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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이동호
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
이 논문의 연구 히스토리 (4)
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본 연구는 파티클보드 생산공정의 폭발이 발생한 공정에서 수득한 세 종류의 목재분진의 폭발특성을 분석하기 위하여 폭발시험을 두 가지 관점에서 수행하였다. 폭발시험방법은 유럽표준 CEN EN 14034 시리즈와 CEN EN 13821의 표준화된 시험절차에 따라 표준화된 Siwek 20L 장치와 MIKE 3를 사용하여 수행되었다. 시험에 사용된 분진 시료의 물리화학적 성질을 이해하기 위하여 원소분석기, 입도분석기 및 2종의 칼로리미터를 이용하여 각 성분원소의 질량분율(Mass fraction: yi)과 입자의 크기와 분포 및 단위중량당 연소열을 각각 CEN, ISO 및 KS 등 표준시험절차에 의해 데이터를 수득하였다.
본 연구의 첫 번째 목적은 분진폭발 시 산소소모에너지의 중요성과 상호관계를 조사하기 위해 최대폭발압력, 폭발압력상승율, 폭발효율과 같은 분진의 기본적인 폭발특성과 함께 시료의 질량당 연소열을 측정하고 이를 산소소모질량을 기준으로 한 산소소모열량과 SATP(25℃, 1atm)기준에서의 단위부피당 산소소모열량으로 변환하여 상호관계를 조사하였다. 시험샘플은 분진폭발이 발생한 목질 판상재 제조공장에서 수득한 목재분진시료 3종에 대하여 Siwek 구형폭발장치와 MIKE 3 최소점화에너지 시험장치, 그리고 퇴적 분진의 자연발화온도시험장치와 열중량분석계(TGA) 등을 사용하여 각각의 물리 화학적 특성을 조사하였다. 시험결과 화학양론농도 부근에서 최대폭발압력을 가지는 가스와는 달리, 시료분진의 경우 최대폭발압력은 최대 3배 이상의 당량비에서 목재분진의 폭발압력이 최대로 나타났다. 시험된 분진사이의 입자의 크기에 차이가 있었지만, 평균 입자크기가 100㎛이하인 시료분진들의 경우 평균입자의 크기가 작을 때 최대폭발압력은 낮은 당량비(φ)에서 나타났다. 평균입자의 크기가 상대적으로 더 크면 최대폭발압력은 상대적으로 높은 당량비(φ)에서 나타났다. 시료분진의 경우 투입된 분진의 폭발에 참여하는 연소에너지를 기준으로 한 폭발효율은 10%보다 낮았고, 이는 산소가 지속적으로 공급되는 여타의 일반연소의 연소율보다 상대적으로 낮게 나타났으며, 폭발 후 남은 화재위험이 높은 90% 이상의 미연소분진은 열과 빛으로 부분 전환되었고 또 다른 분진폭발로 유도되거나 일부는 폭발에 참여하지 않은 것으로 나타났다. 분진폭발 시, 특히 연료가 풍부한 조건에서 폭발에 참여하는 부유분진의 양을 산정하기 어렵기 때문에 분진의 물리적 폭발특성 외에 별도의 물리화학적 기준을 제시하는 것이 곤란하였다. 본 연구에서는 단위부피 (1㎥, SATP 조건)에 따른 산소소모에너지를 적용하여 밀폐계 내의 연소에 참여할 수 있는 에너지를 정량화하고 이를 폭발과압과의 관계를 통해 폭발에 참여하는 에너지를 추정하는 새로운 방법을 제안하였다. 폭발효율은 폭발시험의 결과로부터 확인되었다.
