원통형 밀폐 용기의 내부 구조에 따른 폭발 압력 특성 연구

손의남,손승민,이선권,강규홍 한국마린엔지니어링학회 2019 한국마린엔지니어링학회지 Vol.43 No.3

Demand for explosion-proof electrical equipment is increasing with the increasing number of gas handling areas. Electric motors, which are essential in industrial fields, also require that they be explosion-proof structures. An explosion-proof motor should be designed such that it is sufficiently strong to withstand internal explosion pressure, and the strength of the casing must be verified using a reference pressure test. It is possible to estimate the internal explosion pressure of a general cylindrical structure using engineering calculations. However, this estimation becomes difficult when the internal structure, such as that of an electric motor, is complicated. In addition, the explosion pressure is confirmed experimentally. In this study, to analyze explosion pressure characteristics based on the internal structure of a cylindrical enclosure, models with different structures were fabricated and the same test environment was set up to perform a reference pressure test. After the cylindrical enclosure was tested, the test was repeated with the stator and rotor components added in sequence, and the explosion pressure characteristics based on the internal structure of the enclosure were analyzed based on the results of the explosion test. In addition, experiments were conducted on the closed vessel by changing the size of the air-gap for the motor, which can accelerate the explosion and produce a pressure piling phenomenon. Finally, the explosion pressure characteristics based on the size of the air-gap were analyzed. 가스 취급 구역의 증가에 따라 방폭형 전기기기의 수요가 증가하고 있으며, 산업현장의 필수품인 전동기도 방폭형구조를 요구하고 있다. 방폭형 전동기의 하우징 설계에는 내부 폭발 압력을 견딜 수 있는 강도를 반영해야하며, 기준압시험으로 케이싱의 강도를 검증하고 있다. 일반적인 원통 구조의 내부 폭발 압력은 추산이 가능하나, 전동기와 같이 내부구조가 복잡한 경우에는 공학적인 계산으로 폭발 압력을 추산하는 것이 어려우며, 시험적으로 폭발 압력을 확인해야 한다. 본 논문에서는 원통형 밀폐 용기의 내부 구조에 따른 폭발 압력 특성을 분석하고자 상이한 구조를 가지는 모델들을제작하였으며, 동일한 시험 환경을 조성하여 기준압 시험을 진행하였다. 원통형 밀폐 용기에 대해 실험을 진행한 후, 고정자와 회전자 형상의 구성품을 내부에 차례로 추가하면서 실험을 진행하였으며, 폭발 시험 결과 값을 바탕으로 원통형 밀폐 용기의 내부 구조에 따른 폭발 압력 특성을 분석하였다. 또한, 폭발을 가속시키며 압력 중첩 현상을 발생시킬 수 있는전동기 공극의 크기를 변경하면서 밀폐 용기에 대해 실험을 진행하여 공극 크기에 따른 폭발 압력 특성을 분석하였다.

