가교제분체 (ZDA) 의 화재 폭발위험성평가 2014 년도화학물질위험성평가보고서 산업안전보건연구원화학물질센터
가교제분체 (ZDA) 의화재 폭발위험성평가 요약문 μ 요약문 i
중심어 요약문 ii
차 례 요약문 Ⅰ. 서론 Ⅱ. 시험장비및방법 Ⅲ. 결과및고찰 Ⅳ. 요약및결론 참고문헌 차례 1
표차례 차례 2
그림차례 차례 3
차례 4
Ⅰ. 서론 1. 평가배경및목적 2. 평가범위및평가항목 1) 평가범위 Ι. 서론 1
2) 평가항목 2 안전보건공단산업안전보건연구원
Ι. 서론 3
Ⅱ. 시험장비및방법 1. 입도분석 (Particle Size Analysis) 1) 시험장비 4 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 1] 입도분석장치 2) 시험방법 < 표 1> 입도의재현성 (Reproducibility) 최대허용편차 - 10 μm이상의시료 입도평균값 최대허용편차 x 10 5 % x 50 3 % x 90 5 % Ⅱ. 시험장비및방법 5
< 표 2> 입도의재현성 (Reproducibility) 최대허용편차 - 10 μm이하의시료 입도평균값 최대허용편차 x 10 10 % x 50 6 % x 90 10 % 2. 열분석시험 < 표 3> 열분석측정방법의종류 측정법 관측량 기호 단위 DTA(Differential thermal analysis) 온도차 ΔT K DSC(Differential scanning calorimeter) 열유속 Δq Joule/s=Watt TGA(Thermo gravimetric analysis) 중량 g(%) g TMA(Thermo mechanical analysis) 길이 ΔL(%) m 1) 시차주사열량계 (DSC ; Differential scanning calorimeter) 6 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 2] DSC(Differential scanning calorimeter) < 표 4> DSC measuring cell 사양 항목 Spec. 온도범위 (-50 ~ 700) 온도정밀도 가열속도 Calorimetric resolution ± 0.2 K (0.02 ~ 300) K/min 0.04 μw Ⅱ. 시험장비및방법 7
2) 열중량분석기 (TGA ; Thermo Gravimetric Analyzer) 8 안전보건공단산업안전보건연구원
(a ) T G A (b ) Mass spectrometer(pfeiffer vacuum) [ 그림 3] TGA(Thermo gravimetric analysis) < 표 5> TGA 사양 항목 사양 온도범위 ( 실온 ~ 1,100) 온도정밀도저울측정범위 Balance resolution Calorimetric resolution Sample volume ± 0.25 K 1 g 0.1 μg 0.5 mw 100 μl Ⅱ. 시험장비및방법 9
3. 퇴적분진의자연발화점시험 1) 시험장비 1) 기본적으로자연발화는물질내부의발열속도가물질외부로의방열속도를추월하여물질내부에축적된에너지가해당물질의산화반응 ( 발화반응 ) 을위한활성화에너지를초과하는경우발생된다. 내부발열의메커니즘에따라서자연발화 (Spontaneous ignition: 상온에서물질내부에열이축적되어발생 ), 자동발화 (Auto ignition: 착화원없이물질을가열하면서열이축적되어발화 ), 자기발화 (Pyrophoric ignition: 자기반응성물질이공기중수분이나산소와반응한후그반응열에의해서열이축적되어발화 ) 로구분된다. 10 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 4] ZPA-3 Semiautomatic autoignition tester 2) 시험방법 Ⅱ. 시험장비및방법 11
< 표 6> 자연발화점반복허용차 측정된 AIT값 반복허용차 ( ) 300 미만 5 300 이상 10 12 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 5] 고체자연발화점의결정 4. 부유분진의폭발특성시험 1) 시험장비 Ⅱ. 시험장비및방법 13
[ 그림 6] Modified Hartmann Apparatus 14 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 7] Siwek 20-L Apparatus 2) 시험방법 Ⅱ. 시험장비및방법 15