본 연구의 두 번째 목적은 분진폭발특성을 분석하기 위한 적절한 방법을 제안하기 위함이다. 폭발압력과 폭발압력상승률의 최대치까지 분진의 농도와 당량비의 로그-선형적인 증가추세를 나타냈다. 이후 분진의 농도와 당량비가 증가함에 따라 선형적으로 감소했다. 더 작은 크기의 분진입자와 비구면형상의 먼지입자에서 최대폭발압력과 최대폭발압력상승율을 각각 구하였다. 분진입자의 크기가 감소함에 따라 최대폭발압력에서의 분진농도가 감소하였다. 콘칼로리미터 시험의 결과로부터 계산된 분진의 열분해율 및 질량손실율은 주로 무기계잔사 등의 불연성물질의 함량에 영향을 받았다. 결론적으로 시료분진중 이물질의 함량이 거의 없는 Radiata Pine 분진의 경우 폭발에 참여하지 않은 타지 않은 분진의 질량이 약 30%로 나타났고 폭발에 참여하거나 기타 열과 빛 그리고 열분해에너지 등으로 전환된 분진의 질량이 약 70%로 나타났다. 이는 물질에 따라 다르게 나타나는 것으로 열전도도와 열분해율 등에 의해 영향을 받는 것으로 추정되었다. 이를 통해 분진폭발특성을 분석하기 위한 보다 적절한 방법을 제안하기 위해 폭발시험전의 분진농도, 당량비(φ), 폭발시험후의 열분해율에 따른 당량비(φ) 및 질량손실율의 4가지 변수를 사용하여 시험한 분진시료간의 상관관계를 계산하였다. 결과는 후자의 두변수가 분진농도보다 더 적절한 방법으로 고려되었고 당량비(φ)보다 약간 더 나은 상관관계를 보여주었다. 그리고 버블그래프와 폭발압력의 등고선도를 사용하여 폭발위험도를 시각화하고 보다 안전한 작동영역을 결정하였다.
이 연구에서 제안된 시험결과 및 분석방법으로 분진폭발의 예측, 예방, 보호를 위한 방법을 설계하는데 활용될 수 있을 것이다.
본 연구의 첫 번째 목적은 분진폭발 시 산소소모에너지의 중요성과 상호관계를 조사하기 위해 최대폭발압력, 폭발압력상승율, 폭발효율과 같은 분진의 기본적인 폭발특성과 함께 시료의 질량당 연소열을 측정하고 이를 산소소모질량을 기준으로 한 산소소모열량과 SATP(25℃, 1atm)기준에서의 단위부피당 산소소모열량으로 변환하여 상호관계를 조사하였다. 시험샘플은 분진폭발이 발생한 목질 판상재 제조공장에서 수득한 목재분진시료 3종에 대하여 Siwek 구형폭발장치와 MIKE 3 최소점화에너지 시험장치, 그리고 퇴적 분진의 자연발화온도시험장치와 열중량분석계(TGA) 등을 사용하여 각각의 물리 화학적 특성을 조사하였다. 시험결과 화학양론농도 부근에서 최대폭발압력을 가지는 가스와는 달리, 시료분진의 경우 최대폭발압력은 최대 3배 이상의 당량비에서 목재분진의 폭발압력이 최대로 나타났다. 시험된 분진사이의 입자의 크기에 차이가 있었지만, 평균 입자크기가 100㎛이하인 시료분진들의 경우 평균입자의 크기가 작을 때 최대폭발압력은 낮은 당량비(φ)에서 나타났다. 평균입자의 크기가 상대적으로 더 크면 최대폭발압력은 상대적으로 높은 당량비(φ)에서 나타났다. 시료분진의 경우 투입된 분진의 폭발에 참여하는 연소에너지를 기준으로 한 폭발효율은 10%보다 낮았고, 이는 산소가 지속적으로 공급되는 여타의 일반연소의 연소율보다 상대적으로 낮게 나타났으며, 폭발 후 남은 화재위험이 높은 90% 이상의 미연소분진은 열과 빛으로 부분 전환되었고 또 다른 분진폭발로 유도되거나 일부는 폭발에 참여하지 않은 것으로 나타났다. 분진폭발 시, 특히 연료가 풍부한 조건에서 폭발에 참여하는 부유분진의 양을 산정하기 어렵기 때문에 분진의 물리적 폭발특성 외에 별도의 물리화학적 기준을 제시하는 것이 곤란하였다. 본 연구에서는 단위부피 (1㎥, SATP 조건)에 따른 산소소모에너지를 적용하여 밀폐계 내의 연소에 참여할 수 있는 에너지를 정량화하고 이를 폭발과압과의 관계를 통해 폭발에 참여하는 에너지를 추정하는 새로운 방법을 제안하였다. 폭발효율은 폭발시험의 결과로부터 확인되었다.
