식료품 분진의 발화 및 폭발 위험성

한우섭,Han, Ou-Sup 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.5

식료품 가공 산업에서 분진폭발사고가 자주 발생하고 있으며 배관이나 장치 내의 화염전파에 의한 폭발피해가 증가하고 있다. 그러나 다양한 분체특성으로 인하여 활용 가능한 화재폭발특성자료가 적다는 문제가 있다. 사고발생 빈도가 높고 사회적 수요가 많은 설탕, 옥수수, 밀가루의 발화 위험성과 폭발특성을 실험적으로 조사하였다. 설탕, 옥수수, 밀가루 분진의 평균입경은 27.56, 14.76, $138.5{\mu}m$로 나타났으며 이러한 분체조건에서 열중량분석(TGA) 및 시차주사열량계(DSC)를 사용하여 발화온도를 조사하였다. 최대폭발압력($P_m$) 및 폭발지수는($K_{st}$) 각각 7.6, 7.6, 6.1 bar 및 153, 133, 61 [$m{\cdot}bar/s$]로서 분진폭발 위험성은 설탕이 가장 높고 밀가루가 가장 작았다. 또한 분진폭발 시의 화염전파로 인한 피해확대 위험성을 평가하기 위하여 분진화염전파의 소요시간을 계산하였으며 화염전파로 인한 폭발피해 위험성은 설탕, 밀가루, 옥수수 분진의 순으로 높았다. Severe dust explosions occurred frequently in food processing industries and explosion damage increase by flame propagation in pipes or plants. However there are few fire explosion data available due to various powder characteristics. We investigated the characteristics of ignition and explosion on sugar, cornstarch and flour dust with high frequency accidents and high social demand. The measurements showed the median diameter of 27.56, 14.76, $138.5{\mu}m$ and ignition temperature has been investigated using by thermo-gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimeter (DSC). The maximum explosion pressure ($P_m$) and dust explosion index ($K_{st}$) of sugar, cornstarch and flour are 7.6, 7.6, 6.1 bar and 153, 133, 61 [$m{\cdot}bar/s$], respectively. The flame propagation time in duct was calculated in order to evaluate the damage increase due to flame propagation during dust explosion. The explosion hazard increase due to flame propagation was higher in the order of sugar, flour and cornstarch dust.

마그네슘의 폭발특성에 미치는 평균입경의 영향

한우섭(Ou-Sup Han),이수희(Su-Hee Lee) 한국가스학회 2013 한국가스학회지 Vol.17 No.4

본 연구에서는 마그네슘(Mg)분진의 폭발특성에 미치는 평균 입경의 영향을 조사하였다. 이를 위해 20-L분진 폭발시험장치와 10 kJ의 에너지를 갖는 화학 점화기를 사용하여 실험을 수행하였다. 실험에 사용한 Mg분진은 평균입경이 서로 다른 3가지 시료(38, 142, 567 μm)를 대상으로 분진농도를 2250 g/㎥까지 조사하였다. Mg분진의 폭발하한농도(LEL)는 평균입경 38, 142 μm에 있어서 각각 30, 40 g/㎥ 이 얻어졌다. LEL은 입경 증가에 의해 감소 경향을 나타냈는데 Mg분진은 입경이 증가할수록 폭발 확률이 감소함을 의미한다. 최대폭발압력(P<SUB>m</SUB>)과 폭발지수(K<SUB>st</SUB>)는 입경이 증가하면 감소하였지만, 평균입경 567 μm의 Mg분진의 경우에는 5 kJ의 착화에너지에서는 폭발 현상이 관찰되지 않았다. A study was carried out on the effect of particle size (mean diameter) on magnesium dust explosion. Experimental investigations were conducted in a 20-L explosion sphere, using 10 kJ chemical ignitors. Explosion tests were performed with three different dusts having mean diameter (38, 142, 567 μm) and the dust concentrations were up to 2250 g/㎥. The lower explosion limits(LEL) of magnesium dusts were about 30 g/㎥ at 38 μm and 40 g/m3 at 142 μm. LEL tended to increase with particle size and this means that the explosion probability of magnesium dust decreased with increase of particle size. The maximum explosion presssure (P<SUB>m</SUB>) and K<SUB>st</SUB> (Explosion index) decreased with the increase of particle size. For magnesium powder of 567 μm, however, the explosive properties were not observed in the 5 kJ ignition energy.