수소가스 폭발의 물리화학적 특성 연구

조영도(Young-Do Jo) 한국가스학회 2012 한국가스학회지 Vol.16 No.1

수소는 온실가스 배출을 저감하기 위한 미래 에너지로 고려되고 있지만, 폭발위험에 대한 문제점을 지니고 있다. 따라서 수소가 미래 에너지로 사용되기 위해서는 폭발위험에 대한 연구가 충분히 이루어져야 한다. 폭발위험은 폭발충격에 대한 이해 즉, 폭발과정에서 압력 상승속도에 대한 분석과 밀접한 관계가 있다. 본 연구에서는 폭발에 영향을 미치는 변수, 즉 연소 전후의 비열비, 화학평형상태에서 최대폭발압력, 그리고 연소속도, 이들 변수가 압력 상승속도에 미치는 영향을 살펴보았다. 화학평형상태에서 최대폭발압력과 연소속도는 압력 상승곡선에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었고, 미연소 가스의 비열비는 초기압력 상승속도보다 최종압력 상승속도에 더욱 영향을 미치고, 연소가스의 비열비는 반대로 초기압력 상승속도에 더욱 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 연소속도는 실험 데이터로부터 구하였으며 밀폐공간에서 수소가스 폭발에서는 폭연에서 폭굉으로 전이가 일어나기에는 연소속도가 매우 느림을 알 수 있었다. Hydrogen is considered to be the most important future energy carrier in many applications reducing significantly greenhouse gas emissions, but the explosion safety issues associated with hydrogen applications need to be investigated and fully understood to be applicable as the carrier. The risk associated with a explosion depends on an understanding of the impacts of the explosion, particularly the pressure-time history during the explosion. This work provides the effects of explosion parameters, such as specific heat ratio of burned and unburned gas, equilibrium maximum explosion pressure, and burning velocity, on the pressure-time history with flame growth model. The pressure-time history is dominantly depending on the burning velocity and equilibrium maximum explosion pressure of hydrogen-air mixture. The pressure rise rate increase with the burning velocity and equilibrium maximum explosion pressure. The specific heat ratio of unburned gas has more effect on the final explosion pressure increase rate than initial explosion pressure increase rate. However, the specific heat ratio of burned gas has more influence on initial explosion pressure increase rate. The flame speeds are obtained by fitting the experimental data sets. The flame speeds for hydrogen in air based on our experimental data is very low, making a transition from deflagration to detonation in a confined space unlikely under these conditions.

폭굉을 고려한 압력용기 최대허용압력 결정방법의 제안

최진복 한국전산구조공학회 2018 한국전산구조공학회논문집 Vol.31 No.5

압력용기의 내압은 압력용기 설계의 중요한 인자이며 이를 바탕으로 관련 설계기준 및 구조해석결과에 따라 압력용기의 두께 및 직경과 같은 기하학적 형상이 결정된다. 그러나 압력용기 내부에서 폭굉이 일어날 경우 이 폭굉압력을 적절히 고려 하여 압력용기를 설계할 수 있는 설계기준은 미흡한 실정이다. 일반적으로 폭굉이 발생할 경우, 초기 폭굉압력이 용기 벽면에 도달하여 반사하는 반사압력은 초기압력의 2배 이상이라고 알려진다. 그러나 폭굉압력은 구조물의 고유주기보다도 짧은 시간 안에 최대치에 도달한 후 급격하게 감소하는 경향을 보이며, 이 경우 실제 용기벽면이 받게 되는 압력은 반사압력에 비해 매우 작을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 폭굉의 특성을 고려하여 압력용기가 견뎌야 하는 적절한 등가의 폭굉압 력을 산정하는 방법을 제안함으로써 폭굉을 고려한 효율적인 압력용기 설계기준을 제시하고자 하였다. The internal pressure is a critical parameter for designing a pressure vessel. The static pressure that a pressure vessel must withstand is usually determined according to the various codes and standards with simple formula or numerical simulations considering the geometric parameters such as diameter and thickness of a vessel. However, there is no specific codes or technical standards we can use practically for designing of pressure vessels which have to endure the detonation pressure. Detonation pressure is a kind of dynamic pressure which causes an impulsive pressure on the vessel wall in a extremely short time duration. In addition, it is known that the magnitude of reflected pressure at the vessel wall due to the explosion can be over twice the incident pressure. Therefore, if we only consider the reflected pressure, the design of the pressure vessel can be too conservative from the economical point of view. In this study, we suggest a practical method to evaluate the magnitude of maximum allowable pressure that the pressure vessel can withstand against the detonation inside a vessel. As an example to validate the proposed method, we consider the pressure vessel containing hydrogen gas.