< 표 7> 분진폭발특성시험에적용된시험규격 시험항목 Pmax (dp/dt)max LEL 시험규격 EN 14034-1 Determination of explosion characteristics of dust clouds-part 1 : Determination of the maximum explosion pressure Pmax of dust clouds EN 14034-2 Determination of explosion characteristics of dust clouds-part 2 : Determination of the maximum rate of explosion pressure rise (dp/dt)max of dust clouds EN 14034-3 Determination of explosion characteristics of dust clouds-part 3 : Determination of the lower explosion limit LEL of dust clouds 5. 부유분진의최소점화에너지측정시험 16 안전보건공단산업안전보건연구원
1) 시험장비 Ⅱ. 시험장비및방법 17
[ 그림 8] 최소점화에너지측정장치 (MIKE 3) 2) 시험방법 18 안전보건공단산업안전보건연구원
Ⅲ 결과및고찰 1. 입도분석결과 < 표 8> 입도분석시험결과 시료명 X 10 X 50 X 90 D median 단위 [ μm ] ZDA 1.350 5.909 27.73 5.909 [ 그림 9] ZDA 분진의입도분포 참조 D 10 전체분포상에서 10 % 일때의입도 D 50 (Median) 전체분포상에서 50 % 일때의입도 D 90 전체분포상에서 90 % 일때의입도 Ⅲ. 결과및고찰 19
2. 열분석 (DSC, TGA) 결과 1) 시험조건 < 표 9> DSC 및 TGA 시험조건요약 항목 승온속도 ( /min) 시료량 (mg) 온도범위 ( ) Pan 종류 분위기 2 1.24 DSC 5 1.19 10 1.22 30 300 High pressure crucible 2) ( 밀폐형 ) Air 20 1.13 5 1.47 30 500 TGA 10 6.48 30 500 Vented pan 3) ( 개방형 ) Open pan ( 개방형 ) Air N 2 2) 결과및고찰 α α 2) sealing tool 을이용하여 cover 로밀봉한 stainless steel 재질의 pan 으로내압은 10 bar 임. 3) 을이용하여 를덮은후 를이용하여 μm직경의구멍 을내어내부압력과외부압력을평형화시킴 20 안전보건공단산업안전보건연구원
β Ⅲ. 결과및고찰 21
ln ln β α α [ 그림 10] ZDA 의 DSC curve ( 개방형 pan 사용 ) 22 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 11] ZDA 의 DSC curve ( 밀폐형 pan 사용 ) Heat Flow (mw) 8 2 o C/min 5 o C/min 10 o C/min 20 o C/min 6 4 2 0 50 100 150 200 250 300 Temperature ( o C) [ 그림 12] 승온속도에따른 DSC curve ( 밀폐형 pan 사용 ) Ⅲ. 결과및고찰 23
α α 100 80 Conversion (%) 60 40 20 2 o C/min 5 o C/min 10 o C/min 20 o C/min 0 180 200 220 240 260 280 Temperature ( o C) [ 그림 13] 온도에따른전환율변화 curve 140 130 120 E a (kj/mol) 110 100 90 80 70 60 Activation Energy 0 20 40 60 80 100 Conversion (%) [ 그림 14] 전환율에따른활성화에너지변화 curve 24 안전보건공단산업안전보건연구원
β α α [ 그림 15] 각온도에서시간에따른전환율변화 < 표 10> 각온도에서전환율에도달하는시간 Conversion (%) Temperature ( ) 220 230 240 250 260 10 1.89 0.98 0.52 0.28 0.16 20 2.16 1.11 0.59 0.32 0.17 30-1.23 0.65 00.35 0.19 50-1.51 0.81 0.45 0.25 75-2.07 1.18 0.69 0.41 90 - - 1.65 1.02 0.64 Ⅲ. 결과및고찰 25
