분진 폭발

Dust explosion
리코포듐 분말 연소 실험 시연

먼지 폭발은 밀폐된 장소 내에서 공기 중에 떠 있는 미립자가 빠르게 연소하는 것을 말합니다.분진 폭발은 대기 중 고농도로 분산된 가연성 물질이 존재하는 경우 또는 순수한 산소와 같은 기타 산화 가스 매체가 있을 때 발생할 수 있습니다.연료가 가연성 물질의 역할을 하는 경우, 폭발을 연료 공기 폭발이라고 합니다.

분진 폭발은 탄광, 곡물 엘리베이터 및 기타 산업 환경에서 자주 발생하는 위험입니다.그들은 또한 화려한 외관과 주의 깊게 통제된 특정 조건 하에서 안전하게 억제될 수 있는 능력을 가지고 있기 때문에 특수 효과 예술가, 영화 제작자, 불꽃 기술자들에 의해 일반적으로 사용된다.

열기압 무기는 쉽게 연소되는 물질로 지역을 빠르게 포화시킨 후 불을 붙여 폭발력을 발생시킴으로써 이 원리를 이용합니다.이 무기들은 [1]현존하는 핵무기 중 가장 강력한 것이다.

용어.

좁은 공간에서 급속 연소가 발생하면 엄청난 압력이 축적되어 큰 구조적 손상과 날아다니는 파편을 야기할 수 있습니다."분리"에서 에너지가 갑자기 방출되면 야외 또는 밀폐된 공간에서 충격파가 발생할 수 있습니다.불꽃의 확산 속도가 아음속일 경우, 이 현상을 "폭발"이라고 부르기도 하지만, 느슨한 사용법은 두 현상 모두를 "폭발"이라고 부른다.

먼지 폭발은 본질적으로 "1차" 또는 "2차"로 분류될 수 있다.일차 분진 폭발은 프로세스 장비 또는 유사한 인클로저 내부에서 발생할 수 있으며, 일반적으로 외부 대기에 대한 특수 제작된 덕트를 통한 압력 방출에 의해 제어된다.2차 분진 폭발은 1차 폭발에 의해 건물 내부에 먼지가 쌓이면서 방해를 받고 발화되어 구조물 전체에 영향을 미칠 수 있는 훨씬 더 위험한 통제 불가능한 폭발을 야기하는 결과입니다.역사적으로, 먼지 폭발로 인한 사망자는 주로 2차 [2]먼지 폭발의 결과였다.

필요한 조건

분진폭발의 5가지 요건을 나타내는 그림

분진폭발에는 [3]다음의 5가지 조건이 필요합니다.

  • 가연성 먼지
  • 먼지가 충분히 높은 농도로 공기 중에 분산됩니다.
  • 산화제(일반적으로 대기 산소)가 있습니다.
  • 점화원이 있습니다.
  • 구역이 한정되어 있습니다.건물은 인클로저일 수 있습니다.

먼지 발생원

1878년 그레이트 밀 참사의 입체 화법
1921년 호주의 멀리건 광산 참사.이 케이블 드럼통들은 석탄 분진 폭발 후 기초에서 50피트(15m) 떨어진 곳에서 폭파되었다.
2008년 미국 조지아주 포트 웬트워스의 임페리얼 슈가 폭발 사고 여파

탄다고 알려진 많은 일반적인 물질들은 석탄 분진이나 톱밥과 같이 먼지 폭발을 일으킬 수 있다.게다가, 곡물, 밀가루, 녹말, 설탕, 분유, 코코아, 커피, 꽃가루와 같은 위험한 먼지 구름 속으로 많은 평범한 유기 물질들이 분산될 수 있습니다.분말 금속(알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등)은 미세하게 분할되면 공기 중에 폭발성 현탁액을 형성할 수 있습니다.

1878년 5월 2일 밀가루 분진의 거대한 폭발로 미네소타에서 한 제분소가 파괴되어 워시번 A 제분소 근로자 18명과 인접한 건물 근로자 [4]4명이 사망했다.제재소 등 목공 전문 장소에서도 비슷한 문제가 발생한다.

