표제지
국문 요약
목차
1. 서론 15
1.1. 연구배경 및 목적 15
1.2. 연구내용 및 방법 18
1.3. 연구의의 19
2. 이론적 고찰 및 선행연구 20
2.1. 폭발특성 20
2.1.1. 연소와 폭발 20
2.1.2. 폭발특성 23
2.1.3. 폭발시험가스 27
2.2. 폭발압력에 영향을 미치는 요인 30
2.2.1. 인화성가스의 농도 31
2.2.2. 인화성가스의 초기온도와 초기압력 33
2.2.3. 점화원의 위치와 점화에너지 36
2.2.4. 장애물 유무 및 형상 37
2.2.5. 용기의 크기 및 기하학적 형태 40
2.2.6. 습도의 영향 43
2.2.7. 시사점 44
2.3. 방폭기기 45
2.3.1. 폭발위험장소 45
2.3.2. 방폭구조 46
2.3.3. 방폭 그룹 49
2.3.4. 기기보호등급 51
2.3.5. 방폭온도등급 53
2.3.6. 용기의 보호등급(IP Code) 54
2.4. 폭발시험 55
2.4.1. 방폭기기의 폭발시험 55
2.4.2. 폭발압력측정 IEC 60079-1 57
2.4.3. 인화성 가스⸱증기의 최대폭발압력의 결정 EN 13673-1 58
3. 실험방법 59
3.1. 실험장치 59
3.1.1. 폭발가스 혼합장치 59
3.1.2. 가습장치 62
3.1.3. 폭발압력 측정장치 62
3.2. 실험절차 64
3.3. 통계분석방법 66
4. 실험결과 67
4.1. 수소-공기 폭발혼합물 67
4.2. 아세틸렌-공기 폭발혼합물 69
4.3. 에틸렌-공기 폭발혼합물 72
4.4. 프로판-공기 폭발혼합가스 75
4.5. 메탄-공기 폭발혼합물 78
4.6. 소결 79
5. 결론 및 향후 연구방향 80
5.1. 결론 80
5.2. 향후 연구방향 81
참고문헌 82
Abstract 90
〈표 1-1〉 내압시험용 소형기기의 상대압력 17
〈표 2-1〉 라디칼 연쇄 반응 21
〈표 2-2〉 폭발거동에 영향을 미치는 주요한 변수 23
〈표 2-3〉 수소(H₂)의 특징 27
〈표 2-4〉 아세틸렌(C₂H₂)의 특징 28
〈표 2-5〉 에틸렌(C₂H₄)의 특징 28
〈표 2-6〉 프로판(C₃H₈)의 특징 29
〈표 2-7〉 메탄(CH₄)의 특징 29
〈표 2-8〉 폭발시험가스의 폭발특성 데이터 30
〈표 2-9〉 인화성가스의 최대폭발압력 32
〈표 2-10〉 대기압, 상온에서 메탄-공기 혼합가스를 실험한 폭발압력 42
〈표 2-11〉 폭발위험장소의 구분 46
〈표 2-12〉 방폭원리에 따른 방폭구조의 분류 46
〈표 2-13〉 고용노동부고시에 따른 방폭구조의 종류 47
〈표 2-14〉 IEC 표준에 따른 방폭구조의 종류 47
〈표 2-15〉 방폭 그룹 50
〈표 2-16〉 그룹 II의 세분류 50
〈표 2-17〉 기기보호등급 51
〈표 2-18〉 폭발위험장소와 기기보호등급 52
〈표 2-19〉 기기보호등급과 방폭구조 52
〈표 2-20〉 온도등급과 자연발화온도 54
〈표 2-21〉 용기의 보호등급 54
〈표 2-22〉 방폭기기의 폭발시험의 종류 55
〈표 2-23〉 보호등급별 고정자 절연시스템 시험 55
〈표 2-24〉 회전기기의 폭발시험 혼합물 56
〈표 2-25〉 소형부품 발화시험용 폭발시험 혼합물 56
〈표 2-26〉 감소된 주위 온도에 대한 시험계수 57
〈표 3-1〉 시험에 사용된 인화성가스의 순도 60
〈표 3-2〉 Technical specifications of MFC 60
〈표 3-3〉 기준압력결정을 위한 가스-공기 혼합물의 농도 65
〈표 4-1〉 상대습도변화에 따른 수소(31 vol. %)-공기 혼합가스의 시험결과 67
〈표 4-2〉 상대습도별 수소-공기 혼합가스의 폭발압력의 평균 및 표준편차 68
〈표 4-3〉 상대습도변화에 따른 아세틸렌(14 vol. %)-공기 혼합가스의 시험결과 70
〈표 4-4〉 상대습도별 아세틸렌(14 vol. %)-공기 혼합가스의 폭발압력의 평균 및 표준편차 71
〈표 4-5〉 상대습도변화에 따른 에틸렌(8.0 vol. %)-공기 혼합가스의 시험결과 73
