개념 한 쪽
가스가 공기 중에 섞이면 일정한 농도 구간에서만 불이 붙는다. 이 구간의 폭과 위치가 위험도를 가르고, 온도와 압력 같은 조건이 구간을 밀고 당긴다. 폭발이 초음속으로 번지는 폭굉과 액화가스가 급격히 기화하는 BLEVE까지 함께 구분한다.
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출제기준 단원 「위험장소 및 전기방폭」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 환경 조건과 폭발범위 변화 | 1 | 온도와 압력 변화가 폭발범위 폭에 미치는 영향 판단 |
| 연소범위의 정의와 위험도 | 1 | 연소범위를 농도 범위로 규정하고 폭과 위험도의 관계를 가림 |
| 폭발하한계 최저 가스 비교 | 1 | 제시된 가스 중 폭발하한계 값이 가장 낮은 물질 선택 |
연소범위는 가연성 가스가 공기 중에서 연소할 수 있는 농도 범위다. 하한과 상한 사이의 영역으로 표현되고, 단위는 농도 퍼센트다. 이 범위가 넓을수록 폭발할 수 있는 농도 영역이 넓어지므로 위험도가 커진다. 반대로 범위가 좁으면 특정 농도에서만 타므로 상대적으로 안전하다. 폭발범위가 넓다는 것을 위험도가 낮다는 뜻으로 뒤집으면 틀린다.
온도와 압력은 폭발범위를 밀고 당긴다. 온도가 높아지면 분자 운동이 활발해져 반응이 쉬워지고, 압력이 높아지면 분자가 밀집되어 충돌이 잦아진다. 그 결과 폭발하한은 낮아지고 폭발상한은 높아져 범위가 넓어진다. 반대로 온도가 낮아지거나 압력이 낮아지면 분자 운동이 둔화되어 범위가 좁아지는 경향을 보인다.
폭발하한계는 폭발이 일어나는 최소 농도다. 이 값이 낮을수록 적은 누출로도 폭발 위험이 커진다. 가스마다 값이 다르고, 같은 가스라도 비교 대상에 따라 순위가 달라질 수 있으므로 문제에 제시된 수치를 기준으로 판단한다. 혼합가스의 하한계는 각 성분의 부피분율을 해당 성분의 하한계로 나눈 값의 합으로 100을 나누어 구한다.
폭굉은 충격파와 화염면이 결합해 음속보다 빠른 속도로 전파되는 현상이다. 강한 파괴력을 동반하고, 폭굉이 일어나는 농도 범위는 일반적인 폭발범위보다 좁다. BLEVE는 과열된 압력 용기 안의 액화가스가 급격히 기화하며 폭발적으로 증발하는 현상이다. 분진폭발은 미세 입자가 공기 중에 부유할 때 일어나므로 습식 처리와 제거로 부유를 막는다.
폭발범위 문제는 비례 관계를 뒤집는 선지가 함정이다. 범위가 좁을수록 위험하다고 하거나, 고온·고압에서 범위가 좁아진다고 하면 틀린다. 고온·고압은 하한을 낮추고 상한을 높여 범위를 넓힌다.
혼합가스 하한계는 르 샤틀리에 공식으로 구한다. 성분의 부피분율을 각 성분 하한계로 나눈 몫을 모두 더한 뒤 100을 그 합으로 나눈다. 예를 들어 어떤 성분의 몫이 0.8÷1.1, 2.0÷5.0, 0.5÷2.7이라면 합은 약 1.312이고, 100을 이 합으로 나눈 값이 혼합가스의 하한계가 된다.
다음은 가스 폭발범위에 관한 설명중 옳은 것은?
정답 ④ · 문항은 온도·압력 변화가 가스의 폭발범위에 미치는 영향을 묻고 있다. 온도와 압력이 상승하면 분자 운동과 충돌 빈도가 증가하여 연소반응이 일어나기 쉬워지고, 이로 인해 폭발하한은 낮아지고 폭발상한은 높아져 전체 폭발범위가 넓어지는 경향이 있다.
가스 온도와 압력이 상승하면 분자 운동이 활발해져 반응이 용이해지므로 폭발 한계 범위가 넓어진다.
가연성 가스의 연소범위에 대한 설명 중 옳은 것은?
정답 ③ · 문제는 연소범위가 무엇을 의미하는지를 묻고 있다. 연소범위는 가연성 기체가 공기와 혼합되었을 때 연소가 일어날 수 있는 농도의 하한과 상한을 말하며 보통 LFL과 UFL로 표현한다.
연소범위는 가연성 가스가 공기 중 특정 농도 범위 내에서만 연소할 수 있는 농도 한계를 의미합니다.
공기 중 폭발 하한계 값이 가장 낮은 가스는?
정답 ③ · 일반적인 가연성 가스들의 공기 중 폭발 하한계(LEL, Lower Explosive Limit) 값을 비교하는 문제입니다. 수소(4.0%), 메탄(5.0%), 일산화탄소(12.5%)에 비해, 아세틸렌 가스는 공기 중 약 2.5%의 매우 낮은 농도에서 폭발을 일으킬 수 있습니다.
가연성 가스의 공기 중 폭발 하한계(LEL)는 아세틸렌이 약 2.5%로 가장 낮아 미량 누출 시 폭발 위험이 가장 크다.
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