[ 그림 16] ZDA 의 TGA curve 3. 자연발화온도 (Autoignition temperature) 측정결과 1) 결과요약 26 안전보건공단산업안전보건연구원
< 표 11> ZDA 분진의 AIT 시험결과 투입량 [g] wt. loss [%] 측정값 [ ] 보정값 [ ] 평균 / 표준편차 [ ] 1 회 1.9383 63.8 308.3 306.8 2 회 1.7921 63.9 309.4 307.9 307.4/0.78 2) 상세결과 [ 그림 17] 자연발화측정시 ZDA 분진및가열로의온도변화경향 4) NF T 20-036 에서고체시료의자연발화점은축열에의한시료의온도가 400 를초과하는시점에서가열로의온도로규정. Ⅲ. 결과및고찰 27
시험종료후시료셀내부 시험종료후고형분을파쇄한모습 [ 그림 18] 자연발화점측정시험종료후의시료모습 4. 부유분진의폭발특성결과 1) 결과요약 < 표 12> ZDA 분체의분진폭발특성시험결과 시험항목분진폭발특성시험장비비고 최대폭발압력 [Pmax, bar] (dp/dt)max [bar/s] 분진폭발지수 [Kst, m bar/s] 폭발등급 폭발하한계 [LEL, g/m 3 ] 5.8 Siwek 20-L Apparatus 354 Siwek 20-L Apparatus 96 Siwek 20-L Apparatus St1 80 Siwek 20-L Apparatus (dp/dt)max 값으로계산 Kst 값으로분류함. 28 안전보건공단산업안전보건연구원
2) 결과및고찰 [ 그림 19] ZDA 분진의최대폭발압력측정결과 Ⅲ. 결과및고찰 29
< 표 13> 분진폭발등급 폭발등급 Kst [bar m/s] 폭발의특징 St 1 > 0 to 200 폭발에의한위험성이약한분진 St 2 > 200 to 300 폭발에의한위험성이큰분진 St 3 > 300 폭발에의한위험성이매우큰분진 30 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 20] ZDA 분진의최대폭발압력상승속도측정결과 [ 그림 21] ZDA 분진의최대폭발압력상승속도에서측정된폭발파형 Ⅲ. 결과및고찰 31
[ 그림 22] ZDA 분진의폭발하한계 (LEL) 측정결과 32 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 23] ZPA 분진의폭발하한농도에서측정된폭발파형 5. 부유분진의최소점화에너지측정결과 Ⅲ. 결과및고찰 33
[ 그림 24] ZDA 의최소점화에너지의측정결과 ( 지연시간 60 ms) [ 그림 25] tv=90 ZDA 의최소점화에너지의측정결과 ( 지연시간 90 ms) 34 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 26] tv=120 ZDA 의최소점화에너지의측정결과 ( 지연시간 120 ms) [ 그림 27] 부유 ZDA 의최소점화에너지의측정결과 Ⅲ. 결과및고찰 35
< 표 14> 분진의최소점화에너지에따른점화민감도 최소점화에너지분류비고 MIE 10 mj Normal ignition sensitivity 인덕턴스 (L) : 0 3 mj MIE < 10 mj Particularly ignition sensitive 인덕턴스 (L) : 0 MIE < 3 mj Extremely ignition sensitive 인덕턴스 (L) : 0 36 안전보건공단산업안전보건연구원
Ⅳ. 요약및결론 μ Ⅳ. 요약및결론 37
38 안전보건공단산업안전보건연구원
참고문헌 참고문헌 39
연구진 연구기관 : 안전보건공단산업안전보건연구원화학물질센터 연구책임자 : 이근원 ( 위험성연구팀장 ) 연구원 : 한인수 ( 연구위원, 화학물질센터 ) 한우섭 ( 연구위원, 화학물질센터 ) 이주엽 ( 연구위원, 화학물질센터 ) 이정석 ( 연구원, 화학물질센터 ) 최이락 ( 연구원, 화학물질센터 ) 연구기간 : 2014. 4. 22. ~ 2014. 7. 21.
화학사고예방및원인규명을위한 가교제분체 (ZDA) 의화재 폭발위험성평가 2015- 연구원 -215 발행처 : 안전보건공단산업안전보건연구원화학물질센터 발행인 : 산업안전보건연구원장권혁면 발행일 : 2015 년 3 월 주소 : 대전시유성구엑스포로 339 번길 30 전화 : 042) 869-0322 F A X : 042) 863-9002 Hompage : http://oshri.kosha.or.kr