프로판 가스가 폭발하는 이유
프로판 가스라고 하면 가정에서 옥외에 놓아두는 가스통을 떠올릴 것이다. 프로판 가스는 가정 연료 LPG의 주성분으로 -42.1℃에서 끓어 액체에서 기체가 된다.
프로판 가스는 기체 상태로는 부피가 너무 커서 들고 다니기가 불편하기 때문에 8.2mb의 압력을 가해 액체로 만들어 쇠로 만든 가스통에 넣은 것이 LPG이다.
액체 프로판으로 채워지지 않은 가스통 윗부분은 기체로 되어있고, 사용할 때 이 기체가 관을 통해 가스랜지로 보내진다. 그리고 사용한 양만큼 다시 액체가 기체로 변하여, 가스통 내부의 압력은 항상 약8mb를 유지하고 있다. 참고로 일회용 라이터 안에 든 액체는 부탄으로 이것은 약 2mb에서 액체가 된다.
그런데 프로판 같은 기체, 혹은 가솔린 같은 액체는 불이 매우 잘 붙는다. 일단 불이 붙으면 상당한 속도로 연소한다. 이런 한 폭팔적인 연소를 이용한 것으로, 자동차나 오토바이 등의 엔진이 있다. 이것은 기체가 공기 중의 산소와 섞여서 밀폐된 상태에서 접촉되기 때문이다. 따라서 액체 연료의 경우에도 기화하기 쉬운 것일수록 불이 붙기 쉬운 것이다.
그에 비해 석탄이나 목탄 같은 고체 연료는 불이 잘 붙지 않고 연소속도도 느리다. 이것은 표면에서만 산소와 접촉하기 때문에 그만큼 산소와 접촉 기회가 적어지는 것이다.
그러나 아무리 기체 연료나 액체 연료가 불이 잘 붙는다고 해도 연료와 공기가 접촉만 해서는 불이 붙지 않는다. 어떤 계기가 필요한데, 그것은 바로 고온으로 가열되는 것이다. 일단 산소와의 결합이 시작되면 그 발열로 인해 연쇄적으로 주위의 연료 분자가 산소와 결합한다.
보통 프로판 가스나 버너 끝에서 파란 불꽃을 내고 조용히 타오를 때는 버너로 나오는 바로 주둥이 끝에만 공기가 들어가 있다. 그 때문에 버너의 불꽃이 프로판 가스의 관을 역류하여 가스통으로 들어가는 일은 없다.
가스폭발을 일으키는 경우는 프로판 가스가 새어나와 방안에 가득 차서 방안 공기인 산소와 뒤섞인 상태에서이다. 그때 방 어디에서 스위치를 켜다가 불꽃같은 것이 튀면 그 불꽃으로 프로판 연소가 시작한다. 그 결과 온도와 압력이 급상승하고 불꽃이 삽시간에 방 전체에 퍼진다. 이것이 가스 폭발이다.
새어나온 가스가 얼마 안되면 작은 폭발로 끝나고, 또한 가스가 방안에 가득 찰 정도라면 방안에 있던 공기를 전부 밖으로 내보내었기 때문에 산소부족이 되어 폭발이 일어나지 않는 경우도 있을 수 있다. 결국 프로판 가스와 공기(산소)와의 혼합이 일정한 범위이내일 때 가장 폭발하기 쉬운 것이다. 이것을 폭발 한계라고 한다.
가스 |
발열량(kcal/g) |
폭발 한계 |
하한계 |
상한계 |
수소 |
34.2 |
4.0 |
75 |
일산화탄소 |
2.4 |
12.5 |
74 |
메탄 |
13.3 |
5.3 |
14.0 |
프로판 |
12.0 |
2.1 |
9.5 |
[폭발 한계의 숫자는 공기 중의 각 기체가 섞인 부피(%)를 나타낸다.]