폭발 - 화재론 - 소방학개론

 

 

1. 폭발

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 ▣ 고체는 열분해, 액체는 증발을 거쳐 화재로 진행하지만 기체의 경우 열분해와 증발이라는 과정이

      필요없이 급격히 연소하여 온도 상승으로 인한 체적 팽창으로 인하여 폭발음 과 물리적 파괴력을

      가지게 된다. 즉, 급격한 연소로 볼 수 있다.

 ▣ 물리나 화학적 변화에 의한 계의 일을 통해 폭음을 수반하는 현상

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가. 폭연 (Deflagration : [ dèfləɡréiʃən ] 화학 폭연(爆燃)(작용)

 ▣ 인화성 가스의 폭발

   ① 급격한 압력의 증가로 인해 격렬한 음향을 발하며 팽창하는 현상

   ② 발열반응으로 연소의 전파속도가 음속보다 느린 현상

     ⊙ 화염전파속도 (300m/s 이하) > 음속 (331m/s)

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나. 폭굉 (Detonation : [ ˌdetəˈneɪʃn ] 폭발, 폭파)

  ① 폭발 중에서도 격렬한 폭발로서 화염의 전파속도가 음속보다 빠른 경우로 파면선단에

       충격파 (압력파)가 진행되는 현상

  ② 연소속도 : 1,000 ~8,000 [m/s]

     ⊙ 화염전파속도 > 음속

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【 폭연과 폭굉 비교】

구 분	폭연 (Deflaration)	폭굉 (Detonation)
충격파	×	O
화염전파속도	음속 이하 (0.1 ~ 10 [m/s])	음속 초과 (1,000~2,500 [m/s])
전파에너지	연소열 (열전달속도)	충격파

다. 폭발의 발생원인

 1) 물리적 · 기계적 원인 : 압력방출에 의한 폭발

 2) 화학적 원인

   ① 증기운 (Vapor cloud) 폭발

   ② 분해 폭발

   ③ 석탄 분진의 폭발

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2. 물리적 폭발과 화학적 폭발 (원인별 분류)

 

  가. 물리적 폭발 : 화염 및 연소를 동반하지 않음

  나. 화학적 폭발 : 화염 및 연소를 동반함

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3. 기상폭발과 응상 폭발 (상태에 따른 분류)

기상폭발                                        (급격한 화학적 변화)		응상 폭발 (급격한 상태 변화)
종류	⊙ 가스 폭발 ⊙ 분무 폭발 ⊙ 분진 폭발 ⊙ 분해 폭발	⊙ 수증기 폭발 ⊙ 과열 액체 증기 폭발 (BLEVE) ⊙ 액화가스 증기 폭발 ⊙ 알루미늄 전선 폭발
기타	⊙ 화학적 폭발 ⊙ 연소 · 화염 동반 ⊙ 대부분 기체	⊙ 물리적 폭발 ⊙ 연소·화염 동반 ⊙ 고체, 액체

3-1. 폭발의 종류

폭발 종류	물 질
분해 폭발	⊙ 과산화물 · 아세틸렌         ⊙ 다이너마이트
분진 폭발	⊙ 밀가루 · 담뱃가루            ⊙ 석탄가루 · 먼지 ⊙ 전분 · 금속분
증합 폭발	⊙ 염화비닐                          ⊙ 시안화수소
분해 · 증합 폭발	⊙ 산화 에틸렌
산화 폭발	⊙ 압축 가스                          ⊙ 액화 가스

4. 블레비(Bleve, 과열액체 증기폭발)

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가. 블레비(Bleve) 형성 과정

 

   (a) 액체의 온도(액온) 상승

   (b) 연성파괴 : 탱크의 강도 저하로 인한 균열발생 (액체 입자가 탱크벽에 충돌)

   (c) 액격현상, 취성파괴 : 탱크가 파괴되고 파편이 사방으로 비산 (물리적 폭발)

   (d)화구( Fire ball) 발생 : 물리적 폭발에서 화학적 폭발로 이어져 일어나는 폭발

       ▣ 화재 ⇒ 액온상승 ⇒압력상승 ⇒연성파괴 ⇒ 액격현상 ⇒취성파괴 ⇒ 화구형성

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나. 블레비(BLEVE) 발생조건

   ① 가연물이 비점 이상 가열될 것

   ② 가연성 가스가 밀폐계 내에 존재할 것

   ③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

   ④ 내용물이 대기중으로 방출될 것

   ⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

       ※ BLEVE : Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion

       ※ 취성 파괴 : 폭발을 한다.

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5. 분진폭발

 

▣ 공기중에 부유하고 있는 분진이 어떤 점화원에 의해 에저지가 주어지면 폭발하는 현상을 말한다.