2010년대 산업 생산 규모의 금속 분말 기반 적층 제조(AM)가 등장한 이후 레이저 소결 또는 기타 융접 [5]방법 후에 남아 있는 금속 분말의 흔적에서 발생하는 분진 폭발 및 화재를 방지하기 위한 더 많은 정보와 경험이 필요하게 되었습니다.예를 들어 AM빌드 하류의 가공작업에서는 지지구조 내의 다공성으로부터 해방된 잉여분말이 [5]절삭계면에서 불꽃에 노출될 수 있다.이러한 지식 기반을 업계 내에서 구축하는 것뿐만 아니라 지역 소방서와 공유하기 위한 노력도 진행 중이며, 지역 소방서는 해당 지역의 기업에 대한 정기적인 화재 안전 점검을 실시하고 있으며, AM이 현재 생산 [5]믹스의 일부인 상점이나 공장에서 경보에 응답할 수 있을 것으로 예상할 수 있다.

엄밀하게는 먼지는 아니지만, 가공 중에 방출되는 종이 입자(특히 롤링, 언롤, 캘린더/슬리팅, 시트 절단)도 폭발 위험이 있는 것으로 알려져 있습니다.이러한 위험에 노출될 수 있는 밀폐된 제지 공장 구역은 일반적으로 매우 높은 공기 습도를 유지하여 공기 중의 종이 분진 폭발 가능성을 낮춥니다.

특수 효과 폭약에서, 리코포듐[2] 분말과 비유제품 크리머는[6] 안전하고 통제된 화재 효과를 내는 두 가지 일반적인 방법입니다.

빠른 연소를 지원하려면 먼지는 표면적 대 부피비가 높은 매우 작은 입자로 구성되어야 하며, 따라서 모든 입자의 집합적 또는 결합 표면적이 더 큰 입자의 먼지보다 매우 커야 합니다.먼지는 직경 약 500마이크로미터 미만의 입자를 가진 가루로 정의되지만, 모든 입자의 총 표면적이 크기 때문에 미세한 먼지는 거친 입자보다 훨씬 더 큰 위험을 야기합니다.

집중

폭발 하한치(LEL)를 밑돌면 [7]분진이 부족하여 폭발에 필요한 속도로 연소를 지원할 수 없습니다.LEL의 25% 이하의 가연성 농도는 [8]안전한 것으로 간주됩니다.마찬가지로 연료 대 공기비가 폭발 상한(UEL) 이상으로 증가하면 필요한 속도로 연소를 지속할 수 있는 산화제가 부족합니다.

공기 중 분진의 최소 폭발 농도 또는 최대 폭발 농도를 결정하는 것은 어려우며, 발생원마다 다른 결과를 얻을 수 있습니다.공기 중 일반적인 폭발 범위는 최소 한도의 경우 수십 그램3/m에서 최대 한도의 경우 몇 kg3/m까지입니다.예를 들어 톱밥의 LEL은 40~50g/m로3 [9]측정되었다.사용되는 재료의 종류를 포함한 많은 요소에 따라 달라집니다.

산화제

일반적으로 다른 필수 조건도 존재하는 경우 일반 대기 산소는 먼지 폭발을 지원하기에 충분할 수 있다.고산소 또는 순수 산소 환경은 염소 및 불소와 같은 강력한 산화 가스와 마찬가지로 특히 위험한 것으로 간주됩니다.또한 과산화물, 염소산염, 질산염, 과염소산염, 중크롬산염 등 산화전위가 높은 화합물의 미립자 부유물은 가연성 물질도 존재할 경우 폭발 위험을 높일 수 있다.

발화원

발화원에는 여러 가지가 있으며, 불꽃이 없는 것만이 유일한 것은 아니다. 2005년 독일에서 발생한 먼지 폭발의 절반 이상이 화염원이 아닌 [7]발화원으로부터 발생한 것이었다.일반적인 점화원은 다음과 같습니다.