p-Xylene의 농도 변화에 따른 폭발압력과 폭발압력상승속도의 실험적 연구

유삼열(Sam-Yeol Yoo),최유정(Yu-Jung Choi),정필훈(Phil-Hoon Jeong),최재욱(Jae-Wook Choi) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.11

p-Xylene은 석유화학업계에서 합성원료, 페인트, 도료, 페트병, 폴리에스터 섬유 등을 제조하는 원료 및 용제로 사용되고 있다. 하지만 위험물안전관리법 시행령에 따르면 p-Xylene은 제 4류 위험물 중 제 2 석유류로서 인화점이 낮아 점화원이 있는 경우 화재나 폭발의 위험이 있어 제조, 유통, 보관 시에 주의하여야 한다. 폭발은 급격하게 진행되는 화학반응을 통해 반응에 관여하는 물질이 부피를 확장 시키고 빛, 소리, 충격 압력을 동반하는 반응으로서 농도, 온도, 압력, 산소 및 착화원 등에 따라서 폭발범위가 달라지므로 이를 파악할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 p-Xylene의 비점 부근인 150 ℃에서 압력이 1.0 kg/cm2.G일 때 p-Xylene의 농도 변화에 따른 폭발압력 및 폭발압력상승속도를 구하였다. p-Xylene의 농도가 1.55%에서 2.35%로 증가할수록 최대 폭발압력은 5.66 kg/㎠.G에서 6.63 kg/㎠.G로 증가하였으며, 최대 폭발압력상승속도는 124.39 kg/㎠.G·s에서 196.41 kg/㎠.G·로 증가하였다. 또한 가연성 혼합기체가 착화되기 위해 필요한 최소한의 에너지는 p-Xylene의 농도가 1.55%에서 2.35%로 증가할수록 1.44 mJ에서 0.24 mJ로 낮아지는 경향을 확인하였다. P-xylene is used as raw material and solvent for manufacturing various products in the petrochemical industry. According to the Safety Control of Dangerous Substances Act, p-xylene is categorized as one of the Class 4 dangerous substances. Due to its low flash point, there is a risk of fire or explosion from p-xylene in the presence of ignition sources. In an explosion, the material involved expands in volume through a rapidly progressing chemical reaction and is accompanied by light, sound, and impact pressure. Since an explosion range varies depending on the concentration, temperature, pressure, oxygen, and ignition sources, it is necessary to understand these factors. This study was undertaken to measure the explosion pressure and its rise rate according to changes in the p-xylene concentration when the pressure was 1.0 kg/㎠.G at 150°C, which is near the boiling point of p-xylene. As the p-xylene concentration increased from 1.55% to 2.35%, the maximum explosion pressure increased from 5.66 kg/㎠.G to 6.63 kg/㎠.G, and the maximum explosion pressure rise rate increased from 124.39 kg/㎠.G·s to 196.41 kg/㎠.G·s. Furthermore, the minimum energy required for the combustible gas mixture to ignite decreased from 1.44 mJ to 0.24 mJ with an increasing concentration of p-xylene.

The Influence of Pressure, Temperature, and Addition of CO₂ on the Explosion Risk of Propylene used in Industrial Processes

( Yu-jung Choi ),( Jae-wook Choi ) 한국화학공학회 2020 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.58 No.4

In process installations, chemicals operate at high temperature and high pressure. Propylene is used as a basic raw material for manufacturing synthetic materials in the petrochemical industry; However, it is a flammable substance and explosive in the gaseous state. Thus, caution is needed when handling propylene. To prevent explosions, an inert gas, carbon dioxide, was used and the changes in the extent of explosion due to changes in pressure and oxygen concentration at 25 °C, 100 °C, and 200 °C were measured. At constant temperature, the increase in explosive pressure and the rates of the explosive pressure were observed to rise as the pressure was augmented. Moreover, as the oxygen concentration decreased, the maximum explosive pressure decreased. At 25 °C and oxygen concentration of 21%, as the pressure increased from 1.0 barg to 2.5 bar, the gas deflagration index (K_g) increased significantly from 4.71 barg·m/s to 18.83 barg·m/s.

