소염거리( Quenching Distance)와 화염일주한계의 차이가 뭐지?

소염거리(Quenching Distance)와 화염일주한계(MESG)에 대해 알아보려 한다. 사실 두 용어가 모두 쉽게 접해보았던 용어는 아니다. 그러다 보니 이해를 돕기위해 먼저 소염거리라는 것이 무엇인지부터 설명하고자 한다.

소염거리의 의미를 알아보자.

소염거리는 가연성 혼합기체가 있는 곳에서 두 전극이 존재할 경우 전극간의 거리에 따른 화염의 소멸에 대한 이야기이다. 가연성 혼합기체에서는 전극간의 거리가 짧아지면 짧아질수록 최소착화에너지인 MIE(Minimum Ignition Energy)가 작아지게 된다. 즉, 전극간의 거리가 가까워지면 더 적은 착화에너지로도 전극에서 불꽃이 튀어 가연성 혼합기체에 인화가 된다는 것이다.

그런데 전극간의 거리가 어느 정도 이하가 되면 아무리 큰 에너지를 가해도 인화가 되지 않는 상황이 발생한다. 그 이유는 최소착화에너지가 무한대로 되기 때문이다. 이렇게 인화되지 않는 전극간의 최대 거리를 소염거리(Quenching Distance)라고 한다.

 

소염거리(Quenching Distance)

어떤 원리인가 궁금하다.

전극간의 간격이 작아져 갈 때에는 착화에너지가 작아져도 전극에서 불꽃이 튀어 가연성 혼합가스에 인화가 된다. 그런데 전극간의 간격이 점점 더 작아지면 불꽃이 튀더라도 전극 도체를 통해 열방출이 증대하여 열손실이 커진다. 결국 화염온도가 낮아져 화염이 소멸하게 된다.

화염이 고체면에 접촉하면 고체면을 통해 열전달이 되는데 이는 곧 열손실을 의미하는 것이어서 화염온도가 저하되는 결과를 초래한다. 열의 발생이 있다 하더라도 열의 방출 즉 열손실이 더 커서 화염온도가 낮아지는 것을 의미한다. 전극간 거리가 일정 간격 이상으로 가까워지면 도체 전극으로의 방열이 커져서 화염이 소멸하는 원리이다.

 

소염거리와 착화에너지와의 관계 특성

① 전기 불꽃에 의한 인화는 전극의 간격에 영향을 받는다.

② 가연성 혼합기체에서 전극간의 거리가 짧아지면 최소착화에너지(MIE)는 작아진다.

③ 그러나, 전극간의 간격이 좁아지면 열의 발생과 방열의 균형에서 방열이 더 커져 화염온도가 저하된다.

④ 그래서 소염거리에 도달하면 MIE는 무한대로 커져서 아무리 큰 에너지를 가하여도 인화되지 않는다.

⑤ 결국, 가연성 혼합기체에서도 전극간의 간격이 소염거리 이하로 좁아지면 에너지의 크기에 상관없이 인화되지 않는다.

⑥ 즉, 전극간의 거리가 소염거리 이하가 되면 전극을 통한 방열이 발생열보다 커져 인화가 이루어지지 않는다.

소염거리와 비슷한 의미인 소염경

위에서 설명한 소염거리는 말 그대로 전극 상호간 거리의 개념이다. 소염경은 지름의 개념이다. 덕트나 배관에 있어서 그 지름이 어느 정도의 크기일 때 화염이 전파되지 않느냐를 따지는 개념이다. 배관이나 덕트의 크기가 일정 구경 이내로 작아지면 발열보다 배관으로의 방열 힘이 더 커서 화염이 전파되지 않는 원리를 이용하기 위해 소염경을 활용한다. 많은 서적에서 말하기를 소염경은 일반적으로 소염거리의 2.24배가 된다고 한다.

화염일주한계(MESG)와의 차이

가스용기 내부에서 폭발성 가스가 폭발하면 내부에서 발생한 화염이 가스용기의 틈새를 통하여 외부로 전파되어 나간다. 그래서 가스용기 내부에서의 폭발이 가스용기 외부의 환경에 영향을 미친다. 그럼에도 불구하고 틈새 간격이 일정한 간격 이하가 되면 내부의 폭발 상황에서도 화염이 외부로 전파되지 않는다. 이때의 틈새 간격을 화염일주한계(MESG)라고 한다.

 

안전간극이라고도 부르는 화염일주한계

소염거리는 혼합가스 내에서도 인화되지 않을 수 있는 전극간의 최대 간격을 알고 싶은 것이고, 화염일주한계는 틈새 간격을 통해서 혼합 가스의 화염 전파력을 통해 해당 혼합 가스의 위험성(폭발등급)을 알고 싶은 것에 차이가 있다. 

 

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