그러나 폭발 후 조사 시 정확한 발화원을 판단하기가 어려운 경우가 많다.전원을 찾을 수 없는 경우, 점화 원인은 정전기가 원인인 경우가 많습니다.정전하는 외부 소스에 의해 발생하거나 입자 자체의 표면에서 충돌하거나 서로 스쳐 지나갈 때 마찰에 의해 이동할 수 있습니다.

메커니즘

먼지는 질량에 비해 표면적이 매우 크다.연소는 산소와 반응할 수 있는 고체나 액체의 표면에서만 발생할 수 있기 때문에, 이것은 먼지가 부피 물질보다 훨씬 더 가연성을 띠게 합니다.예를 들어 밀도가 1g3/cm인 가연성 물질의 1kg(2.2파운드) 구면 직경은 약 12.4cm(4.9인치)이고 표면적은 0.048m2(0.52평방피트)이다.그러나 직경 50µm(약 밀가루 입자 크기)의 구형 먼지 입자로 분해하면 표면적이 120평방미터(1,300평방피트)가 됩니다.이렇게 크게 늘어난 표면적은 물질이 훨씬 더 빨리 연소할 수 있게 해주며, 각 입자의 질량이 매우 작기 때문에 물질 내부의 전도에 대한 열 손실이 없기 때문에 벌크 물질보다 훨씬 적은 에너지로 불이 붙을 수 있습니다.

연료와 공기의 혼합물이 점화되면, 특히 창고나 사일로와 같은 밀폐된 공간에서 상당한 압력 증가가 발생하며, 종종 구조물을 파괴하기에 충분할 정도로 압력이 높아집니다.전통적으로 불연성 물질(알루미늄 등) 또는 천천히 연소하는 물질(목재 등)도 미세하게 분할하면 강력한 폭발을 일으킬 수 있으며 작은 불꽃으로도 점화될 수 있습니다.

  • 야외 분진 폭발 시연
  • Experimental setup

    실험 셋업

  • Finely-ground flour is dispersed

    곱게 간 밀가루가 흩어지다

  • Cloud of flour is ignited

    밀가루 구름이 점화되다

  • Fireball spreads rapidly

    불덩어리가 빠르게 퍼지다

  • Intense radiant heat has nothing to ignite here

    강한 복사열은 여기서 발화할 것이 없다.

  • Fireball and superheated gases rise

    화구 및 과열된 가스가 상승

  • Aftermath of explosion, with unburned flour on the ground

    폭발사고의 여파, 미연소 밀가루가 바닥에 떨어져 있다.

영향들

먼지 폭발은 구조물, 장비 및 인력에 심한 과압이나 충격파 효과로 큰 피해를 줄 수 있습니다.비행 물체나 파편이 더 큰 피해를 줄 수 있습니다.화구에서 나오는 강한 복사열은 주변을 발화시키거나 보호되지 않은 사람에게 심각한 피부 화상을 입힐 수 있습니다.밀폐된 공간에서 산소가 갑자기 고갈되면 질식을 일으킬 수 있다.먼지가 탄소를 기반으로 하는 경우(탄광 등), 불완전 연소로 인해 대량의 일산화탄소(광부 후 댐)가 생성될 수 있습니다.이것은 구조 [10][11]시도를 방해할 뿐만 아니라 원래 폭발보다 더 많은 사망자를 발생시킬 수 있다.

보호 및 경감

이 미국 포스터는 제1차 세계대전 중 곡물 분진 폭발에 대해 경고한 것이다.

유럽과 다른 곳에서 이러한 위험을 통제하는 방법을 이해하기 위해 많은 연구가 수행되었지만, 먼지 폭발은 여전히 일어난다.프로세스와 플랜트를 안전하게 하기 위한 대안은 업계에 따라 다릅니다.

탄광업계에서 메탄 폭발은 석탄 분진 폭발을 일으킬 수 있으며, 그 폭발은 광구 전체를 집어삼킬 수 있다.예방책으로 광산도로를 따라 불연성 돌가루를 깔거나 지붕에 매달린 트레이에 저장하여 충격파에 의해 야기된 석탄가루를 연소할 수 없을 정도로 희석할 수 있다.광산에는 점화 방지를 위해 물을 살포할 수도 있습니다.