알루미늄 분진의 평균입경 변화에 따른 폭발위험성

한우섭(Ou-Sup Han),한인수(In-Soo Han) 한국가스학회 2014 한국가스학회지 Vol.18 No.4

본 연구에서는 알루미늄 분말의 입자 크기에 따른 폭발특성을 20 L 분진폭발실험장치(Kuhner제작)를 사용하여 조사하였다. 사용한 시료는 각각 16, 33, 88 ㎛의 체적기준 평균입경을 갖는 알루미늄 입자를 대상으로 실험을 수행하였다. 분진의 평균입경이 16, 33, 88 ㎛에서 폭발하한농도는 각각 40, 60, 125 g/m3로서 분진의 입경이 증가하면 점차적으로 증가하는 경향을 나타냈다. 또한 각각의 알루미늄 분진에서 입자 크기의 증가는 폭발압력 및 분진폭발지수(Kst)의 감소로 이어졌다. 이러한 본 연구 결과는 알루미늄 분말의 활용 및 안전 운전을 위한 중요 자료로 활용될 수 있다. In this study, the explosion characteristic of aluminium powders have been investigated as a function of particle size using by a 20 L dust explosion apparatus (Kuhner). The tested aluminium particle sizes were the volume mean diameter of 16, 33 and 88 μm. The lower explosion limit increases gradually with the increasing of dust particle diameter, respectively 40, 60, 125 g/m3 in mean diameter of 16, 33 and 88 μm. Also the increase in particle size for each aluminum dusts was found to cause an decrease in explosion pressure and Kst of dust explosion index, and a increase in the lower explosion concentration. Research results may have important implications for aluminum powders utilization and safety operation.

마그네슘 부유 분진의 입자 체류시간과 발화온도

한우섭(Ou-Sup Han) 한국가스학회 2015 한국가스학회지 Vol.19 No.3

본 연구에서는 부유 Mg분진의 최소발화온도(MIT)에 있어서 입자 체류시간이 어떠한 영향을 주는지를 실험자료와 입자속도의 계산결과를 사용하여 조사하였다. 평균입경이 증가하면 Mg분진의 MIT는 증가하는 반면에 입자 체류시간(Residence time)은 지수함수적으로 감소하여 분진의 발화 가능성이 저하되는 요인이 될 수 있음을 계산을 통해 확인할 수 있었다. 또한 온도증가에 의한 입자속도에의 영향은 평균입경이 클수록 미세하지만 증가하는 결과가 얻어졌다. Effects of residence time on the MIT(Minimum Ignition Temperature) in suspended Mg particles are examined by using MIT experimental data and calculation results of terminal velocity. With increasing of the average particle diameter, we were able to identify that MIT of Mg dusts increased and the calculated residence time of particle decreased exponentially. Also, the influence on terminal velocity due to temperature increase increased slightly with increasing of average particle diameter.