암반에 전달된 밀장전 발파압력의 확률론적 예측 I - 최대 발파압력 예측을 중심으로 -

박봉기,이인모,김동현 사단법인 한국터널지하공간학회 2003 한국터널지하공간학회논문집 Vol.5 No.4

The propagation mechanism of a detonation pressure with fully coupled charge is clarified and the blasting pressure propagated in rock mass is derived from the application of shock wave theory. The blasting pressure was a function of detonation velocity, isentropic exponent, explosive density, Hugoniot parameters, and rock density. Probabilistic distribution is obtained by using explosion tests on emulsion and rock property tests on granite in Seoul and then the probabilistic distribution of the blasting pressure is derived from the above mentioned properties. The probabilistic distributions of explosive properties and rock properties show a normal distribution so that the blasting pressure propagated in rock can be also regarded as a normal distribution. Parametric analysis was performed to pinpoint the most influential parameter that affects the blasting pressure and it was found that the detonation velocity is the most sensitive parameter. Moreover, uncertainty analysis was performed to figure out the effect of each parameter uncertainty on the uncertainty of blasting pressure. Its result showed that uncertainty of natural rock properties constitutes the main portion of blasting pressure uncertainty rather than that of explosive properties. In other words, since rock property uncertainty is much larger than detonation velocity uncertainty the blasting pressure uncertainty is more influenced by the former than by the latter even though the detonation velocity is found to be the most influencing parameter on the blasting pressure. 장전한 암반 발파공에서 화약 폭발시 발생하는 고압의 폭굉압력 전파메카니즘을 충격파 이론을 적용하여 규명하고 전달된 발파압력 산정식을 유도하였다. 유도된 발파압력 산정식은 폭굉파속도, 단열지수, 화약밀도, Hugoniot 상수, 암반밀도의 함수였다. 에멀젼 화약과 서울 화강암의 특성시험을 시행하여 각 특성치의 확률분포를 정의하고 발파압력 산정식에 적용하여 발파압력의 확률분포를 산출하였다. 화약 특성치와 암반 특성치의 확률분포는 정규분포를 나타냈으며 따라서 발파압력의 확률분포도 정규분포로 추정되었다. 발파압력에 대한 매개변수분석을 시행한 결과 폭굉파속도가 발파압력에 가장 크게 영향을 미쳤다. 또한 이런 특성치의 불확실성이 발파압력의 불확실성에 미치는 영향을 분석하였다. 분석결과 암반특성치의 불확실성이 화약특성치보다 더 크게 영향을 미쳤다. 비록 매개변수분석에서 폭굉파속도가 발파압력에 가장 크게 영향을 미치는 요소이지만 암반특성치의 불확실성이 폭굉파속도의 불확실성보다 더 크기 때문에 발파압력은 후자보다 전자에 의해서 더 크게 영향을 받는다.

내압 폭발 압력 조정에 관한 연구

김수영(Kim, Hong-Sik),오대희(Oh, Dae-Hee),오규형(Oh, Kyu-Hyung),최범식(Choi, Beom-Shik),이성은(Lee, Sung-Eun),문영길(Moon, Young-Gil) 한국화재소방학회 2008 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2008 No.춘계

A Control variables of explosion pressure in enclosure are a type of explosive gas, concentration of mixture, open area in enclosure. In this study, be performed to test inner explosion pressure of Blast Proof Door by the control variables of explosion pressure. and this real explosion test of Blast Proof Door have a good point in test of the against pressure method that can be obtained dynamic pressure or not static pressure.

