화력발전용아역청탄분진의화재폭발위험성평가 요약문 요약문 ii

화력발전용아역청탄분진의 화재폭발위험성평가

화력발전용아역청탄분진의화재폭발위험성평가 요약문 요약문 ii

Ⅳ. 요약및결론 3

차 례 요약문 Ⅰ. 서론 Ⅱ. 평가장비및방법 Ⅲ. 결과및고찰 Ⅳ. 요약및결론 참고문헌 i

표차례 ii

그림차례 iii

iv

Ⅰ. 서론 1. 배경 Ⅰ. 서론 1

2. 사고개요및평가목적 1) 석탄의분류및공업분석 < 표 1> 석탄의분류및구분기준 석탄의종류갈탄, 아탄 (brown coal and lignite, brown coal, lignite) 아역청탄 (subbituminous coal) 역청탄 (bituminous coal) 무연탄 (anthracite) 하드콜 (hard coal) 구분기준탄화도에따른분류에서통상탄화도가가장낮은석탄으로갈탄가운데특히석탄화도가낮은것을아탄이라함. 무수무광물질기준발열량 1) 이 5800 kcal/kg이상, 7300 kcal/kg 미만탄화도에따른분류에서탄화도가갈탄보다높고역청탄보다낮은석탄무수무광물질기준발열량이 7300 kcal/kg이상, 8100 kcal/kg 미만탄화도에따른분류에서탄화도가아역청탄보다는높고무연탄보다는낮은석탄. 무수무광물질기준발열량이 8100 kcal/kg 이상으로연료비가 4.0미만인석탄탄화도에따른분류에서가장탄화도가높은석탄. 연료비 4.0 이상의석탄갈탄보다탄화도가높은석탄의총칭국제분류에서함수무광물질기준발열량이 5700 kcal/kg 이상의석탄 1) 무수무광 (dry, mineral-matter-free) 물질 : 수분과광물질을함유하진않은상태발열량 (gross calorific value) : 통상석탄의발열량을뜻하며, 단위질량의연료가완전연소할때발생하는물의증발잠열을포함한열량, 고발열량 (higher heating value) 이라고도함. 2) 비트리나이트 (vitrinite) 반사율 : 석탄을구성하는유기질의주요성분인비트리나이트에의한반사율로, 석탄내존재하는미세조직성분으로석탄화도를나타내는하나의지료로석탄화가진행됨에그반사율이높아짐. ii

< 표 2> 석탄의공업분석기준 분석기준내용약어 도착기준 ( 인수식 ) 기건기준 ( 공기건조식 ) 무수기준 ( 건식 ) 무수무회기준항습기준 ( 습식 ) 무수무광기준 ( 건조광물질제외기준 ) 상업적거래용으로사용하고도착탄의전수분을포함한분석으로통상실험실도착기준공기중또는 40 이하의실험실오븐에서평형상태로건조시킨상태를기준으로하는분석수분을 100% 제거한상태로약 107 의오븐에서 60분간가열하여석탄의부착수분과고유수분을제거한시료를기준으로하는분석시료에서부착수분, 고유수분및연소후회분을제거한가연성분만을기준으로하는분석항온항습기준에서시료를평형시켜서표면도착수분을제거한후의시료를기준으로하는분석석탄의총량에서부착수분, 고유수분미광물질의양을제거한시료를기준으로하는분석 ARB (As Received Basis) ADB (Air Dried Basis) MFB or DB (Moisture Free Basis/As Dried Basis) AFB (Ash Free Basis) EB or WB (Equilibrium Basis/ Wet Basis) DMMF (Dry Mineral Matter Free basis) Ⅰ. 서론 3

2) 사고발생공정의개요및위험성평가목적 Ref. : 한국전력기술 (https://www.kepco-enc.com/portal/contents.do?key=1445) [ 그림 1] 순환유동층연소로를이용한석탄화력발전소계통도 4 안전보건공단산업안전보건연구원

[ 그림 2] 사고발생설비및주변피해상황 Ⅰ. 서론 5

6 안전보건공단산업안전보건연구원

3. 평가범위및평가항목 1) 평가대상시료의특징 시료명 : 화력발전용분쇄유연탄 외관 - 약간의뭉침특성이있는흑갈색미세분진 사고발생사업장품질검사성적서요약 - 성적서내시료명 : 발전용석탄 ( 인도네시아 ) - 주요분석항목별특성값 (ADB) 고정탄소 31.3 % 회분 12.6 % 휘발분 51.4 % 수분 4.7 % [ 그림 3] 평가대상물질의외형및특징 2) 평가항목 Ⅰ. 서론 7

< 표 3> 물리적위험성평가를위한평가항목및방법 평가항목시험방법비고 입도분석 KS A ISO 13320 열중량분석 (TGA) ASTM E 2550-11 시차주사열량분석 (DSC) ASTM E 537-12 BS EN 14034-1 레이저회절 / 산란법에의한건식입도분석으로고체시료의평균입자크기및분포평가시료내저비점물질존재여부와활성 / 불활성분위기에서시료의열적안정성평가분진폭발에의해발생되는최대폭발압력평가 분진폭발특성 BS EN 14034-2 BS EN 14034-3 BS EN 13821 분진폭발에의해발생되는폭발압력의최대상승속도를평가평가대상시료의분진폭발하한농도평가평가대상시료에의해형성되는분진운의최소점화에너지평가 자연발화점시험 NF T 20-036 퇴적분체의자연발화온도평가 8 안전보건공단산업안전보건연구원

Ⅱ. 평가장비및방법 1. 입도분석 [ 그림 4] 입도분석장치 Ⅰ. 서론 9

1) 평가장비 2) 평가방법 < 표 4> 입도분석의재현성최대허용편차 입도평균값 3) 최대허용편차 (10 μm이상 ) 최대허용편차 (10 μm이하 ) x 10 5 % 10 % x 50 3 % 6 % x 90 5 % 10 % 3) X10, X50, X90 : 각각분석대상입자가 10%, 50%, 90% 누적되었을때의평균입도 10 안전보건공단산업안전보건연구원

2. 열중량분석 1) 평가장비 [ 그림 5] 열중량분석 (TGA) 장치 2) 평가방법 Ⅰ. 서론 11

< 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 시간및온도에따른시료의질량변화 ( 파랑, 빨강 ) 와 (Mass, DTG) 해당시점에서발생하는열량의변화 ( 녹색 ) 를통해서 (Heat flow) 용기내물리화학적변화 ( 분해, 증발, 반응 ) 의발생여부와그온도를측정. [ 그림 6] 열중량분석의개요 12 안전보건공단산업안전보건연구원

3. 시차주사열량분석 1) 평가장비 [ 그림 7] 시차주사열량분석 (DSC) 장치 Ⅱ. 평가장비및방법 13

< 표 6> DSC measuring cell 사양 항목 Spec. 온도범위 (-50 ~ 700) 온도정밀도 가열속도 Calorimetric resolution ± 0.2 K (0.02 ~ 300) K/min 0.04 μw 2) 평가방법 Endothermicd ( 흡열 ) 시료가에너지를흡수할때, 엔탈피변화는흡열이며, 용융, 증발과같은변화가이에해당함. Exothermic ( 발열 ) 시료가에너지를방출할때, 엔탈피변화는발열이며, 산화, 산화분해, 결정화와같은변화가이에해당함. [ 그림 8] DSC 그래프해석방법 14 안전보건공단산업안전보건연구원

4. 분진폭발특성시험 20 L Apparatus 를이용한분진폭발특성평가 1) 평가장비 Ⅱ. 평가장비및방법 15

[ 그림 9] 분진폭발특성평가를위한 20 L Apparatus 2) 평가방법 < 표 7> 분진폭발특성항목별시험규격 항목규격번호규격명 16 안전보건공단산업안전보건연구원

최소점화에너지 (MIE) 측정 1) 평가장비 [ 그림 10] 최소점화에너지평가를위한 MIKE3 2) 평가방법 Ⅱ. 평가장비및방법 17

18 안전보건공단산업안전보건연구원

5. 자연발화점시험 1) 평가장비 [ 그림 11] 자연발화점시험장치 4) 기본적으로자연발화는물질내부의발열속도가물질외부로의방열속도를추월하여물질내부에축적된에너지가해당물질의산화반응 ( 발화반응 ) 을위한활성화에너지를초과하는경우발생된다. 내부발열의메커니즘에따라서자연발화 (Spontaneous ignition: 상온에서물질내부에열이축적되어발생 ), 자동발화 (Auto ignition: 착화원없이물질을가열하면서열이축적되어발화 ), 자기발화 (Pyrophoric ignition: 자기반응성물질이공기중수분이나산소와반응한후그반응열에의해서열이축적되어발화 ) 로구분된다. Ⅱ. 평가장비및방법 19

2) 평가방법 20 안전보건공단산업안전보건연구원

< 표 8> 자연발화점반복허용차 측정된 AIT 값반복허용차 ( ) 300 미만 5 300 이상 10 [ 그림 12] 고체자연발화점의결정 Ⅱ. 평가장비및방법 21

Ⅲ. 결과및고찰 1. 입도분석 < 표 9> 시료에대한건식입도분석결과 체적평균 수평균 회수 누적평균입도 (d) [μm] <10 % <25 % <50 % < 75 % < 90% 1 0.431 0.495 1.491 1.773 1.968 2 0.442 0.517 1.499 1.810 2.046 3 0.436 0.507 1.504 1.795 2.005 Mean 0.436 0.506 1.498 1.793 2.006 1 0.391 0.414 0.455 0.504 0.564 2 0.393 0.420 0.465 0.521 0.581 3 0.392 0.417 0.459 0.512 0.572 Mean 0.392 0.417 0.460 0.512 0.572 Ⅲ. 결과및고찰 23

[ 그림 13] 시료에대한건식입도분석결과 : 체적평균 ( 누적 / 미분 ) [ 그림 14] 시료에대한건식입도분석결과 : 수평균 ( 누적 / 미분 ) 24 안전보건공단산업안전보건연구원

2. 열중량분석 < 표 10> 시료에대한열중량분석결과요약 분위기 Air N 2 온도범위 [ ] 39 ~ 122 194 ~ 526 39 ~ 129 187 ~ 799 질량감소율 [%] 13 69 15 39 결과 - 발열 흡열 - Ⅲ. 결과및고찰 25

[ 그림 15] 시료에대한공기분위기열중량분석결과 [ 그림 16] 시료에대한질소분위기열중량분석결과 26 안전보건공단산업안전보건연구원

3. 시차주사열량분석 < 표 11> 시료에대한시차주사열량분석결과요약 개시온도외삽개시온도최대온도반응열 J/g 비고 Air N2 30 30 68 564 흡열 139 295 381 15760 발열 30 30 65 701 흡열 255.6 - - - - Ⅲ. 결과및고찰 27

[ 그림 17] 시료에대한공기분위기시차주사열량분석결과 [ 그림 18] 시료에대한질소분위기시차주사열량분석결과 28 안전보건공단산업안전보건연구원

4. 분진폭발특성시험 20 L Apparatus 를이용한분진폭발특성평가 < 표 12> 시료에대한분진폭발특성평가결과요약 시험항목최대폭발압력최대폭발압력상승속도 분진폭발지수 폭발하한농도 약어 P max (dp/dt) max Kst LEL _dust 단위 kpa kpa/s m kpa/s g/m 3 결과 643 35556 9651 25 1) 분진최대폭발압력 (P max ) Ⅲ. 결과및고찰 29

[ 그림 19] 시료의최대폭발압력평가결과 ( 그래프압력단위 : bar) 2) 분진최대폭발압력상승속도 (dp/dt) max 30 안전보건공단산업안전보건연구원

[ 그림 20] 시료의최대폭발압력상승속도평가결과 ( 그래프압력상승속도단위 : bar/s) max < 표 13> 분진의폭발등급분류기준 폭발등급 Kst [m bar/s] 폭발의특징 St 1 > 0 to 200 폭발에의한위험성이약한분진 St 2 > 200 to 300 폭발에의한위험성이큰분진 St 3 > 300 폭발에의한위험성이매우큰분진 Ⅲ. 결과및고찰 31

3) 분진폭발하한농도 (LEL) [ 그림 21] 시료의분진폭발하한농도평가결과 ( 그래프압력단위 : bar) 32 안전보건공단산업안전보건연구원

최소점화에너지 (MIE) 평가 [ 그림 22] 시료의최소점화에너지평가결과 Ⅲ. 결과및고찰 33

[ 그림 23] 전처리된시료의최소점화에너지평가결과 34 안전보건공단산업안전보건연구원

log log Ⅲ. 결과및고찰 35

MIE [mj] 100 < MIE 500 세부기준 Low sensitivity to ignition. Earth plant when ignition energy is at or below this level. 25 < MIE 100 Consider earthing personnel when ignition energy is at or below this level 10 < MIE 25 1 < MIE 10 MIE 1 The majority of ignition is below this level. The hazard from electrostatic discharges from dust clouds should be considered. High sensitivity to ignition. Take above precautions and consider restrictions on the use of high resistivity materials(plastics). Electrostatic hazard from bulk powders of high resistivity should be considered. Extreme sensitivity to ignition. Precautions should be as for flammable liquids and gases 36 안전보건공단산업안전보건연구원

5. 자연발화점시험 < 표 15> 시료에대한자연발화점평가결과요약 1 2 3 평균 표준편차 투입량 [g] 3.692 3.869 3.859 3.807 0.099 질량감소율 [%] 93.3 92.9 93.2 93.13 0.208 측정값 [ ] 184.7 184. 177.9 182.3 3.761 [ 그림 24] 평가대상시료의자연발화점측정결과 Ⅲ. 결과및고찰 37

[ 그림 25] 일반적인유기물질의자연발화측정결과 ( 소나무목재분진 ) 38 안전보건공단산업안전보건연구원

Ⅲ. 결과및고찰 39

6. 평가대상시료의물리적위험성및안전대책 1) 자연발화의점화원기여가능성검토 [ 그림 26] 사고발생전현장근처의일기정보 40 안전보건공단산업안전보건연구원

Ref. Hongbo Liu et. al., Studies on the temperature distribution of steel plates with different paints under solar radiation, Applied Thermal Engineering, Vol. 71, pp 342-354, 2014. [ 그림 27] 태양복사에의한하루중철제시편의표면온도변화 : 기온변화 ( 좌 ), green 도색시편의표면온도변화 ( 우 ) Ⅲ. 결과및고찰 41

Ref. Zhanli Mao et. al., Experimental study on characteristic parameters of coal spontaneous combustion, Procedia Engineering Vol. 62, pp 1081-1086, 2013. [ 그림 28] 석탄의장기보관에따른내부온도변화와열방출속도 [ 그림 29] 석탄공급시스템에서주요공정별퇴적분진발생가능장소 42 안전보건공단산업안전보건연구원

2) 화력발전소아역청탄취급공정의안전대책 구분 내용 Ⅲ. 결과및고찰 43

구분 내용 44 안전보건공단산업안전보건연구원

Ⅳ. 요약및결론 Ⅳ. 요약및결론 45

46 안전보건공단산업안전보건연구원

참고문헌 참고문헌 47

연구진 연구기관 : 안전보건공단산업안전보건연구원산업화학연구실 연구책임자 : 한우섭 ( 위험성연구부장 ) 연구원 : 이정석 ( 연구원, 위험성연구부 ) 서동현 ( 연구위원, 위험성연구부 ) 최이락 ( 연구원, 위험성연구부 ) 오수현 ( 연구원, 위험성연구부 ) 박효진 ( 연구원, 위험성연구부 ) 연구기간 : 2018. 10. 1. ~ 2018. 11. 30.

화학사고예방및원인규명을위한 화력발전용아역청탄분진의화재폭발위험성평가 발행처 : 안전보건공단산업안전보건연구원산업화학연구실 발행인 : 산업안전보건연구원장 발행일 : 2019 년 3 월 주소 : 대전시유성구엑스포로 339 번길 30 전화 : 042) 869-0334 F A X : 042) 863-9002 Hompage : http://oshri.kosha.or.kr