[소방학개론] 3. 폭발 - 폭발의 원인(물리적폭발)

1. 물리적폭발 (응상폭발)

- 원소간 화학적 반응 없이 물리적 반응으로 인해 발생하는 폭발

- 기체나 액체의 팽창, 상변화 등 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 것 

- 증기 폭발, 수증기 폭발, 블레비, 보일러폭발 로 분류된다

 

1) 증기폭발(vapor explosion 혹은 rapid phase transition)

- 액체를 급속하게 가열하거나 주변 압력이 감소하는 경우 액체 내부에서 기포가 생성 되며 증발하는 비등현상에 의해 발생하는 폭발

- 비등현상에 의해 액체가 급격히 기화하면 기체 부피가 증가하게 되는데, 이로 인해 압력이 증가하여 폭발이 발생한다

- 착화가 별도로 필요하지 않으므로 화염 발생은 없으나 가연성 가스가 기화한 경우 가스폭발이 발생 할 수도 있다.

- LNG 등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발 생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에 강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌 비가 생겨 증기폭발을 일으킨다

 

2) 수증기 폭발(steam explosion)

- 물에 의하여 증기 폭발이 발생하는 경우로 고온물질이 물속에 투입되거나(열이동형 증기폭발) 대기압보다 높은 압력에서 과열된 물이 순간적으로 대기압으로 방출되어 평형상태가 파괴 되는 경우(평형파괴형 증기폭발) 발생한다

- 평형파 괴형 증기폭발은 보일러 관체가 파손되는 경우 발생하기도 한다.

 

3) 비등 액체 팽창증기폭발 = 과열액체 증기폭발 (BLEVE, Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

- 고압 액화가스를 담고 있는 가스용기가 파괴된 경우 용기 내 액체가 급격히 기화하면서 발생하는 물리적 폭발

- 비등액체 팽창 증기 폭발이나 평형파괴형 증기 폭발과 같은 물리적 폭발로 인하여 액화가스 저장탱크가 파열되면 내부 가열된 액화가스가 급속히 유출되면서 화구(fireball)를 형성하게 되고 화학적 폭발로 전이될 수 있다 

- 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장 탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발

- 과열상태의 탱크에서 내부의 액화가스가 분출되어 착화되었을때 폭발하는 현상 ☆

- 옥외의 가스 저장탱크지역의 화재발생시 저장탱크의외부가 가열되어 탱크 내 액체부분은 급격히 증발하고 가스부분은 온도상승과 비례하여 탱크 내 압력의 급격한 상승을 초래하게 된다 ☆

- 액화가스탱크에서 액체가 비등하며 내부압력이 높아지면 용기가 파열되는 현상 ☆

- 인화성 액체탱크가 가열되어 폭발하기 전에 또한 10분 경과하기 전에 냉각조치를 하지 않으면 폭발이 발생할 수 있다 ☆

 

(1)  BLEVE 의 발생조건 

 

㉠ 가연물이 비점 이상 가열될 것 

㉡ 가연성 가스가 밀폐계 내에 존재할 것 

㉢ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것 

㉣ 내용물이 대기 중으로 방출될 것 

㉤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

 

(2) 발생 메커니즘

: 액온상승 - 연성파괴 - 액격현상 - 취성파괴 

 

㉠ 액체가 들어있는 탱크주위에 화재 발생

㉡ 화재열에 의해 탱크벽 가열

㉢ 액의 온도상승(액온상승) 탱크내의 압력증가

㉣ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열(연성파괴)

㉤ 탱크 균열로 인한 액상, 기상의 동적 평형상태가 깨짐

㉥ 급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어(액격현상) 탱크파열로 발전(취성파괴)

 

(3) BLEVE 대책 

 

㉠ 온도를 낮추는 대책

- 방액제를 경사지게 (1.5° 이상) 하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함 

- 화염으로부터 탱크로의 입열억제 - 탱크외벽 단열조치, 탱크 지하설치 등

- 고정식 살수설비 설치 - 현재 가장 많이 사용

 

㉡ 용기의 강도를 강화시키는 대책 

- 탱크내의 압력감압 - 폭발억제장치 설치 

- 열전도도가 좋은 물질 설치 - 폭발방지장치 설치 

- 용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 - 경년부식에 의한 내압강도 고려 

- 용기의 외력에 의한 파괴방지 - 타물체에 의한 기계적 충돌 방지

 

2. 화학적폭발 

[소방학개론] 3. 폭발 - 폭발의 원인(화학적폭발)