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표제지
목차
요약문 5
기호설명 11
I. 서론 12
1. 연구배경 및 필요성 12
2. 연구동향 15
(1) 분진의 최소점화에너지 16
(2) 분진의 정전기 대전현상 19
3. 연구내용 21
II. 이론적 배경 22
1. 정전기 대전현상 22
(1) 충돌대전 23
(2) 유동대전 24
2. 분진의 대전현상 영향인자 26
(1) 분진의 유동량 26
(2) 분진의 유동속도 26
(3) 분진의 형상 및 표면상태 26
(4) 분진의 부착, 응집 및 분산 27
3. 분진의 화재 및 폭발 28
(1) 분진의 폭발이론 28
(2) 화재 및 폭발의 발생 29
(3) 정전기방전 31
(4) 방전에너지 발생한계 35
(5) 분진의 최소점화에너지 38
(6) 정전기 장·재해가 발생하기 쉬운 공정 40
4. 유동층 건조설비 42
(1) 유동층 건조설비의 특징을 살펴보면 다음과 같다. 42
(2) 유동층 건조설비의 종류를 살펴보면 다음과 같다. 43
III. 실험 장치 및 시료 46
1. 실험장치 46
(1) 정전기 방전회로별 분진의 최소점화에너지 46
(2) 유동층 건조설비에 대한 최소점화에너지 적용사례 50
2. 실험시료 53
(1) 분진의 입경분포 53
(2) 분진의 밀도, 안식각 및 붕괴각 58
(3) 전자현미경 사진 60
IV. 실험결과 및 고찰 64
1. 방전회로 매개변수별 방전특성 및 방전에너지 64
(1) 방전특성 64
(2) 방전에너지 77
2. 방전회로 매개변수별 최소점화에너지 79
(1) 점화지연시간에 따른 점화에너지 변화 79
(2) 점화와 화염 확산의 영향 82
(3) 가연성 분진에 대한 방전회로 매개변수별 최소점화에너지 86
3. 유동층 건조설비에 대한 최소점화에너지 적용사례 91
(1) 유동분체에서 형성된 전계특성 91
(2) 유동분체의 대전특성 94
(3) 유동분체의 최소점화에너지 95
V. 결론 100
참고문헌 102
Abstract 107
부록 109
부록 1. (회로 매개변수별 방전지속시간) 109
부록 2. (최소점화에너지 실험데이터) 119
Table 1-1. Classification of main studies for dust explosions. 15
Table 2-1. Classification of ignition sources by Luttgens and Wilson.(이미지참조) 30
Table 2-2. Classification of electrostatic discharge. 31
Table 3-1. List of powder samples and their specifications. 59
Table 4-1. Comparison of discharge duration time and discharge current among Basic, 1 mH, 10 kΩ, 100 kΩ, 300 kΩ additional circuit element. 66
Table 4-2. Differences of discharge duration on 10 mJ of discharge energy. 69
Table 4-3. Differences of discharge duration on 30 mJ of discharge energy. 70
Table 4-4. Differences of discharge duration on 100 mJ of discharge energy. 71
Table 4-5. Differences of discharge current on 10 mJ of discharge energy. 73
Table 4-6. Differences of discharge current on 30 mJ of discharge energy. 74
Table 4-7. Differences of discharge current on 100 mJ of discharge energy. 75
Table 4-8. Capacitor and discharge voltage of nominal energy. 77
Table 4-9. Effective discharge energy of spark at tested circuit conditions. 77
Table 4-10. Ratio of effective discharge energy of circuit to original energy. 78
Table 4-11. Discharge duration time measured by oscilloscopes and high-speed camera. 83
Table 4-12. MIE for all powder samples. 86
Fig. 2-1. Charged particles by floating. 24
Fig. 2-2. Paschen's law for sparking voltage of air. 32
Fig. 2-3. Charged double layers. 33
Fig. 2-4. Apparatus for determining MIE of dust. 38
Fig. 2-5. Batch fluidized bed dryer system. 43
Fig. 2-6. Continuous fluidized bed dryer system. 44
Fig. 2-7. Multi-stage continuous fluidized bed dryer system. 45
Fig. 3-1. Schematic drawing of experimental system for measuring MIE of dust. 46
Fig. 3-2. MIKE-3 Schematic of experimental apparatus. 47
Fig. 3-3. Schematic circuit diagram of MIE-measuring apparatus. 48
Fig. 3-4. Fluidized bed system. 50
Fig. 3-5. Particle diameter distribution of lycopodium. 54
Fig. 3-6. Particle diameter distribution of anthraquinone. 54
Fig. 3-7. Particle diameter distribution of sugar. 54
Fig. 3-8. Particle diameter distribution of flour. 55
Fig. 3-9. Particle diameter distribution of cornstarch. 55
Fig. 3-10. Particle diameter distribution of coenzyme Q 10. 55
Fig. 3-11. Particle diameter distribution of polyacrylonitrile. 56
Fig. 3-12. Particle diameter distribution of polypropylene. 56
Fig. 3-13. Particle diameter distribution of titanium. 56
Fig. 3-14. Particle diameter distribution of aluminum. 57
Fig. 4-1. Typical current wave profiles of spark at 100 mJ. 65
Fig. 4-2. Discharge duration as function of additional element in discharge circuit. 72
