개념 한 쪽
연소(폭발)범위 및 위험도 문제는 연소한계에 영향을 주는 인자를 가려내는 문제와 최소 발화에너지의 증감 조건을 확인하는 문제, 자연발화의 에너지 수지식으로 나온다.
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출제기준 단원 「연소(폭발)범위 및 위험도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 발화에너지 증감 | 1 | 최소 발화에너지 설명 중 틀린 것 고르기 |
| 열수지 판별 | 1 | 자연발화 에너지 수지 항 설명 고르기 |
| 한계 인자 판별 | 1 | 연소한계에 영향이 가장 적은 것 고르기 |
연소 범위는 농도로 정의한다. 가연성 가스의 연소 범위는 그 가스가 연소할 수 있는 혼합가스의 농도범위를 뜻하며, 착화온도나 인화온도처럼 온도 개념이 아니다. 이 범위를 좁히거나 넓히는 인자도 방향이 정해져 있다. 온도와 압력, 산소 농도가 오르면 분자 운동과 충돌 빈도가 커져 폭발 범위가 넓어지는 반면, 이산화탄소처럼 불연성 가스는 희석제 구실만 할 뿐 연소 반응에 직접 관여하지 않아 연소한계에 미치는 영향이 가장 적다.
불활성 기체를 넣는 것은 폭발 범위를 좁히는 안전 조치이다. 불활성 기체는 산소 농도를 희석하고 반응 에너지를 흡수해 폭발 상한선을 낮추므로, 고온·고압·고산소 환경이 범위를 넓히는 것과 정반대로 작동한다.
최소 발화에너지의 증감도 조건으로 외운다. 압력, 온도, 산소 농도가 증가하면 분자 운동이 활발해져 최소 발화에너지는 줄어들지만, 혼합기체의 유속이 증가하면 열이 빠르게 확산되어 점화 영역의 온도가 내려가므로 점화를 유지할 더 많은 에너지가 필요해 최소 발화에너지는 오히려 늘어난다.
자연발화는 에너지 수지식으로 설명한다. 열의 축적은 열의 발생에서 열의 방열을 뺀 것이며, 축적을 막으려면 발열을 줄이거나 방열을 늘려야 한다. 통풍은 산소 공급을 늘리는 효과보다 내부 열을 외부로 내보내는 방열 효과가 지배적이어서 열 축적을 방지하는 쪽으로 작용한다. 윤활유를 닦은 기름걸레를 쌓아 두면 넓은 표면적으로 산소와 접촉해 산화열이 나고 적층의 단열 효과로 열이 쌓여 발화점에 이르는 자연발화 위험이 커진다.
폭발의 종류도 구분해 둔다. 상 변화, 곧 액체가 기체로 바뀌며 부피가 급증해 일어나는 폭발은 증기 폭발이다. 화염 전파 속도가 음속보다 빨라 파면 선단에 충격파가 형성되고 초속 1,000미터에서 3,500미터에 이르는 현상은 폭굉이다. 산화 에틸렌이 연소 없이 분해 폭발하면 메탄, 일산화탄소, 에틸렌, 수소 같은 환원성 가스가 나오고, 완전연소 생성물인 이산화탄소는 생성되지 않는다.
학습목표: 물질별 최소 산소농도 개념과 불활성화 시 안전율로 최소산소농도보다 약 4% 낮게 관리해야 함을 설명할 수 있다.
연소억제를 위하여 관리되어야 할 산소의 농도는 안전율 을 고려하여 해당물질의 최소 산소농도보다 4% 정도 낮게 관리하여야 한다.
NCS 학습모듈 2306010403 화학공정 특성 분석 · 4-1. 화재 폭발 원리 및 예방 방법 검토
증감 방향을 수치와 함께 묶어 둔다. 폭굉의 화염 전파 속도는 초속 1,000미터에서 3,500미터로 음속을 넘으며 충격파를 동반한다. 최소 발화에너지는 압력·온도·산소 농도가 오르면 줄어들고 유속이 빨라지면 늘어난다. 화재 등급에서 유류, 곧 가연성 액체에 의한 화재는 B급으로 분류한다.
분진 폭발의 영향인자에 대한 설명 중 틀린 것은?
정답 ② · 분진 폭발에 영향을 주는 인자에 대한 설명 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 분진의 입경이 작을수록, 비표면적이 클수록 연소 속도가 빨라져 폭발성이 높아지며, 연소열이 큰 분진은 저농도에서도 폭발하고 폭발 위력도 크다.
광산의 갱도(坑道), 황분사기, 식품사료공장 등에서 산화 반응열에 의해 발생하는 폭발형태는?
정답 ③ · 특정 산업 현장에서 미세한 가연성 물질이 산화 반응열에 의해 급격히 폭발하는 현상의 명칭을 묻는 문제이다. 광산의 석탄가루나 사료공장의 곡물가루처럼 가연성 미립자가 공기 중에 널리 떠 있는 상태에서 불붙어 연쇄적으로 폭발하는 현상을 분진폭발이라고 한다.
광산·공장 등 유해 환경에서 미세한 가연성 입자가 공기 중 부유하며 산화 반응열로 인해 발생하는 폭발을 분진폭발이라고 한다.
사료공장, 금속가공공장, 종이공장 및 섬유공장에서 공통적으로 일어날 수 있는 재해는?
정답 ① · 제시된 여러 산업 현장의 제조 공정에서 공통으로 유발될 수 있는 중대 재해 유형을 묻는 문제이다. 사료나 곡물을 분쇄하는 공장 금속을 연마하는 곳 종이나 섬유를 가공하는 작업장에서는 모두 공정상 미세한 고체 가루가 다량으로 발생한다.
사료, 금속가공, 종이, 섬유 공장은 모두 미세한 분진이 발생하는 공정이므로 공통 재해는 분진폭발입니다.
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