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분진폭발

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1. 개요

분진폭발은 지름 1000μm 이하의 미세한 가연성 분진이 공기 중에 부유하며 점화원에 의해 발생하는 폭발 현상이다. 분진, 공기 중 산소, 점화원, 밀폐된 공간 등 다섯 가지 조건이 갖춰지면 발생하며, 가스 폭발과 유사하게 농도에 따라 폭발 여부가 결정된다. 분진폭발은 열전도뿐 아니라 빛과 방사에 의한 복사열의 영향도 크며, 석탄, 곡물, 플라스틱, 금속 등 다양한 종류의 분진이 폭발을 일으킬 수 있다. 분진폭발의 특성을 평가하기 위해 최대폭발압력, 분진폭발지수, 폭발하한농도, 최소점화에너지 등이 측정되며, 분진폭발지수에 따라 폭발 등급이 결정된다. 분진 폭발은 건조기 내 온도 조절, 분진 제거, 불활성 가스 사용, 정전기 방지 등의 예방 조치를 통해 대비할 수 있으며, 미국, 유럽, 일본, 한국 등 세계 각지에서 다양한 분진 폭발 사고가 발생했다.

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분진폭발
개요
정의공기 중에 떠다니는 미세한 입자가 급격하게 연소하는 현상
발생 조건
가연성 물질분말 형태의 가연성 물질 존재
농도공기 중 가연성 분말의 농도가 특정 범위 내에 있어야 함 (폭발 범위)
산소충분한 산소 공급
점화원점화 에너지 (불꽃, 스파크, 고열 표면 등)
확산가연성 분말의 확산 및 혼합
관련 물질
일반적인 가연성 물질석탄
밀가루
설탕
나무
플라스틱
금속
기타다양한 유기 및 무기 분말
발생 장소
일반적인 장소광산
곡물 창고
제분소
목재 가공 공장
화학 공장
사료 공장
기타분말 형태의 가연성 물질을 취급하는 모든 장소
위험성
폭발력매우 강력하여 대규모 피해 발생 가능
화재폭발 후 화재 발생 가능성 높음
연쇄 폭발한 번의 폭발이 다른 분진을 확산시켜 연쇄 폭발 유발 가능
예방 대책
분진 제거작업장 내 분진 발생을 최소화하고 주기적으로 청소
환기충분한 환기를 통해 분진 농도 감소
점화원 관리전기 설비, 용접 작업 등 점화원 발생 가능성 통제
불활성 가스 사용질소, 이산화탄소 등 불활성 가스를 사용하여 산소 농도 감소
폭발 방지 설비폭발 방지 장치, 방폭 전기 설비 설치
교육 및 훈련작업자에게 분진 폭발의 위험성을 교육하고 안전 수칙 준수 훈련 실시
관련 사고
주요 사고중국의 푸젠성 취안저우시의 한 카본 공장에서 발생한 폭발사고 (2024년 1월)
미국의 임페리얼 슈가 제련소 폭발 사고 (2008년)
대한민국의 여천 NCC 폭발 사고 (1998년)
추가 정보
참고 자료산업 안전 보건 공단 등 관련 기관 자료 참조

2. 분진 폭발의 정의 및 메커니즘

지름이 1000μm 이하인 고체 입자는 물질의 종류에 관계없이 분체(粉體)라 하며, 이 중 75μm 이하의 고체 입자로 공기 중에 떠 있는 분체를 분진(粉塵)이라 한다.[32] 한국산업안전보건공단의 지침에는 직경 420μm 이하인 미세한 분말상의 물질로서 적절한 비율로 공기와 혼합되면 점화원에 의해 폭발할 위험성이 있는 물질로 정의되어 있다.[36]

분진 폭발이 발생하기 위해서는 연소의 3요소(산소, 점화원, 연료)와 더불어, 신속한 연소를 일으키며 공기 중에 분산된 가연성 분진, 그리고 이 분진이 압력을 축적시킬 수 있는 제한된 공간이 필요하다.[37]

제한된 공간에 존재하는 분진이 공기 중에 떠 있는 상태에서 열 에너지가 가해져 입자 표면의 온도가 상승하면, 분진 표면의 분자가 기화하여 입자 주위로 방출된다. 이 가연성 가스가 공기와 혼합된 다음 점화 에너지에 의해 발화되면 화염과 열이 발생해 주위의 다른 분진 입자들과 열분해된 잔류 물질들을 연소시킨다. 이러한 착화 과정이 순간적으로 주위에 전파되면서 압력이 급격히 증가한다. 이때 분진을 이루는 물질의 특성과 입자의 크기, 연소 특성 등과 같은 여러 변수들에 의해 화염 전파의 크기와 비율이 결정된다.[32]

분진 폭발은 폭발 압력이 먼저 오고 0.1~0.2초 늦게 화염이 오며, 분진운을 통과하는 화염의 전파 속도는 폭연[39] 상태에서 대체로 초속 1~10m 정도이며, 폭발 화염에 의한 압력의 속도는 초속 300m 정도이다. 폭연에 의한 최대 폭발 압력은 1제곱센티미터당 10.5kg이나, 폭굉[40]에 의한 압력은 이것보다 수 배 더 높으며, 폭굉에서 팽창 효과로 생기는 충격파의 최고 속도는 초속 3500m에 달하는 것도 있다. 발생하는 최고 에너지는 가스 폭발의 수 배이고, 온도는 2,000~3,000°C까지 올라간다.[41][32]

분진 폭발은 가스 폭발과 본질적으로 유사한 현상이며, 분진 자체에 가연성 가스가 포함되어 있다고 할 수 있다. 다만 분진 폭발 과정에서 입자 표면 온도를 상승시키는 수단으로서 열에 의한 열전도뿐만 아니라 빛과 방사에 의한 복사열도 큰 역할을 한다는 점이 가스 폭발과 다르다.[32]

분진은 질량에 비해 매우 큰 표면적을 가지고 있다. 연소는 고체 또는 액체의 표면에서만 산소와 반응하여 발생할 수 있기 때문에, 이로 인해 분진은 덩어리 형태의 재료보다 훨씬 더 가연성이 높다.

매우 미세한 분진은 부피에 대한 표면적의 비율(비표면적)이 크다. 따라서 공기 중에 충분한 산소가 존재하면 연소 반응에 민감한 상태가 되어, 화기가 있으면 폭발적으로 연소한다.

분진 폭발의 5요소는 가연성 분진, 산소(지연물), 점화원(이상은 연소의 3요소), 분산 상태(분진운), 공간적 제약이 모두 갖춰져야 한다.[27]

== 가연성 분진 ==

분진의 물성에는 가연성과 불연성이 있다.[27] 일반적으로 석탄, 탄소, 황 등 물질의 연소열이 높을수록 분진 폭발의 위험성도 높아진다.[27] 마그네슘이나 산화제이철(Fe₂O₃)과 같이 산화하기 쉬운 물질은 분진 폭발이 일어나기 쉽다.[27] 또한, 대전(帶電)되기 쉬운 분진일수록 분진 폭발을 일으키기 쉽다.[27]

== 지연물(산소) ==

분진의 입자는 고울수록 비표면적(단위 질량당 표면적)이 커지고, 화학적 활성이 증가한다. 또한 흡착하는 산소가 많아질수록 폭발이 발생하기 쉬워진다.[27]

== 점화원 ==

점화원으로는 화기는 물론이고, 진공청소기 등 전기 기기의 스파크, 연마 시 발생하는 불꽃 및 정전기 등이 있다. 정전기는 분진 자체의 마찰에 의해서도 발생한다.

== 분산 상태(분진운) ==

원인이 되는 분진에 의한 분진운이 형성되어야 한다.[27]

== 공간적 제약 ==

분진의 농도도 가연성 가스와 유사하며, 폭발을 일으키는 농도 범위에는 상한(폭발 상한값)과 하한(폭발 하한값)이 있다.[27] 단, 분진은 폭발 상한값이 높기 때문에 일반적으로 폭발 하한값만을 기재하는 경우가 많다.[27]

분진 폭발은 세 단계로 이루어진다.


  • 첫 번째 단계 - 부유하는 분진이 열원의 작용으로 건류·기화[27]
  • 두 번째 단계 - 가연성 가스와 공기의 혼합·연소[27]
  • 세 번째 단계 - 분진의 연소에 의해 방출되는 열량에 의해, 더욱 주변에 부유하는 분진이 기화·연소하고, 연소의 순환이 점진적으로 이루어지며 반응 속도가 지속적으로 가속화[27]

3. 분진 폭발 특성

지름 1000μm 이하인 고체 입자는 물질의 종류에 관계없이 분체(粉體)라 하며, 이중 75μm 이하의 공기 중에 떠 있는 분체를 분진(粉塵)이라 한다.[32] 일반적으로 분진폭발의 대상이 되는 고체는 직경이 500μm 이하가 대부분이며, 예외적으로 스테아린산, 메타크릴산, 폴리스틸렌 등과 같이 직경이 1000μm 이상이더라도 분진폭발이 발생하는 물질이 존재한다.[34][35] 한국산업안전보건공단의 지침에는 직경 420μm 이하인 미세한 분말상의 물질로서 적절한 비율로 공기와 혼합되면 점화원에 의해 폭발할 위험성이 있는 물질로 정의되어 있다.[36]

분진 폭발이 발생하기 위해서는 연소의 3요소(산소, 점화원 및 연료), 신속한 연소를 일으키며 공기 중에 분산된 가연성 분진, 이 분진이 압력을 축적시킬 수 있는 제한된 공간이 필요하다.[37] 기체 폭발과 마찬가지로 분진 폭발에 있어서도 일정한 농도에 이르지 않으면 화염이 전파되지 않는다. 일반적으로 분진의 폭발 하한 농도는 1 m3당 20~60 g, 상한 농도는 1 m3당 2,000~6,000 g에 이르나 입도나 분포, 그밖의 요인에 의해 변동이 상당히 크다. 입도가 작을수록 폭발 하한 농도가 감소하며, 공기 중에 수분이 있으면 폭발 하한 농도가 높아져 폭발성이 떨어진다. 산소 농도가 낮아지면 폭발 불능 영역이 생성되며 가연성 가스가 유입되면 폭발 위험성이 커진다. 다만 분진의 폭발 상한 농도에서 가스가 폭발 농도에 있더라도 분진 농도가 지나치게 높으면 연료 과잉으로 폭발성을 상실한다.[38]

제한된 공간에 존재하는 분진이 공기 중에 부유(浮遊)된 상태에서 열 에너지가 가해져 입자 표면의 온도가 상승하면 분진 표면의 분자가 기화하여 입자 주위로 방출된다. 이 가연성 가스가 공기와 혼합된 다음 점화 에너지에 의해 발화되면 화염과 열이 발생해 주위의 다른 분진 입자들과 열분해된 잔류 물질들을 연소시킨다. 이러한 착화 과정이 순간적으로 주위로 전파되면서 압력이 급격히 증가한다. 이때 분진을 이루는 물질의 특성과 입자의 크기, 연소특성 등과 같은 여러 변수들에 의해 화염전파의 크기와 비율이 결정된다.[32]

분진폭발은 폭발압력이 먼저 오고 0.1~0.2초 늦게 화염이 오며 분진운을 통과하는 화염의 전파속도는 폭연[39]의 상태에서 대체적으로 초속 1~10 m 정도이며 폭발화염에 의한 압력의 속도는 초속 300 m 정도이다. 폭연에 의한 최대 폭발 압력은 1제곱센티미터당 10.5 kg이나 폭굉[40]에 의한 압력은 이것보다 수 배 더 높으며 폭굉에서 팽창 효과로 생기는 충격파의 최고 속도는 초속 3500 m에 달하는 것도 있다. 발생하는 최고 에너지는 가스 폭발의 수 배이고 온도는 2,000~3,000°C도까지 올라간다. 분진 폭발을 일으킬 위험성이 있는 가연성 분진으로는 소맥분, 전분, 사탕 등의 식료품과 가축용 사료, 각종 플라스틱, 금속, 화학제품의 가공 시 발생하는 분진, 석탄, 섬유의 부스러기, 연마(硏磨)시의 분진 등이 있다.[41][32]

분진폭발도 가스폭발과 본질적으로 유사한 현상이며, 분진 자체에 가연성 가스가 포함되어 있다고 할 수 있다. 다만 분진폭발의 과정에서 입자의 표면 온도를 상승시키는 수단으로서 열에 의한 열전도뿐만 아니라 빛과 방사에 의한 복사열도 큰 역할을 한다는 점이 가스폭발과 다르다.[32]

분진 폭발특성을 평가하기 위한 수치로 최대폭발압력(P_{Max}), 분진폭발지수(K_{st}), 폭발하한농도(LEL), 최소점화에너지(MIE) 등을 측정한다. 최대폭발압력(P_{Max})은 부피 20 L 이상의 폭발용기에서는 폭발용기의 부피에 관계없이 일정하다고 알려져 있어 보통 부피 20 L의 실험장치를 사용하여 폭발 시 압력을 측정한다. 최소점화에너지(MIE)는 부유 분진과 공기의 혼합물에 에너지가 가해져 착화 또는 폭발을 일으키게 하는 데 필요한 최소한의 에너지이다. 분진폭발지수(K_{st})는 분진의 폭발강도의 척도로서 분진폭발지수 값은 폭발용기 부피에 영향을 받는 실험치인 최대폭발압력상승속도((\frac{dP}{dt})_{Max})에 의해 다음의 식으로 계산된다. 최대폭발압력상승속도는 폭발용기의 용적에 따라 값이 달라진다.

:K_{st} = (\frac{dP}{dt})_{Max} \times V^{\frac{1}{3}} (단위 : bar·m/s, V는 부피)

분진폭발지수 값은 분진폭발등급으로 구분된다.

등급분진폭발지수 (bar·m/s)폭발 위험성
St 00폭발 위험 없음
St 10~200폭발에 의한 위험성이 낮은 분진
St 2200~300강한 폭발
St 3300 이상매우 격렬한 폭발



그러나 분진의 등급은 폭발 강도의 상대적인 등급을 나타내는 것으로 St 1등급이라도 폭발 위험성이 클 수 있다.[32][42][43]


  • 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스(HPMC) 분진: -325 mesh에서 폭발하한농도는 상대습도 50%에서 0.18g/L, 최소착화에너지 9.8 mJ, 최대폭발압력 8.1kg/cm2·abs, 농도 0.48g/L에서 최대폭발압력상승속도 203.98 bar/s.[32]
  • 가축 사료: 주변 기체가 산소인 경우 질소일 때보다 발열개시온도가 낮아지며, 발열량도 20배 이상 증가. 60 mesh 이하인 경우 분진폭발 위험 매우 높음. 80/100 mesh인 경우 평균 최대폭발압력은 6.88kgf/cm2 (약 67.4N).[44]
  • 시멘트 제조공정 유연탄 분진: 입도가 감소하고 농도가 증가할수록 폭발확률 증가. 170/200 mesh에서 최저 폭발하한계 농도는 0.3mg/cm3, 0.9mg/cm3 이상에서는 100% 확률로 폭발. 170/200 mesh는 0.6mg/cm3에서 폭발확률 40%.[32]
  • Alvaro 외(2006)는 분진폭발등급을 설탕 68 bar·m/s, 옥수수 81 bar·m/s, 148 bar·m/s, 보리 50 bar·m/s, 제빵밀 144 bar·m/s, 콩가루 73 bar·m/s로 평가.[45]
  • 97% Benzoyl peroxide (BPO), Phthalic anhydride (PA), 1-Hydroxybenzotriazol (HBT)의 폭발하한농도는 10~15 g/m3, 최대폭발압력은 각각 6.1 bar, 6.0 bar, 8.1 bar, 분진폭발지수는 각각 80 bar·m/s, 146 bar·m/s, 251 bar·m/s.[46]
  • 농약 제조 시 주요 물질: 디페나코졸, 피메트로진, 티아메톡삼, 아시벤졸라 S메틸, 맨코제브, 아족시트로빈은 분진폭발 위험 존재. 원재료는 마찰열을 고려하여 최소 점화 에너지 0.01J 이하로, 아시벤졸라 에스 메틸의 경우에는 1mJ 이하로 관리.[47]
  • 이근원 외(2013)는 3종의 목재 분진에 대해 분진폭발 위험성을 평가하였는데, 최대 폭발압력은 사이로 분진 8.3 bar, 함머밀 분진이 8.7 bar, 뉴질랜드 소나무 분진이 8.3 bar, 폭발하한농도 측정값은 사이로 분진, 함머밀 분진, 뉴질랜드 소나무 분진이 각각 60, 50, 및 50 g/m3, 분진폭발등급은 92~138 bar·m/s으로 모두 St 1등급.[48]
  • 마그네슘 분진: 입자의 크기가 작을수록 폭발지수가 커진다.[49]
  • 한우섭과 이근원(2016)은 산업분야에서 사용되는 여러 종류의 플라스틱 분진의 폭발 특성을 평가하였다.

물질평균 입경 (μm)분진폭발지수 (Kst, bar·m/s)
ABS 수지209.862.4
폴리에틸렌81.859.4
폴리부틸렌테레프탈레이드21.370.3
MBS26.7303
폴리-메틸메타크릴레이트14.3203.6



상대적인 폭발위험성은 MBS가 가장 높았다.[50]


  • 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)는 분진폭발을 발생시킬 수 있는 물질이지만 폭발 강도와 점화감도는 알루미늄이나 폴리에틸렌과 같은 일반적인 가연성 분진보다 상대적으로 낮다.[51]
  • 한우섭(2017)은 설탕, 옥수수, 밀가루의 발화 위험성과 폭발특성을 조사하였다.

물질평균 직경 (μm)최대폭발압력 (bar)분진폭발지수 (bar·m/s)분진폭발 등급
설탕27.567.6153St 1
옥수수14.767.6133St 1
밀가루138.56.161St 1



분진폭발 위험성은 설탕이 가장 높고 밀가루가 가장 작았다. 또한 화염전파로 인한 폭발피해 위험성은 설탕이 가장 높고 그 다음 밀가루, 옥수수 분진 순서이다.[52]


  • 원료의약품 분진: 폭발 위험성 존재, 폭발사고 자주 발생. 이주엽 외(2017)는 록소프로펜산, 클로피도그렐 캄포르술폰산염, 리팜피신의 분진폭발특성을 측정하였다.

물질평균 입경 (μm)최대폭발압력 (bar)최소점화에너지 (mJ)최소점화온도 (°C)폭발등급
록소프로펜산5.318.41~3550St 2
클로피도그렐 캄포르술폰산염95.637.930~100510St 1
리팜피신26.487.91~3470St 2

[32]


  • 이창진과 김래현(2019)은 디옥틸테레프탈산 제조공정에 사용되는 테레프탈산의 분진폭발 특성에 대해 연구하였다. 해당 공정에서는 2016년 3월과 10월에 실제로 테레프탈산과 관련하여 분진폭발 사고가 발생하였다. 테레프탈산의 분체 평균입경은 143.433μm, 폭발하한 농도(LEL)는 50 m3, 최소점화에너지 10~300 mJ, 최대폭발압력은 7.1 bar, 최대폭발압력상승속도는 511 bar/s, 분진폭발지수 139 bar·m/s로 분진폭발등급 St 1등급에 해당한다.[32]
  • 권현길 외(2023)는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 제조공정 중 폴리에틸렌 분진 채취, 분진폭발 시험 수행. 분진 입경 95.04μm, 최대폭발압력 6.6bar, 최대폭발압력상승속도 1500 g/m3에서 366 bar/s, 분진폭발지수 99.4 bar·m/s (St 1등급), 최소점화에너지 10 mJ, 최소점화온도 450°C.[53]


분진폭발의 5요소는 가연성 분진, 산소(지연물), 점화원(이상은 연소의 3요소), 분산 상태(분진운), 공간적 제약이 모두 갖춰져야 한다.[27]

== 가연성 분진 ==

분진의 물성에는 가연성과 불연성이 있다.[27] 일반적으로 석탄, 탄소, 황 등 물질의 연소열이 높을수록 분진폭발의 위험성도 높아진다.[27] 마그네슘이나 산화제이철(Fe₂O₃)과 같이 산화하기 쉬운 물질은 분진폭발이 일어나기 쉽다.[27] 또한, 대전(帶電)되기 쉬운 분진일수록 분진폭발을 일으키기 쉽다.[27]

== 지연물(산소) ==

분진의 입자는 고울수록 비표면적(단위 질량당 표면적)이 커지고, 화학적 활성이 증가한다. 또한 흡착하는 산소가 많아질수록 폭발이 발생하기 쉬워진다.[27]

== 점화원 ==

화기는 물론이고, 진공청소기 등 전기 기기의 스파크, 연마 시 발생하는 불꽃 및 정전기 등이 있다. 정전기는 분진 자체의 마찰에 의해서도 발생한다.

== 분산 상태(분진운) ==

원인이 되는 분진에 의한 분진운이 형성되어야 한다.[27]

== 공간적 제약 ==

분진의 농도도 가연성 가스와 유사하며, 폭발을 일으키는 농도 범위에는 상한(폭발 상한값)과 하한(폭발 하한값)이 있다.[27] 단, 분진은 폭발 상한값이 높기 때문에 일반적으로 폭발 하한값만을 기재하는 경우가 많다.[27]

폭발 발생 특성으로는 폭발 하한계 농도, 폭발 상한계 농도, 발화 온도, 최소 발화 에너지, 폭발 한계 산소 농도 등이 있으며, 폭발 강도 특성으로는 폭발 압력, 압력 상승 속도, 화염 전파 속도, 폭발 후 가스 등이 있다.

4. 분진 폭발 사고 사례

다양한 산업 분야에서 알루미늄, 마그네슘과 같은 가연성 금속 사용이 늘면서 금속 가공 과정에서 발생하는 금속 분진으로 인한 폭발 사고 가능성이 커지고 있다.[32] 플라스틱 분진도 폭발 위험이 있으며, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 페놀폼알데하이드와 같은 일반적인 플라스틱 재료와 관련된 폭발 사례가 많이 보고되고 있다. 미국, 일본 등에서 발생한 실제 분진폭발 사례 중에는 정전기 불꽃에 의해 불이 붙은 경우도 있다.[32]

먼지 폭발은 흔한 폭발 원인이며, 유럽에서는 매년 약 2,000건의 폭발이 발생하는 것으로 추정된다.[17] 지난 46년간(2019년 11월 기준) 발생한 281건의 분진폭발 사고 통계를 보면, 587명이 부상을 당하고 110명이 사망했다.

종류부상자사망자
석탄417
금속15842
농산물11117
화학합성품626
유기화학약품6813
섬유948
기타257



다음 표는 전 세계 주요 분진 폭발 사건들을 보여준다.

사건날짜위치국가원료사망자 수부상자 수비고
트레이드스턴 제분소 폭발글래스고, 스코틀랜드곡물 먼지1816제분소 건물이 파괴되고 인근 건물이 손상되었으며, 화재가 발생하여 다른 사망자도 발생했다. 이 폭발에 대한 조사 결과는 유럽과 미주 전역에 발표되었다.
그레이트 밀 재해미네소타주 미니애폴리스곡물 먼지18세계 최대 곡물 제분소가 파괴되고 다른 5개 제분소가 무너져 미니애폴리스의 제분 능력이 3분의 1에서 절반으로 줄었다. 전국 제분소에서 먼지 축적을 방지하기 위해 더 나은 환기 시스템을 설치하도록 촉구했다.
허스티드 제분소 및 엘리베이터 재해1913년 6월 24일뉴욕주 버펄로미국곡물 먼지3380이 폭발은 오후 근무 시간에 발생하여 곡물 엘리베이터와 제분소 단지를 파괴했다. 지나가던 철도 전환기의 기관사가 기관차에서 떨어져 사망했다. 지나가던 니켈 플레이트 철도 여객열차의 창문이 깨졌지만 승객은 다치지 않았다.[13][14]
밀워키 공장 폭발|위스콘신주 밀워키|사료 분쇄 공장34폭발은 수 마일 떨어진 곳에서도 감지되었고 회사 소유의 공장이 완전히 파괴되었다.
더글러스 전분 공장 폭발|아이오와주 시더래피즈|옥수수 전분4330폭발은 수 마일 떨어진 곳에서도 감지되었고 회사 소유의 공장이 완전히 파괴되었다.
포트 콜본 폭발|포트 콜본|곡물1016폭발로 인근 곡물 엘리베이터 근처에 있던 퀘벡 증기선도 파괴되었다.
캔자스시티 대형 터미널 곡물 엘리베이터|미주리주 캔자스시티||1410청소 중 엘리베이터 지하에서 시작되어 엘리베이터 샤프트를 통해 위로 이동했다.
마운트 멀리건 광산 재해퀸즐랜드주 마운트 멀리건석탄 먼지75광산 내에서 일어난 일련의 석탄 먼지 폭발은 밀접한 마을을 강타했으며, 최대 떨어진 곳에서도 들릴 정도였다.
벤시후 탄광 폭발랴오닝성 벤시(현재 중국)석탄 먼지와 가스1,549그날 일하던 광부의 34%가 사망했다. 이는 세계에서 가장 큰 규모의 탄광 사고이다.
필즈베리 폭발 및 화재1972년 1월 2일뉴욕주 버펄로미국밀가루38당시 세계 최대 규모의 밀가루 제분소에서 새해 연휴에 발생한 폭발이다. 폭발은 길이 500피트, 높이 10층의 콘크리트와 강철로 된 대량 밀가루 저장 빈에서 일어났다. 수리가 1년이나 걸렸다.[15]
웨스트웨고 곡물 엘리베이터 폭발루이지애나주 웨스트웨고곡물 먼지3613[16]
갈베스턴 곡물 엘리베이터 폭발텍사스주 갈베스턴곡물 먼지20[16]
버즈 커스터드 공장 폭발반버리옥수수 전분9[17][18]
메츠 맥주 공장 폭발메츠보리 먼지121[19]
인헤니에로 화이트 사일로 5호 폭발인헤니에로 화이트곡물 먼지22[20]
하얼빈 섬유 공장 폭발하얼빈아마 먼지58177[21]
수호딜스카-스키드나 탄광 사고수호딜스크석탄 먼지와 그레인6337[22][23]
블레 곡물 폭발블레곡물 먼지111블레 해양 개발 회사의 곡물 저장 시설에서 발생한 폭발로 인근 사무실에서 11명이 사망하고 1명이 부상을 입었다.[17]
데브루스 엘리베이터 폭발캔자스주 위치타곡물 먼지710당시 세계 최대 곡물 엘리베이터에서 여러 차례 폭발이 발생했다. 집진 시스템이 제대로 관리되지 않았다.[24]
웨스트 제약 서비스 폭발노스캐롤라이나주 킨스턴폴리에틸렌 먼지638
임페리얼 설탕 폭발조지아주 포트 웬트워스설탕 먼지1442[17]
2014 쿤산 폭발쿤산금속 분말146114
포모사 펀 코스트 폭발뉴 타이베이색깔 있는 녹말 가루15498홀리 축제와 유사한 색깔 가루를 포모사 펀 코스트 야외 음악 및 컬러 페스티벌에서 뿌리던 중 발생한 폭발.
보즐리 목분 제분소 폭발체셔주 보즐리목분44[25][26]



워시번 제분소 대폭발의 잔해

  • 1878년 - 미네소타주 미니애폴리스의 워시번 제분소에서 밀가루 분진 폭발이 발생하여 18명이 사망하였다.
  • 1899년 - 豊國炭鉱(호쿠코탄코우)에서 일본 최초의 탄진 폭발 사고가 발생하여 210명이 사망하는 대참사가 발생하였고, 이후 탄광 내 안전 대책이 강화되었다.
  • 1963년 - 미쓰이 미이케 탄광 미카와 광산에서 탄진 폭발이 발생하였다(미쓰이 미이케 미카와 탄광 탄진 폭발). 458명이 사망하고 839명이 일산화탄소 중독으로 피해를 입어 전후 최악의 탄광 사고가 되었다.
  • 1977년 12월 22일 - 루이지애나주 뉴올리언스 근교의 곡물 엘리베이터에서 곡물 분진 폭발이 발생하여 37명이 사망하였다. 5일 후 텍사스주 갈베스턴에서도 유사한 폭발이 발생하여 10명이 사망하였다(곡물 엘리베이터 연쇄 폭발 사고).
  • 2007년 - 니가타현 죠에쓰시에 있는 신에쓰 화학공업 직강진 공장에서 폭발 사고가 발생하여 17명이 부상을 입었다.[28]
  • 2008년 - 조지아주 포트 웬트워스의 설탕 정제 공장에서 설탕 충전 작업 중 분진 폭발이 발생하여 8명이 사망하고 62명이 부상을 입었다.
  • 2009년 - 부산광역시 실내 사격장에서 폭발을 동반한 화재가 발생하여 일본인 관광객 10명을 포함한 15명이 사망하고 일본인 관광객 1명이 부상을 입었다. 분진 폭발 가능성이 제기되었다. (부산 사격장 화재)
  • 2010년 - 홋카이도 토마코마이시의 사료 회사 공장에서 폭발이 발생하였다. 용접 작업 중 분진에 불이 붙은 것으로 추정된다.
  • 2015년 6월 27일 - 중화민국(타이완) 신베이시에 있는 유원지 수영장에서 열린 음악 이벤트에서 관객석을 향해 뿌리던 색깔 가루(착색된 옥수수 전분)에 불이 붙어 분진 폭발이 발생하였다. 약 500명이 부상을 입고, 그 후 15명이 사망하였다.[29](바센 수상락원 폭발 사고) 야외에서 발생한 드문 사례이다.
  • 2017년 12월 1일 - 시즈오카현 후지시 아쓰하라의 아라카와 화학공업 후지 공장에서 분진 폭발 연쇄 반응으로 인한 폭발 화재가 발생하여 2명이 사망하고 13명이 중경상을 입었다.[30]
  • 2021년 7월 6일, 8월 7일 - 코니카 미놀타의 나가노현 공장에서 분진 폭발이 발생하였다.[31]

4. 1. 대한민국


  • 1989년 ABS 수지를 생산하는 화학공장에서 분진폭발 사고가 발생하여 19명이 사망하고 수십 명이 부상당했다.[32]
  • 1999년 9월 서울대학교 원자핵공학과에서 플라즈마 기법의 폭발물 실험 중 알루미늄 가루가 폭발하였다.[56]
  • 2000년 3월 14일 경상남도 의령군 컴퓨터 케이스 생산업체의 표면연마 작업실 집진기에서 분진폭발이 발생하여 12명이 부상을 당했다.[32]
  • 2003년 11월 14일 25분경 인천광역시 소재 악기 제조공장 내 목재 집진기에서 화재가 발생하여 진화 마무리 작업 중 집진기 상부 점검구가 폭발하여 화염이 비산되면서 집진기 맞은편 작업자 1명이 사망하고 10명이 화상을 입었다. 집진기 내부에 흡입된 볼트, 너트 등의 철재류가 충돌되면서 스파크가 발생할 가능성, 목재 가공기계에서 가공과정 중 마찰열에 의해 목재 분진이 착화되었을 가능성, 목재 분진 이송용 스크류 콘베이어 마찰에 의해 이송분진이 착화되었을 가능성이 있다.[57][32]
  • 2007년 10월 경상남도의 휴대폰 외함 제조공장에서 분진 청소작업 중 압축공기에 의해 비산된 마그네슘 분말이 폭발하는 사고가 발생하였다.[56]
  • 2011년 4월 25일 오전 8시 20분경 경기도 화성시 소재 약품회사의 원료의약품 제조공정에서 클로피도그렐 황산수소염을 제조하기 위하여 분말 상태의 클로피도그렐 캄포르술폰산염을 에틸 아세테이트가 담겨져 있는 반응기에 투입 중 투입맨홀 부위에서 분진폭발이 발생하여 작업자 2명이 분출된 화염에 화상을 입는 사고가 발생하였다.[32]
  • 2011년 6월 28일 오전 11시경 울산광역시의 설탕제조공장의 설탕 저장용 사일로에서 분진 폭발로 추정되는 폭발사고가 발생하여 1명이 경상을 입었고 사일로 건물 상부가 파손되었다. 사고 당시 발화 추정 지점인 재용당 투입구에서는 용접 작업이 진행 중이었다.[56]
  • 2016년 1월 14일 오후 22시 40분경 충청남도 아산시 소재 제약회사 원료의약품 합성3공장에서 록소프로펜 나트륨을 제조하기 위하여 분말 상태의 원료인 록소프로펜산을 아세톤과 정제수 혼합물이 들어있는 반응기에 투입 중 분진폭발이 발생하여 작업자 2명이 부상하고 천장과 반응기 주변 벽체가 일부 파손되는 사고가 발생하였다.[32]
  • 2018년 8월 경기도 포천시의 열병합발전소 건설현장에서 폭발이 발생하여 작업인원 1명이 사망하고 4명이 부상당하는 사고가 발생하였다. 사고는 석탄을 사일로에서 보일러까지 이송하는 과정에 있는 수직 버켓 엘리베이터에서 발생하였으며, 총 높이 60m의 엘리베이터가 전파되고 연결된 이송용 컨베이어와 발전소 상부 반대편 벽면, 유리창 및 지붕 일부가 파손되었다. 원인은 발전에 사용되는 아역청탄에서 발생한 분진으로 추정된다. 아역청탄 시료의 부유분진에 대한 분진폭발특성 평가 결과, 폭발하한농도는 25g/m3, 최대폭발압력 643kPa, 최대폭발압력상승속도는 초당 35556kPa인 것으로 드러났다.[58]

4. 2. 미국

2003년 1월 29일 발생한 웨스트 제약 서비스사 분진폭발 사고(West Pharmaceutical Services explosion)


미국에서는 곡물 가공 산업에서 많은 분진폭발 사례가 있었다. 1979년부터 1986년까지 8년간 160건의 폭발사고가 발생하여 50명이 사망하고 224명이 부상당했다.[32] 1980년부터 2005년까지 미국에서 발생한 281건의 분진폭발 사고 원인 물질에 따른 경향을 살펴보면 목재 24%, 식품 22%, 금속 20%, 플라스틱 14%, 석탄 8%, 무기(inorganic) 4%, 기타 7%이다.[54]

  • 2003년 1월 29일 미국 노스캐롤라이나주 컨스톤(Kinston) 시의 웨스트 제약 서비스사에서 분진폭발 사고(West Pharmaceutical Services explosion)가 발생하여 6명이 사망하고 38명이 부상당했으며 화재가 2일간 계속되었다. 파편은 공장에서 약 3.22km 떨어진 곳까지 날아갔으며 부근 학교의 유리창이 파손되었다. 사고 원인은 공중에 부유 상태로 매달린 천장 위에 폴리에틸렌 분진이 쌓여 알 수 없는 원인에 의해 점화된 것으로 밝혀졌다.[32]
  • 2008년 2월 미국 조지아주의 Imperial Sugar사의 설탕공장에서 설탕 분진이 폭발하여 13명이 사망하고 40명이 부상당했다. 미국 산업안전보건청의 조사 결과 분진폭발이 발생한 작업장에 다량의 폭발성 설탕 분진이 쌓여 있었던 것으로 드러나 산업안전보건청은 해당 공장 2개소에 대해 약 500만달러와 377만달러의 벌금을 부과하였다.[55]

4. 3. 일본

일본에서는 1952년부터 1984년까지 33년간 225건의 분진폭발 사고가 발생했고 17명이 피해를 입었다. 이 중 플라스틱류는 31건, 석탄은 12건, 금속은 49건, 무기/유기약품은 71건, 농산가공물은 42건, 섬유류는 20건이었다.[32]

다음은 일본에서 발생한 주요 분진폭발 사고 사례들이다.[32]

  • 폴리에틸렌 분말이 여과 필터(bag filter) 내에서 정전기에 의해 불이 붙어 폭발했다.
  • 폴리에틸렌 수지 공장 사일로에서 청소를 하지 않아 쌓인 폴리에틸렌 분진이 떨어질 때 정전기 불꽃에 의해 불이 붙어 사일로가 폭발했다.
  • 운반 장비 회전부의 마찰열 때문에 비스페놀 A 공장 사일로 내에서 분진이 폭발하여 사일로 본체와 주변 건물의 지붕과 벽이 부서졌다.
  • ABS 수지 분체를 저장하는 금속제 원통형 사일로 내 집진기 안에서 원인을 알 수 없는 폭발이 일어나 사일로가 부서졌다.
  • ABS 수지 가공 포장 공장 내 ABS 수지 혼합기 상부의 국소배기장치 내부에 쌓인 분진이 정전기 불꽃에 의해 불이 붙어 폭발했다.


일본에서는 알루미늄, 아연 등 많은 금속 분말이 소방법상 제2류 위험물(가연성 고체)로 지정되어 있다.

4. 4. 기타 국가

2001년 3월 16일 중국 하북성의 방직공장에서 직물먼지에 의한 분진폭발이 발생하여 200여 명의 사상자가 발생하였다.[32] 같은 해 8월 19일 우크라이나의 광산과 2003년 중국의 광산에서 탄진에 의한 분진폭발이 발생하였다.[32] 2004년 9월 9일 튀르키예구리 광산에서 금속분진에 의하여 분진폭발이 발생하였다.[32]

중국에서는 「분진폭발 방지 안전 규정」(GB 15577-2007) 등이 규정되어 있다.[27]

5. 분진 폭발 예방 및 대비

건조기는 열원이 존재하고 교반에 의해 분진이 부유하는 상태가 가능하므로 분진이 발화하지 않게 열원의 온도를 적절히 설정하고 건조기 내에 분진이 장기간 체류하지 않게 해야 한다.[32] 부유 분진이 형성되는 장소에서는 분진을 신속히 제거할 수 있도록 공정을 설계하고 부유 분진이 침강하여 퇴적되는 경우는 주기적으로 청소를 실시하여 분진을 제거하여야 한다. 일반 산업의 경우 질소, 이산화탄소와 같은 불활성 가스를 사용하여 공정 내 산소 농도를 감소시켜 착화가 발생해도 분진의 화염 전파가 불가하게 하는 방법이 있다. 이는 가장 우수한 예방 대책이나 기체를 밀폐형 혹은 순환계통형으로 유지하기 위해 많은 비용이 들고 가스 조성을 엄격히 유지 관리하여야 하는 단점이 있다. 정전기 대전에 의한 분진 착화를 예방하기 위해 접지와 같은 대책이 필요하다.[32]

제1차 세계 대전 당시 미국의 이 포스터는 곡물 분진 폭발에 대한 경고를 담고 있다


유럽을 비롯한 여러 지역에서 이러한 위험을 제어하는 방법을 이해하기 위한 많은 연구가 수행되었지만, 분진 폭발은 여전히 발생하고 있다. 공정과 설비를 더 안전하게 만들기 위한 대안은 산업에 따라 다르다.

석탄 광산 산업에서는 메탄 폭발이 석탄 분진 폭발을 일으킬 수 있으며, 이는 전체 광산을 집어삼킬 수 있다. 예방 조치로, 불연성 암석 분진을 광산 도로에 뿌리거나 지붕에서 매달린 트레이에 보관하여 충격파에 의해 발생하는 석탄 분진을 연소할 수 없을 정도로 희석시킬 수 있다. 또한 광산에 물을 뿌려 발화를 억제할 수도 있다.

일부 산업에서는 분진이 발생하는 공정에서 산소를 제거하는데, 이는 "불활성화"로 알려진 예방 조치이다. 일반적으로 질소, 이산화탄소, 또는 아르곤과 같은 불연성 가스를 사용하여 산소를 대체한다. 같은 방법은 가연성 증기가 축적될 수 있는 대형 저장 탱크에도 사용된다. 그러나 산소가 없는 가스를 사용하면 작업자의 질식 위험이 있다. 분진 폭발 위험이 높은 밀폐된 공간에서 조명이 필요한 작업자는 종종 잠수부용으로 설계된 램프를 사용하는데, 이는 밀폐된 방수 설계로 인해 열린 불꽃을 발생시킬 위험이 없기 때문이다.

가연성 분진 침전물의 축적을 제거하여 2차 폭발로 이어질 수 있는 것을 방지하는 것과 같은 양호한 위생 관리 관행 또한 문제를 완화하는 데 도움이 된다.

미국화재보호협회(NFPA)의 가연성 분진 표준[12]에서 찾을 수 있는 최상의 공학적 제어 조치는 다음과 같다.

  • 습윤
  • 산화제 농도 감소
  • 폭발 배출
  • 폭발 압력 억제
  • 폭발 억제
  • 분진 보유 및 화염 차단 장치를 통한 폭발 배출


2002년에 JIS 규격으로 측정법이 제정되었다.

독립행정법인 산업안전연구소에서도 지침이 제시되고 있다. 위험성 평가는 빈도와 강도의 양면에서 평가된다. 일반적인 리스크 관리에서는 발생 빈도가 낮을수록 안전하지만, 폭발 사고가 발생할 경우 설비 피해, 인적 피해 양면에서 피해가 극히 크기 때문에, 아주 적은 발생 빈도라도 위험도가 높다고 평가된다. 분진 폭발의 경우 일반적인 화약학 이론은 적용할 수 없으므로, 위험도 평가에는 FK이론이라고 불리는 열폭발 이론을 이용한 계산이 사용되고 있다.

참조

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