마그네슘 분진의 열분해 및 발화온도 특성

한우섭(Ou-Sup Han),이정석(Jung-Suk Lee) 한국가스학회 2013 한국가스학회지 Vol.17 No.5

본 연구에서는 Mg분진의 분진입경과 승온속도에 따른 열분해 및 발화온도 특성을 실험적으로 조사하였다. 이를 위해 시료는 평균 입경이 서로 다른 38, 142, 567 μm의 Mg분진을 사용하였다. 실험에서는 열중량분석장치(TGA)와 IEC 61241-2-1규격에 따라 제작한 자연발화온도(MIT) 실험장치를 사용하여 실시하였다. 실험 결과 퇴적 Mg에 있어서 공기중 승온속도가 증가하면 중량개시온도는 증가하였으며, 동일한 승온속도 조건에서 입경의 증가는 발화온도의 증가로 나타났다. 또한 부유 Mg분진의 최저발화온도(MIT)는 평균 입경이 증가할수록 증가하는 경향을 보였다. The study was conducted experimentally on characteristic of thermal decomposition and minimum ignition temperature of magnesium dusts. For this purpose, three different Mg dusts of mean diameter (38, 142, 567 μm) were used. Experimental investigations were conducted by using TGA(Thermo gravimetric analysis) and MIT(Minimum Ignition Temperature) apparatus made in accordance with IEC 61241-2-1 standard. As the results, temperature of weight gain in Mg dust layers increased with increasing of heating rates in air and, under the same heating rate condition, minimum ignition temperature increased with particle size. Also the MIT of suspended Mg dust clouds tended to increase with increasing of mean diameter.

이송 배관 내 분진폭발의 화염전파특성

한우섭 ( Ou Sup Han ) 한국화학공학회 2009 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.47 No.5

입경 변화에 따른 퇴적금속 분체층의 화염전파

한우섭 ( Ou Sup Han ),최이락 ( Yi Rac Choi ),한인수 ( In Soo Han ),이정석 ( Jung Suk Lee ) 한국화학공학회 2010 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.48 No.5

마그네슘합금의 조성비율에 따른 폭발 및 화염전파 특성

한우섭(Ou-Sup Han),이근원(Keun-Won Lee) 한국가스학회 2012 한국가스학회지 Vol.16 No.4

본 연구에서는 폭발사고가 반복되고 있는 마그네슘합금(Mg-Al alloy) 분진의 동종재해 예방대책을 위한 안전자료로 활용하기 위하여 폭발특성을 실험적으로 조사하고 화염전파속도를 추정하였다. 화염전파속도는 폭발과 압력 강도에 영향을 주지만 분진폭발에서는 화염의 확산에 따른 피해예측에도 중요한 자료로 활용될 수 있다. 실험은 마그네슘합금(평균입경 151~161 μm )의 성분비에 따른 폭발특성을 조사하였으며, 밀폐공간의 분진폭발에서 화염전파속도를 계산하기 위하여 분진의 연소시간과 화염면의 도달시간을 고려하고 폭발압력으로부터 추정하는 방법을 사용하였다. 그 결과, Mg-Al(60:40 wt%), Mg-Al(50:50 wt%), Mg-Al(40:60 wt%)의 최대화염전파속도는 각각 15.5, 18, 15.2 m/s가 얻어졌으며 성분비율에 따라 최대화염속도는 변화하는 경향을 나타냈다. The aim of this study is to evaluate the characteristics of explosion and flame velocity that can be utilized to factories where Mg-Al alloy metal powders are handled in the form of raw materials, products or by-product for similar dust explosion prevention and mitigation. Because the strength of the blast pressure is the result due to flame propagation, flame velocity in dust explosion can be utilized as a valuable information for damage prediction. An experimental investigation was carried out on the influences of content ratio of Mg-Al alloy (mean particle size distribution of 151 to 161 μm). And a model of flame propagation velocity based on the time to peak pressure and flame arrival time in dust explosion pressure, assuming the constant burning velocity, leads to a representation of flame velocity during dust explosion. As the results, the maximum flame velocity of Mg-Al(60:40 wt%), Mg-Al(50:50 wt%) and Mg-Al(40:60 wt%) was estimated 15.5, 18 and 15.2 m/s respectively, and also tend to change with content ratio of Mg-Al.

