3D 시뮬레이션 기반의 집진기 Back Draft 현상에 대한 경험적 분석

Empirical analysis of Back Draft Phenomenon in a Dust Collector based on 3D explosion damage simulation

석탄 및 코크스를 혼탄으로 사용하는 제철 산업 현장의 집진기에는 매년 자연발화와 분진폭발 사고가 발생하고 있으며, 밀폐된 집진기의 공간적 특성상 진압 과정에서 백 드래프트 현상이 유발된다. 본 연구는 2016년 3월, 제철 산업 현장의 집진기에서 발생된 백 드래프트 현상에 대한 폭발 시뮬레이션을 통해, 사고 당시 폭발 강도를 분석하였다. 본 연구에 사용된 3D Explosion Damage Modeling Tool은 과압 (Over Pressure)과 충격 지속시간 효과 (Pulse Duration Effects)의 상관 관계를 통해 당시 폭발 위력을 분석하며, 분석된 결과 값은 TNT (TriNitroToluene) 등가량으로 환산되어 피해 규모를 제공한다. 사고 현장의 집진기는 4개의 본체로 구성되어 있으며, 그 중 3번째 본체에서 첫 번째 분진폭발이 발생했고, 이를 진압하는 과정에서 두 번째 폭발인 백 드래프트 현상이 발생해 집진기 Cover 및 본체 구조물 변형을 초래하였다. 시뮬레이션 분석 결과, 당시 사고는 TNT 1.7kg의 폭발량과 동일한 수준의 피해를 유발한 것으로 분석되었으며, 이는 집진기 Cover (SS400) 항복강도인 215MPa을 초과하고, 주변 Duct에는 약 177MPa의 최대발생응력을 유발하였다. 특히, 집진기 전체 내부 구조물에는 약 6.9bar 수준의 폭발 압력이 작용한 것으로 분석되었다.