가 중합반응에 의한 합성물질을 제조하는 원료로 사용되는 프로필렌의 공정안전 운전을 위한 폭발범위 및 최소산소농도를 구하기 위하여 불활성 가스인 CO2를 사용하여 산소의 농도를 변화시켜, 전파법을 개량한 시험장치를 사용하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
본 실험에서 사용된 시료는 순도 99.6 %인 프로필렌과 유니온 가스에서 구입한 순도 99.99 %인 CO2와 O2를 사용했으며, 연소 특성에 관련된 특성치는 Table 1과 같다. 이는 한국산업안전보건공단에서 제공하는 물질안전보건자료로써, 실제 제공한 물질의 물성값과 다를 수 있다.
이론/모형
일반적으로 가스폭발은 Dalton의 분압법칙을 적용하는 것이 바람직하다. 일정 온도에서 혼합기체의 전체 압력은 구성되어 있는 기체들의 부분 압력의 합한 값과 같다는 것을 나타낸다.
성능/효과
1) 폭발한계는 온도, 압력 및 산소농도와 관계가 있으며, 온도와 압력이 높아질수록 MOC는 낮아지고, 산소농도가 낮아질수록 폭발범위는 좁아졌다.
2) 온도가 25 ℃에서 압력이 1.0 kgf/cm2.G일 때 MOC는 16.4 %이고 1.5 kgf/cm2.G일 때 16 %, 2.0 kgf/cm2.G일 때 15.6 % 및 2.5kgf/cm2.G일 때 15.4 %로서 압력이 증가할수록 최소농도가 낮아지고, MOC 이하의 농도에서는 프로필렌의 증기와 점화원이 존재하더라도 폭발이 발생 되지 않는 것을 알 수 있다.
3) 동일한 온도와 압력에서 산소농도가 감소할수록 하한계는 약간 상승하였으나, 상한계는 급격하게 감소한다. 이는 폭발범위가 줄어드는 것을 나타내고, 결과적으로 산소농도가 감소할수록 폭발의 위험성이 줄어든다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
폭발한계의 특징
많은 연소 특성치 중 폭발한계는 가연성 가스가 폭발할 수 있는 농도범위로서 가연성 가스의 폭발한계에서 낮은 쪽을 폭발하한계(Lower Explosion Limit; LEL), 높은 쪽을 폭발상한계(Upper Explosion Limit; UEL) 라 하며, 폭발한계는 통상적으로 산소농도가 증가하면 넓어지고 감소하면 좁아진다.
동일한 온도와 압력에서 산소농도가 감소하면 하한계가 약간 상승하고 상한계가 급격하게 감소하는데, 이는 무슨 의미인가?
3) 동일한 온도와 압력에서 산소농도가 감소할수록 하한계는 약간 상승하였으나, 상한계는 급격하게 감소한다. 이는 폭발범위가 줄어드는 것을 나타내고, 결과적으로 산소농도가 감소할수록 폭발의 위험성이 줄어든다.
폭발 사고의 가장 큰 위험요인은?
이로 인해 화재폭발로 인한 위험성이 증대되고 있다. 특히, 폭발 사고는 석유 화학 가스설비 등 위험물 시설의 가장 주된 위험요인으로 작용하고 있으며, 그 중, 프로필렌은 석유화학 플랜트의 기초 원료 및 첨가 중합반응에 의한 합성물질을 제조하는 현장에서 많이 사용되고 있다. 산소농도의 변화에 대한 폭발범위를 구함으로써 프로필렌을 사용하는 사업장에서 발생 될 수 있는 폭발을 예방하기 위하여 불활성 가스인 $CO_2$를 이용하여 온도와 압력의 변화에 따라 산소농도의 변화에 대한 폭발범위를 구하였다.
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