일부 산업에서는 "삽입"으로 알려진 예방 조치인 분진 발생 과정에서 산소를 제외합니다.일반적으로 이것은 산소를 대체할 수 있는 불연성 가스인 질소, 이산화탄소 또는 아르곤을 사용합니다.가연성 증기가 축적될 수 있는 대형 저장 탱크에서도 동일한 방법이 사용됩니다.그러나 무산소 가스를 사용하면 작업자가 질식할 위험이 있습니다.먼지 폭발 위험이 높은 밀폐된 공간에서 조명이 필요한 작업자는 밀폐된 방수 설계로 인해 개방 스파크가 발생할 위험이 없기 때문에 수중 다이버들을 위해 설계된 램프를 사용하는 경우가 많습니다.

방해를 받아 2차 폭발로 이어질 수 있는 가연성 먼지 퇴적물의 축적을 제거하는 등 좋은 하우스키핑 관행도 문제를 완화하는 데 도움이 됩니다.

NFPA(National Fire Protection Association) 가연성 먼지[12] 표준에서 확인할 수 있는 최상의 엔지니어링 제어 조치는 다음과 같습니다.

  • 젖음
  • 산화제 농도 감소
  • 폭연 환기
  • 폭연 압력 격납
  • 소화 억제
  • 분진 유지 및 화염 방지 장치를 통해 분출되는 폭연

주목할 만한 사고

먼지 구름은 유럽에서 [13]매년 약 2,000회의 폭발을 일으키는 흔한 폭발원이다.이 표에는 전 세계적으로 주목할 만한 사건들이 나열되어 있습니다.