반응성 유기물 분진의 폭발특성과 열안정성

한우섭(Ou-Sup Han),한인수(In-Soo Han),최이락(Yi-Rac Choi),이근원(Keun-Won Lee) 한국가스학회 2011 한국가스학회지 Vol.15 No.4

20 L 구형 폭발시험장치와 시차주사열량계(DSC)를 사용하여 반응성 유기물 분진의 폭발 및 열분해 특성을 실험적으로 조사하였다. 그 결과 97 % Benzoyl peroxide(BPO), Phthalic anhydride(PA), 1-Hydroxybenzotri azol(HBT)의 폭발하한은 매우 낮은 농도인 10~15 g/㎥의 범위로 측정되어 착화위험성이 높은 것으로 나타났다. HBT, PA 및 97 % BPO의 폭발지수는 각각 251, 146, 80 [barㆍ㎧]로서, HBT는 폭발등급 2에 해당한다. 또한 밀폐계 분진폭발의 화염전파 특성을 추정하기 위하여 용기면에의 화염도달시간과 폭발압력을 고려하여 화염전파속도를 예측하였다. 97 % BPO 및 HBT의 열분해 개시온도와 발열량은 각각 107 ℃(1025 J/g), 214 ℃(1666 J/g)로 나타났는데, 이와 같이 낮은 열분해 온도와 큰 발열량이 폭발특성에 영향을 주는 것으로 판단된다. Using 20 L spherical explosion vessel and differential scanning calorimeter (DSC), an experimental investigation was carried on explosion characteristics and thermal decomposition of some reactive organic dust. As the result, the minimum explosion concentration of Benzoyl peroxide (BPO), Phthalic anhydride (PA) and 1-Hydroxybenzotriazol (HBT) exist between 10 and 15 g/㎥, which indicates that their explosion sensitivity are high. The maximum Kst values of HBT, PA and 97 % BPO are 251, 146 and 80 [barㆍ㎧], respectively and the explosion severity of HBT is the explosion class of St-2. The flame velocity was also calculated from the combustion time of dust and flame arrival time to estimate the flame propagation characteristics in a closed vessel. The decomposition temperature and heat of decomposition reaction for 97 % BPO and HBT are 107℃ (1025 J/g), 214℃ (1666 J/g), respectively and it was found that these low decomposition temperature and high released heat affect the explosion characteristics.

나노 및 마이크로 입자 알루미늄의 폭발 특성

한우섭(Ou-Sup Han),이근원(Keun-Won Lee) 한국가스학회 2014 한국가스학회지 Vol.18 No.5

마이크로 크기의 알루미늄 분진의 폭발 특성에 대한 연구는 많이 조사되어 왔지만 나노 크기의 알루미늄 분진에 대한 연구는 매우 적다. 본 연구에서는 나노 및 마이크로 크기의 알루미늄 분진 (70 nm, 100 nm, 6 μm, 15 μm)이 분진폭발특성에 미치는 영향을 20 L 폭발시험 장치를 사용하여 실험적으로 조사하였다. 부유 상태의 알루미늄 분진의 입자 크기가 감소하면, 나노 크기에서의 알루미늄 분진의 폭발하한농도(LEC)는 마이크로 크기의 알루미늄분진보다 감소하였다. 나노 크기의 알루미늄 분진에서의 폭발특성은 마이크로 크기의 알루미늄 분진과 명확한 폭발성의 차이를 보이지 않았다. 투과 전자 현미경(TEM )에 의해 나노 크기의 알루미늄 입자의 관찰로부터 입자 간의 응집성의 증가가 나노 알루미늄 분진의 폭발성에 영향을 미칠 수 있을 것으로 추정되었다. Explosion characteristics of micro-sized aluminum dusts had been studied by many researchers, but the research of nano-sized aluminum dusts were very insufficient. In this study, an experimental investigation was carried out on the influences of nano and micro-sized aluminum dusts (70 nm, 100 nm, 6 μm, 15 μm) on dust explosion properties of aluminum particles by using 20 L explosion apparatus. With decreasing of particle size in suspended aluminum dusts, the LEC (lower explosion concentration) of nano-sized aluminum is lower than that of micro-sized aluminum. The particle size change of nano-sized aluminum dusts seems no obvious explosion differences than that of micro-sized aluminum dusts. From the observation of nano-sized aluminum particles by TEM (Transmission Electron Microscopy), it is estimated that increase of particles aggregation may have effects on the explosion characteristics of aluminum nanopowders.