Fig. 4-3. Discharge current as function of additional element in discharge circuit. 76
Fig. 4-4. Relationship between ignition energy and ignition delay time. 79
Fig. 4-5. MIE for lycopodium and polypropylene at various circuit conditions. 82
Fig. 4-6. Discharge duration time and discharge spark. 84
Fig. 4-7. Comparison of statistial MIEs taken with different circuit conditions(with 1 mH vs. with no additional element). 87
Fig. 4-8. Comparison of statistial MIEs taken with different circuit conditions(with 1 mH vs. with 100 ㏀). 88
Fig. 4-9. Em measured by electrostatic field meter. 92
Fig. 4-10. Ec calculated from charge density. 92
Fig. 4-11. Cumulative charge of polypropylene powders entrained to cyclone during fluidizing. 94
Fig. 4-12. Mass of polypropylene powders entrained to cyclone as function of fluidization time. 95
Fig. 4-13. Ignition energy of polypropylene powders collected from lower bed before fluidization test. 96
Fig. 4-14. Ignition energy of polypropylene powders collected from upper bed. 97
Fig. 4-15. Ignition energy of polypropylene powders obtained with no additional circuit element. 98
Fig. 4-16. Ignition energy of polypropylene powders obtained with 1 mH additional circuit element. 98
Fig. 4-17. Ignition energy of polypropylene powders obtained with 100 kΩ additional circuit element. 99
Photo 3-1. SEM image of lycopodium. 60
Photo 3-2. SEM image of anthraquinone. 60
Photo 3-3. SEM image of sugar. 61
Photo 3-4. SEM image of flour. 61
Photo 3-5. SEM image of cornstarch. 61
Photo 3-6. SEM image of coenzyme Q 10. 62
Photo 3-7. SEM image of polyacrylonitrile. 62
Photo 3-8. SEM image of polypropylene. 62
Photo 3-9. SEM image of titanium. 63
Photo 3-10. SEM image of aluminum. 63
Photo 4-1. Movement of dust particles under various ignition delay time. 81
Photo 4-2. Ignition and flame propagation of lycopodium with different circuit conditions. 85
Photo 4-3. Ignition and flame propagation of anthraquinone with different circuit conditions. 89
Photo 4-4. Metal plate used in study. 93
Photo 4-5. Photo inside lower column after fluidizing test. 93
초록보기 더보기
석탄, 약품, 세제, 도료, 사료 등의 분체는 각종 산업에서 원료나 제품 및 연료 등으로 매우 다양하게 취급되고 있어 각종 공정 중에서 정전기로 인한 분진폭발의 위험성이 잠재해있으며, 실제로 이러한 분체의 취급량이나 분체 사용 공정이 증가함에 따라 분진폭발의 가능성 및 빈도가 증가하고 있다.
이러한 정전기로 인한 분진폭발의 재해를 미연에 방지하기 위해서는 분진을 점화시키는데 필요한 최소점화에너지를 정확하게 파악하여 위험도를 관리하는 것이 필요하다. 최소점화에너지 측정방법으로 IEC(International Electrotechnical Commission) 국제표준에 따르면, 분진운을 형성한 시료를 점화시킬 수 있는 방전회로의 구성측면에서 인덕턴스가 있는 회로, 인덕턴스가 없는 회로로 구분되어 있다. 이는 인체 또는 접지가 불량한 도체 등을 통한 방전시 방전회로의 저항성분이 최소점화에너지에 영향을 줄 수 있다는 의견을 반영하지 못하고 있다.
또한, IEC 국제표준에서 제시된 방전회로 매개변수는 가연성물질의 점화성에 영향을 준다는 사실에 대한 일부 연구결과가 보고되고 있지만, 그 영향의 정도 및 원인 등에 대한 구체적인 규명은 이루어지지 않은 상태이다.
따라서 본 논문에서는 가연성 분진의 최소점화에너지를 확인하기 위해 정전기방전에 영향을 주는 회로의 매개변수를 IEC 국제표준에서 제시하고 있는 회로구성과 저항을 추가한 회로구성을 종합하여 정전용량이 있는 경우, 정전용량과 인덕턴스(1 mH)가 있는 경우, 정전용량과 저항(10 kΩ, 100 kΩ, 300 kΩ)이 있는 경우 등으로 구분하고 하트만방식의 회로에 적용시켜 매개변수에 의해 가연성 분진의 점화에너지 변화 및 회로 매개변수별 방전에너지 특성 등을 분석하고자 하였다. 이를 위해 10가지 가연성 분진(천연유기분체, 합성유기분체, 금속분체 등)에 대해 회로 매개변수별 최소점화에너지를 측정 분석하고, 초고속카메라를 통해 점화와 화염확산 영향 등에 대해 분석하고 그 결과를 다양한 각도에서 고찰하였다.
또한, 분체취급공정에서 최근 사고가 많이 발생되는 건조설비 중 유동층 건조설비를 모의실험용으로 설계·제작하여 유동장치내의 전계, 부유분진의 대전량, 분체 유동 건조시 유동되는 분진의 위치 변화에 따른 최소점화에너지 및 방전회로 매개변수별 최소점화에너지에 관하여 측정·평가하여 유동층 건조설비에서의 정전기방전으로 인한 위험성에 대해 분석하였다.
위와 같은 연구를 통해 본 논문에서는 분체공정설비의 최소점화에너지가 방전지속시간, 스파크로 초래된 충격파, 분진의 입경사이즈 등에 영향을 받으므로 최소점화에너지 평가시 분체를 취급하는 환경 내에서 점화원이 되는 것들을 고려하고 적합한 방전회로 매개변수를 고려한 최소점화에너지에 따라 관리하는 것이 바람직할 것으로 판단하였다.
참고문헌 (75건) : 자료제공( 네이버학술정보 )더보기
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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