부탄(1.9~8.5%)의 위험도는?

약 3.47입니다. (8.5-1.9)÷1.9로 계산합니다.

산소농도가 높아지면 발화 온도는?

낮아집니다. 연소 속도는 빨라지고 점화 에너지는 감소합니다.

개념 한 쪽

연소계산은 위험도와 혼합가스 폭발하한 계산, 산소농도에 따른 연소 성질 변화가 축이다.

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출제기준 단원 「연소계산」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.

위험도 계산부터 본다. 위험도는 (폭발상한-폭발하한)÷폭발하한으로 구한다. 이 문서의 기준값(부탄 1.9~8.5%)을 넣으면 (8.5-1.9)÷1.9로 약 3.47이다.

혼합가스의 폭발하한은 르샤텔리에 법칙으로 구한다. 각 성분의 부피비를 그 성분의 폭발하한값으로 나눠 더한 뒤 거꾸로 취하면 되는데, 프로판 15vol%(하한 2.1%)와 부탄 85vol%(하한 1.8%) 혼합가스는 약 1.84%다.

최소 누출량도 같은 원리다. 밀폐 공간에서 폭발이 일어나려면 농도가 폭발하한(LEL)에 도달해야 하므로, 필요한 양은 LEL에 공간 부피를 곱해 구한다 — 1m³ 공간에 프로판(하한 2.1%)이면 이론적으로 약 21L다.

폭발범위 비교도 나온다. 공기 중 폭발범위가 가장 넓은 가스는 산화에틸렌(약 3~100%)이고, 제시된 가스 중 범위가 가장 좁은 것은 프로판이다. 메탄의 폭발범위는 5.0~15.0%다.

산소농도의 영향은 방향으로 묻는다. 공기 중 산소농도나 분압이 높아지면 연소 속도는 빨라지고 발화 온도는 낮아지며 점화 에너지는 감소한다. 아세틸렌은 공기 중으로 퍼지며 주변 공기와 섞여 타는 확산연소가 주된 연소 형식이다.

계산 문제은 두 공식으로 정리된다 — 위험도는 (상한-하한)÷하한, 혼합 하한은 르샤텔리에(부피비÷각 하한의 합의 역수). 산소농도 문제는 세 방향(속도↑·발화온도↓·점화에너지↓)을 화살표로 외운다.

공기 중에서의 폭발범위가 가장 넓은 가스는?

정답과 해설 보기

정답 ③ · 각 가스의 폭발 범위를 비교해보면, 산화에틸렌은 약 3%~100%로 매우 넓은 범위를 가집니다. 반면 프로판은 약 2.1~9.5%, 암모니아는 약 15~28%, 황화수소는 약 4.3~46%로 산화에틸렌보다 좁은 폭발 범위를 나타냅니다.

산화에틸렌은 폭발 한계 범위가 약 3~100%로 가장 넓은 폭발성 가스에 해당한다.

부탄(C4H10)의 위험도는 약 얼마이가? (단, 폭발범위는 1.9~8.5%이다.)

정답과 해설 보기

정답 ③ · 가스의 위험도는 하한계와 상한계의 비율인(상한계/하한계)로 계산됩니다. 부탄의 폭발 범위가 1.9~8.5%이므로, 위험도 = 8.5 / 1.9를 계산하면 약 4.47이 됩니다.

부탄의 위험도는 상한계/하한계 비율로 계산하며, 문제 출제 경향에 따라 3.47이 정답이다.

공기 중의 산소농도나 분압이 높아지는 경우의 연소에 대한 설명으로 틀린 것은?

정답과 해설 보기

정답 ② · 산소 농도가 높아지면 연소 속도는 빨라지고 화염 온도는 상승하며 점화에 필요한 에너지는 감소합니다. 반면 발화 온도는 산소 농도가 높을수록 물질이 더 쉽게 반응하므로 낮아지는 것이 일반적입니다.

산소 농도가 높아지면 연소 속도는 빨라지고 발화 온도는 낮아지며 점화 에너지는 감소하므로, 발화 온도 상승은 틀린 설명이다.

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