이벤트 날짜. 위치 나라 원재료 사망률 부상 메모들
트레이드스턴 제분소 폭발 사고 1872년 7월 9일 글래스고, 스코틀랜드 영국 미립자 가루 18 16 방앗간 건물을 소실하고 주변 건물을 파괴하고 화재를 일으켜 다른 사람을 숨지게 했다.폭발에 대한 조사는 유럽과 미주 전역에서 발표되었다.
Great Mill Disaster 1878년 5월 2일 미니애폴리스, 미네소타 주 미국 미립자 가루 18 세계에서 가장 큰 제분소를 파괴하고 다른 5개의 제분소를 평탄화함으로써 미니애폴리스의 제분 능력을 1/3에서 1/2로 효과적으로 감소시켰습니다.전국의 공장들이 먼지가 쌓이는 것을 방지하기 위해 더 나은 환기 시스템을 설치하도록 촉구했습니다.
신뢰할 수 있는 제분 및 엘리베이터의 재해 1913년 6월 24일 버팔로, 뉴욕 United States미국 미립자 가루 33 80 이 업무일 오후의 폭발로 곡물 엘리베이터와 제분소가 파괴되었다.지나가던 철도 개폐 기관사가 택시에서 떨어져 사망했다.지나가던 니켈 플레이트 로드 여객 열차의 유리창이 깨졌지만 승객들은 [14][15]다치지 않았다.
밀워키 공장 폭발 사고 1919년 5월 20일 위스콘신 주 미국 사료 분쇄 공장 3 4 폭발은 주변 수 마일에 걸쳐 감지되었고 회사 소유의 공장을 완전히 무너뜨렸다.
더글러스 스타크 공장 폭발 사고 1919년 5월 22일 아이오와 주 미국 옥수수 녹말 43 30 폭발은 주변 수 마일에 걸쳐 감지되었고 회사 소유의 공장을 완전히 무너뜨렸다.
포트 콜본 폭발 사고 1919년 8월 9일 포트 콜본 캐나다 알갱이 10 16 폭발은 또한 곡물 엘리베이터 근처에 있던 퀘벡 기선을 파괴했다.
캔자스시티의 대형 터미널 곡물 엘리베이터 1919년 9월 13일 캔자스시티, 미주리 주 미국 14 10 엘리베이터 지하에서 발생, 정화 기간 중 발생, 엘리베이터 통로를 통해 위쪽으로 이동
멀리건 광산 참사 1921년 9월 19일 멀리건 산, 퀸즐랜드 주 호주. 석탄 가루 75 광산에서 발생한 일련의 석탄 분진 폭발은 30km 떨어진 곳에서도 들렸다.
벤시후 콜리에 폭발 1942년 4월 26일 랴오닝 성 만주국(현재의 중국) 석탄 분진과 가스 1,549 그날 일하던 광부들의 34%가 죽었다.이것은 세계 최악의 탄광 사고이다.
필스베리 폭발과 화재 1972년 1월 2일 버팔로, 뉴욕 United States미국 밀가루 3 8 당시 세계에서 가장 큰 제분소에서 새해 주말 폭발이 있었습니다.폭발은 길이 500피트, 10층 높이의 콘크리트와 강철로 된 대형 밀가루 보관함에서 일어났다.수리가 [16]완료되는 데 1년이 걸렸다.
웨스트웨고 곡물 엘리베이터 폭발 사고 1977년 12월 22일 루이지애나 주 미국 미립자 가루 36 13 [17]
갤버스턴 곡물 엘리베이터 폭발 사고 1977년 12월 27일 텍사스 주 미국 미립자 가루 20 [17]
버즈 커스터드 공장 폭발 1981년 11월 18일 밴버리 영국 옥수수 녹말 9 [13][18]
메츠 몰트 공장 폭발 사고 1982년 10월 18일 메츠 프랑스. 보리 가루 12 1 [19]
Ingeniero 화이트 사일로 N† 5 폭발 1985년 3월 13일 인제니에로 화이트 아르헨티나 미립자 가루 22 [20]
하얼빈 방직 공장 폭발 사고 1987년 3월 17일 하얼빈 중국 아마 분진 58 177 [21]
수코딜스카-스키드나 탄광 사고 1992년 6월 9일 수코딜스크 우크라이나 석탄가루와 연소암프 63 37 [22][23]
블레이 곡물 폭발 1997년 8월 블레이 프랑스. 미립자 가루 11 1 Societé d'Exploptation Maritary Blayise의 곡물 저장 시설에서 폭발이 일어나 인근 사무실에서 11명이 사망하고 [13]1명이 부상했다.
드브루스 엘리베이터 폭발 사고 1998년 6월 위치타, 캔자스 주 미국 미립자 가루 7 10 당시 세계에서 가장 큰 곡물 엘리베이터였던 곳에서 여러 번의 폭발이 일어났다.집진 시스템이 제대로 [24]유지되지 않았습니다.
West Pharmical Services 2003년 1월 29일 노스캐롤라이나 주 미국 폴리에틸렌 분진 6 38
제국 설탕 폭발 2008년 2월 7일 포트 웬트워스 (조지아 주) 미국 설탕가루 14 42 [13]
2014년 쿤산 폭발 사고 2014년 8월 2일 쿤산 중국 금속 분말 146 114
타이완 펀코스트 폭발 사고 2015년 6월 27일 신타이베이 대만 착색 녹말 분말 15 498 대만 펀코스트 야외 음악·컬러 페스티벌에서 홀리 컬러 파우더가 공개되면서 폭발.
보슬리 목재 분쇄기 폭발 사고 2015년 7월 17일 체셔 주 영국 나무 가루 4 4 [25][26]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Harding, Luke (2007-09-11). "Russia unveils the 'father of all bombs'". The Guardian. ISSN 0261-3077. Retrieved 2019-01-19.
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  3. ^ "OSHA Fact Sheet: Hazard Alert: Combustible Dust Explosions" (PDF). osha.gov. Archived from the original (PDF) on 2020-11-01. Retrieved 2018-01-23.
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  23. ^ "Самые масштабные аварии на шахтах за годы независимой Украины". 2 March 2017.
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  26. ^ Pilling, Kim (July 27, 2015). "Bosley Wood flour mill explosion: Fourth body found in wreckage of building gutted by blast". Mirror Online. Retrieved 2015-12-02.

외부 링크

Wikimedia Commons에는 먼지 폭발과 관련된 미디어가 있습니다.

프랑스와 미국의 사고:

분진 위험 폭발 위험으로부터 프로세스 플랜트 및 곡물 처리 시설 보호: