개념 한 쪽
폭발사건의 원인 조사는 혼합가스의 폭발범위, 혼합발화의 감식 절차, 폭발 뒤 잔류하는 물리량의 단위 환산과 같은 기초적 원리를 바탕으로 수행한다. 혼합 가스의 폭발하한계는 성분별 특성과 혼합비에 의해 계산하며, 혼합발화 감식은 혼합 실험과 단독 실험을 병행하여 원인을 규명한다. 또한 현장 계측값을 해석할 때는 게이지압력과 절대압력의 차이를 정확히 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「폭발원인 조사방법」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 혼합가스 LFL 계산 | 1 | 혼합비를 적용하여 혼합가스의 폭발하한계를 추정하는 방법을 묻는다 |
| 혼합발화 감식 절차 판단 | 1 | 혼합발화 조사에서 혼합실험과 단독실험의 병행 필요성을 판별하는 능력을 묻는다 |
| 게이지압력→절대압력 환산 | 1 | 압력 단위 변환과 대기압 보정으로 절대압력을 계산하는 절차를 묻는다 |
혼합가스의 폭발하한계(LFL)는 각 성분의 연소범위와 혼합비를 고려하여 산정한다는 원리가 적용된다. 레샤틀리에 법칙을 통해 이론적 값을 구할 수 있으며, 실무에서는 각 성분의 하한값에 혼합비를 곱하여 근사값을 산출하는 방법을 종종 이용한다.
혼합발화 감식은 혼합물 자체의 발화 가능성뿐만 아니라 구성 성분 각각의 단독 발화 여부를 확인하는 절차를 포함해야 정확한 원인 판단이 가능하다는 원칙이 있다. 혼합 실험만으로 결론을 내리면 단독 발화 가능성을 간과하여 잘못된 판정을 내릴 위험이 있으므로, 단독 실험을 병행하는 것이 필수적이다.
연소 한계에 따라 폭발이 화재로 이어지는 확률이 달라진다. 연소상한계 부근은 가연물이 상대적으로 많아 열손실이 적고 열축적이 발생하기 쉬우므로 폭발 후 화재로 발전할 가능성이 높다. 반대로 연소하한계 부근은 공기 과잉으로 열이 확산되기 쉬워 화재로 발전할 가능성이 낮다.
현장 계측값을 해석할 때는 게이지압력과 절대압력의 관계를 인식해야 한다. 계기에서 읽은 게이지압력은 대기압을 기준으로 한 값이므로, 절대압력을 구하려면 게이지압력에 대기압을 더해야 정확한 물리량을 얻을 수 있다.
혼합가스 LFL 계산 예시: 산화에틸렌을 90%로, 메탄을 10%로 혼합한 경우, 산화에틸렌의 하한 3%와 메탄의 하한 5%를 혼합비로 가중하여 근사하면 (0.9×3)+(0.1×5)=2.7+0.5=3.2%가 된다. 보기 중 3.13%가 가장 근접한 값으로 선정되는 경우가 있으므로, 가중평균 방식으로 빠르게 추정하는 연습을 한다.
압력 단위 환산 예시: 게이지압력 7.4kgf/cm²를 절대압력으로 환산할 때는 1kgf/cm²≈98.066kPa와 대기압 약 101.325kPa를 이용한다. 먼저 게이지압력을 kPa로 환산하면 7.4×98.066≈725.7kPa가 되고, 여기에 대기압 101.325kPa를 더하면 약 827kPa가 되어 절대압력을 얻는다.
산화에틸렌 90%와 메탄 10%가 혼합되어 있는 경우 폭발하한계로 옳은 것은? (단, 메탄의 연소범위는 5~15 vol.%, 산화에틸렌의 연소범위는 3~80 vol.%이다.)
정답 ② · 문제는 서로 다른 연소범위를 가진 두 가스 혼합물의 폭발하한계를 계산하는 것이다. 레샤틀리에 법칙에 따라 혼합 LFL은 각 성분의 체적분율과 각 성분 LFL을 곱한 값을 합한 근사값으로 구한다.
레샤틀리에 법칙에 따라 혼합 가스의 폭발하한계는 각 성분의 연소범위와 혼합 비율을 가중평균하여 계산한다.
화학물질의 혼합발화와 관련하여 감식요령으로 틀린 것은?
정답 ② · 문항은 혼합발화 감식에서 잘못된 감식 요령을 찾는 문제이다. 혼합발화 감식에서는 혼합물의 재현실험뿐만 아니라 각 구성 물질의 단독 발화 실험도 병행하여 원인을 규명해야 하므로 단독 실험을 하지 않는다는 설명은 잘못되었다.
혼합발화 감식 시 단독 물질의 발화 여부 확인은 필수이므로, 이를 생략한다는 ②가 틀린 설명이다.
20℃의 프로판가스의 증기압을 압력게로 측정하였더니 7.4kgf/cm²이었다. 이 압력을 절대압력으로 환산하면 약 몇 kPa인가?
정답 ③ · 절대압력은 대기압과 게이지압력의 합입니다. 대기압은 약 1 atm이며, 1 kgf/cm²은 약 98.066 kPa에 해당합니다.
절대압력은 게이지압력에 대기압을 더한 값으로, 1kgf/cm²는 약 98kPa이므로 7.4×98+101.3를 계산한다.
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