   ※ 분진 : 지름 100 [㎛] 이하의 물질

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 【분진폭발을 일으키지 않는 물질 = 물과 반응하여 가연성 기체를 발생하지 않는 것】

   ① 시멘트

   ② 석회석 (소석회)

   ③ 탄산칼슘 (CaCO3)

   ④ 생석회 (CaO) = 산화칼슘

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6. 증기운 폭발 (UVCE : Unconfined Vapor Cloud Explosion)

 

 ▣ 대기 중에 대량의 가연성 가스가 유출하거나 대량의 가연성 액체가 유출하여 그것으로

     부터 발생하는 증기가 공기와 혼합해서 가연성 혼합기체를 형성하고 발화원에 의하여

      발생하는 폭발현상

 ▣ 대기중에 확산되어 있는 다량의 가스 (증기운)가 어떤 점화원에 의해 급격한 폭발을 일으키는 현상

 ▣ 풍속이 낮아 증기운이 잘 확산되지 않는 경우에 더욱 피해가 심각하며, 폭발시간이

      비교적 짧아 복사열에 의한 피해 보다는 화염 전파방 압력파를 일으켜 시설물에

      피해를 입히는 정도가 더 심각하다.

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【출제 예상 문제】

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1. 폭발발생 원인 중 물리적 또는 기계적 원인인 것은 ? ②

    ① 증기운 (Vapor Cloud) 폭발             ② 압력방출에 의한 폭발

    ③ 분해 폭발                                        ④ 석탄분진 폭발

  [폭발원인] 물리적 또는 기계적 원인 : 압력방출에 의한 폭발

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2. 디토네이션 (Detonation)에 대한 설명이다. 틀린 것은 ? ①

   ① 발열반응으로서 연소의 전파속도가 그 물질의 내에서의 음속보다 느린 것을 말한다.

   ② 물질 내 충격파가 발생하여 반응을 일으키고 또한 그 반응을 유지하는 현상이다.

   ③ 충격파에 의해 유지되는 화학반응현상이다.

   ④ 반응의 전파속도가 그 물질 내에서의 음속보다 빠른 것을 말한다.

    [폭굉(Detonation)] 화염전파속도가 음속보다 빠를 경우 (1,000~8,000 [m/s])를

            폭굉이라 하며, 충격파를 동반하게 된다.

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3. 대기중에 대량의 가스가 유출하거나 대량의 가연성 액체가 유출하여 그것으로 부터

    발생하는 증기가 공기와 혼합해서 가연성 혼합기체를 형성하고 발화원에 의하여

    발생하는 폭발현상은 ? ③

   ① BLEVE          ② SLOP OVER           ③ UVCE                ④ FIRE BALL

[증기운 폭발 (UVCE)] 대기중에 다량의 가연성 가스가 유출하거나 대량의 가연성

     액체가 유출되어 그 것으로 부터 발생하는 증기가 공기와 혼합해서 가연성 혼합

     기체를 형성하고 발화원에 의하여 발생하는 폭발현상

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4. BLEVE 현상을 가장 옳게 설명한 것은 ?

   ① 물이 뜨거운 기름 표면 아래서 끓을 때 화재를 수반하지 않고 Over flow 되는 현상

   ② 물이 연소유의 뜨거운 표면에 들어 갈 때 발생되는 Over flow 되는 현상

   ③ 탱크 바닥에 물과 기름이 애멀젼이 섞여 있을 때 물의 비등으로 인하여 급격하게 Over flow 되는 현상

   ④ 탱크 주위의 화재로 탱크 내 인화성 액체가 비등하고 가스 부분의 압력이 상승하여

        탱크가 파괴되고 폭발을 일으키는 현상

  [블래비(BLEVE)] 액화가스 저장시설 등에 국부적으로 가열되어 가열된 부분은 약해지고

        탱크 내부는 열전달에 의해 팽창되어 용기가 파열된다. 이 때 저장가스 등이 확산되어

        점화원에 의해 폭발적으로 연소하여 파이어볼 (Fire Ball)을 만들게 되는 것을 말하는데

        비등액체 증기폭발이라고도 한다.

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5. 분진 폭발을 일으킬 가능성이 가장 낮은 것은 ? ④

   ① 마그네슘 분말        ② 알루미늄 분말          ③ 종이분말           ④ 석회석 분말

  [ 분진폭발을 일으키지 않는 물질]

    ① 시멘트     ② 석회석 (소석회)     ③ 탄산칼슘 (CaCO3)     ④ 생석회(CaO) = 산화칼슘

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6. 분해폭발을 일으키며 연소하는 가연성 가스는 ? ③

  ① 염화비닐          ② 시안화수소           ③ 아세틸렌              ④ 포스겐

   [분해폭발] 에틸렌, 산화에틸렌, 아세틸렌 등은 분해폭발을 한다.