〈표 4-6〉 상대습도별 에틸렌(8 vol. %)-공기 혼합가스의 폭발압력의 평균 및 표준편차 74
〈표 4-7〉 상대습도변화에 따른 프로판(4.6 vol. %)-공기 혼합가스의 시험결과 76
〈표 4-8〉 상대습도별 프로판(4.6 vol. %)-공기 혼합가스의 폭발압력의 평균 및 표준편차 77
〈표 4-9〉 상대습도변화에 따른 메탄(9.8 vol. %)-공기 혼합가스의 시험결과 78
〈표 4-10〉 상대습도별 메탄(9.8 vol. %)-공기 혼합가스의 폭발압력의 평균 및 표준편차 78
[그림 1-1] 최근 7년간 화재⸱폭발 재해자 15
[그림 1-2] 논문의 구성 19
[그림 2-1] 연소의 구분 20
[그림 2-2] 중간 라디칼 진행 21
[그림 2-3] a) 가스폭발의 삼각형 b) 분진폭발의 오각형 22
[그림 2-4] Comparison of detonation and deflagration gas dynamics 24
[그림 2-5] Gas Explosion apparatus 24
[그림 2-6] 전형적인 폭발압력 파형 25
[그림 2-7] 비정형 폭발압력 파형 25
[그림 2-8] 압력중첩 26
[그림 2-9] 대기압과 상온의 공기 중에서 인화한계 31
[그림 2-10] 120 L(좌) 구형용기와 20 L(우) 용기 32
[그림 2-11] 에틸렌-공기 혼합가스의 최대폭발압력(Pmax); 초기압력([1]: p0=0.6 barg, [3]: p0=1 barg)이 다른 원통형용기(1.178 L)와 단열폭발([2]: p0=0.6 bagr, [4]: p0=1 barg),...[이미지참조] 33
[그림 2-12] 초기압력별 메탄-공기 혼합가스의 폭발압력(초기압력; 1 atm, 5 barg, 10 barg 20 ℃, 120 ℃, 240 ℃) 35
[그림 2-13] 프로판-공기 혼합가스의 폭발압력, 1 barg, 구형용기 35
[그림 2-14] 원통형 용기에서 점화위치에 따른 폭발압력 36
[그림 2-15] 점화에너지에 따른 폭발압력의 영향 37
[그림 2-16] 장애물이 설치된 원통형 용기에서 점화원 및 압력측정 위치 38
[그림 2-17] 최대폭발압력과 장애물의 영향 38
[그림 2-18] 층류와 난류에서의 폭발압력 39
[그림 2-19] 펜테인-공기 농도별 최대폭발압력 41
[그림 2-20] 메탄-공기 혼합가스의 폭발압력, 1barg, 298K 42
[그림 2-21] 에폭시프로판의 상대습도 40%, 66%, 88%에서 농도변화에 따른 폭발압력 43
[그림 2-22] 온도 298 K에서 상대습도 변화에 따른 최대폭발압력, 3번 폭발 반복 44
[그림 2-23] 방폭기기 표시 45
[그림 3-1] Schematic diagram of the explosion apparatus 59
[그림 3-2] 질량유량제어기 60
[그림 3-3] 산소분석 전송기(상)와 제어기(하) 61
[그림 3-4] 가습장치 (① 니들밸브 ② 마이크로 니들밸브 ③ 볼밸브 ④ 밀폐수조) 62
[그림 3-5] 폭발용기의 단면(a: 내부 챔버, b: 외부원통형용기, c: 조정부, d: 혼합물 출구, e: 혼합물 입구, f: 관측창, g: 점화플러그, h: 틈새 밑면, 고정, i: 틈새 윗면, 가변) 63
[그림 3-6] 점화플러그 63
[그림 3-7] Piezoelectric pressure sensor 63
[그림 3-8] Charge meter 64
[그림 3-9] 압력신호 전송케이블 64
[그림 3-10] 폭발압력 측정그래프 66
[그림 4-1] 수소(31 vol. %)-공기 혼합가스의 폭발압력 69
[그림 4-2] 아세틸렌(14 vol. %)-공기 혼합가스의 폭발압력 72
[그림 4-3] 에틸렌(8.0 vol. %)-공기 혼합가스의 폭발압력 75
[그림 4-4] 프로판(4.6 vol. %)-공기 혼합가스의 폭발압력 77
[그림 4-5] 메탄(9.8 vol. %)-공기 혼합가스의 폭발압력 79