원료의약품 분진의 폭발 위험성 평가

김원성,이근원,우인성,전상용,Kim, Won Sung,Lee, Keun Won,Woo, In Sung,Jeon, Sang Yong 한국안전학회 2018 한국안전학회지 Vol.33 No.2

Dust explosions are occurring in a variety of industries. A dust explosion caused by a specific energy generates huge amount of energy in the ignition and releases decomposition gas. Damages can be increased since this released decomposition gas can cause second and subsequent explosions. In this study, the goal was to obtain practical information on what could affect the explosion by comparing the characteristics of two kinds of dusts with completely different chemical properties. Three kinds of dusts were measured and evaluated for explosion pressure, dust explosion index, explosion limit and minimum ignition energy. It is possible to grasp the characteristics of each dust and use it as useful accident prevention data in the production of raw material powder.

프로필렌의 공정안전 운전을 위한 CO₂ 첨가량에 따른 폭발범위 측정에 관한 연구

최유정(Yu-Jung Choi),허종만(Jong-Man Heo),김정훈(Jung-Hun Kim),최재욱(Jae-Wook Choi) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.7

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 CO₂를 이용하여 온도와 압력의 변화에 따라 산소농도의 변화에 대한 폭발 범위를 구하였다. 온도는 25 ℃, 100 ℃, 200 ℃로 변화시켜 측정하였으며, 용기 내 압력을 1.0 ㎏f/㎠.G, 1.5 ㎏f/㎠.G, 2.0 ㎏f/㎠.G, 2.5 ㎏f/㎠.G로 CO₂를 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. 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 ℃, 100 ℃, and 200 ℃ and the amount of carbon dioxide in the container was 1.0 ㎏f/㎠.G, 1.5 ㎏f/㎠.G, 2.0 ㎏f/㎠.G, and 2.5 ㎏f/㎠.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.

밀가루분진 및 살리실산분진의 폭발하한농도 및 열적특성 비교에 관한 연구

고재선 한국화재소방학회 2012 한국화재소방학회논문지 Vol.26 No.4

We have examined In order to compare each other from explosion and combustion characteristics about the dusts which collects from manufacturing process of wheat flour and cosmetics manufacturing process of functional Keratin removal soap at the small and medium enterprise style. We measured explosive pressure and explosive lower limit which follows in change of concentration change at the time of talc addition uses Hartman dust explosion apparatus, also measured weight loss and endothermic quantity uses DSC and TGA. The explosion test results show that increased explosive lower limit concentration and explosive pressure decreased by the increased ratio of the talc dust. And the DSC results show that heat flux and temperature decreased by the increased ratio of the talc dust. Also increased in raising temperature causes initial smoldering temperature to move towards low temperature section and the endothermic quantity increased on a large scale. Together the TGA results show that weight loss decreased by the increased ratio of the talc dust. From this research we have assured the successive dust explosion mechanism study will play a key role as a significant safety securing guideline against the dust explosion. 본 연구에서는 중소기업형의 밀가루 제조공정 및 각질제거용 기능성 비누를 생산하는 화장품 제조공정에서의 분진들을 채집하여 폭발 및 열적특성을 비교하기 위해 실험을 수행하였다. 폭발실험은 Hartman식 분진폭발장치를 이용하였고,열적실험은 DSC 및 TGA를 이용하여 활석첨가시 농도의 변화에 따른 폭발압력 및 폭발하한계와 온도에 따른 무게감량과 흡열량을 측정하였다. 폭발실험결과 두 시료 모두 활석분진의 비율이 증가할수록 폭발하한농도가 증가하는 것을 볼수 있었고, 폭발압력은 감소됨을 확인하였다. 그리고 DSC 실험결과 활석의 첨가량이 증가할수록 열유속은 감소하고 온도 또한 약간의 감소상태인 것으로 분석되었다. 또한 두 시료 모두 승온 속도가 증가 할수록 흡열개시온도가 낮은 온도부분으로 이동하고 있으며, 흡열량도 크게 증가하였다. 아울러 TGA 실험결과 활석의 양이 증가할수록 전체 무게감량이줄어드는 것으로 나타났다. 향후 분진폭발메커니즘의 지속적 연구와 보완이 효과적인 분진폭발예방 대책수립에 기여할것으로 기대된다.