본 연구의 두 번째 목적은 분진폭발특성을 분석하기 위한 적절한 방법을 제안하기 위함이다. 폭발압력과 폭발압력상승률의 최대치까지 분진의 농도와 당량비의 로그-선형적인 증가추세를 나타냈다. 이후 분진의 농도와 당량비가 증가함에 따라 선형적으로 감소했다. 더 작은 크기의 분진입자와 비구면형상의 먼지입자에서 최대폭발압력과 최대폭발압력상승율을 각각 구하였다. 분진입자의 크기가 감소함에 따라 최대폭발압력에서의 분진농도가 감소하였다. 콘칼로리미터 시험의 결과로부터 계산된 분진의 열분해율 및 질량손실율은 주로 무기계잔사 등의 불연성물질의 함량에 영향을 받았다. 결론적으로 시료분진중 이물질의 함량이 거의 없는 Radiata Pine 분진의 경우 폭발에 참여하지 않은 타지 않은 분진의 질량이 약 30%로 나타났고 폭발에 참여하거나 기타 열과 빛 그리고 열분해에너지 등으로 전환된 분진의 질량이 약 70%로 나타났다. 이는 물질에 따라 다르게 나타나는 것으로 열전도도와 열분해율 등에 의해 영향을 받는 것으로 추정되었다. 이를 통해 분진폭발특성을 분석하기 위한 보다 적절한 방법을 제안하기 위해 폭발시험전의 분진농도, 당량비(φ), 폭발시험후의 열분해율에 따른 당량비(φ) 및 질량손실율의 4가지 변수를 사용하여 시험한 분진시료간의 상관관계를 계산하였다. 결과는 후자의 두변수가 분진농도보다 더 적절한 방법으로 고려되었고 당량비(φ)보다 약간 더 나은 상관관계를 보여주었다. 그리고 버블그래프와 폭발압력의 등고선도를 사용하여 폭발위험도를 시각화하고 보다 안전한 작동영역을 결정하였다.
이 연구에서 제안된 시험결과 및 분석방법으로 분진폭발의 예측, 예방, 보호를 위한 방법을 설계하는데 활용될 수 있을 것이다.
목차
국문초록?............................................................................................................................ⅰ목 차 ......................................................................................................................... ⅳ표 목 차 ......................................................................................................................... ⅵ그림목차 ...........................................................................................................................ⅷ제 1 장. 서 론 ..................................................................................................................11.1. 연구의 배경 ........................................................................................................11.2. 연구의 목적 ..........................................................................................................21.3. 연구의 범위 및 내용.............................................................................................4제 2 장. 문헌연구............................................................................................................82.1. 분진폭발의 개요....................................................................................................82.2. 분진폭발 연구 방법...................................................................................102.3. 선행연구...................................................................................162.3.1. 국내선행연구...............................................................................162.3.2.해외선행연구..................................................................16제 3 장. 실험방법...........................................................................................193.1. 실험방법...............................................................................................................193.1.1.재료와 물성.................................................................................193.1.2.실험장치 및 절차...........................................................................203.1.2.1 원소분석............................................................................203.1.2.2 물성분석............................................................................213.1.2.3 입도분석............................................................................213.1.2.4 발열량 분석............................................................................283.1.2.5 분진폭발 특성 분석.....................................................................31제 4 장. 결과 및 고찰...................................................................................................464.1. 분진폭발 특성 시험결과................................................................................464.2. 분진폭발 시료의 화학양론 농도와 산소소모에너지.........................................504.3.산소소모에너지를 사용한 분진폭발모델 ............................................554.4.분진폭발시험 결과에 대한 잔사와 영향......................................744.5.폭발압력과 폭발압력상승률의 표현 ..........................................784.5.1. 분진의 농도에 의해 표현되는 폭발압력과 폭발압력상승률............................784.5.2. 당량비에 의해 표현되는 폭발압력과 폭발압력상승률.............................804.5.3. TDR과 MLR기반의 당량비에 의해 표현되는 폭발압력과 폭발압력상승률....86제 5 장 결 론.................................................................................................................89참고문헌 .........................................................................................................................93Abstract ...........................................................................................................................102
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