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폭발물(explosive substance)이란 「외부의 자극으로 폭발 반응이 일어나는 물질이나 혼합물」 또는 「화학적, 열역학적으로 불안정한 평형 상태에 있는 균일, 불균일한 물질」이며, 「불이나 열 또는 충격이 작용하여 물리적이거나 화학적인 변화를 일으켜 주위에 급격한 압력 상승을 일으키는 물질」이다. 다시 말하면, 급속한 화학반응으로 급격하고 큰 압력이 발생하여 주위의 물건이나 사람에게 피해와 상해를 일으키는 물질이다. 폭발물로는 화약이나 폭약 등의 화약류, 밀폐 상태의 가연성 기체나 승화 성질이 있는 고체나 가연성 액체 등이 있다.

또, 폭발(explosion)이란 「어떤 화학적 또는 물리적 원인으로 압력이 급격히 발생하거나 해방으로 폭발음(爆發音)과 같이 기체가 팽창하는 현상」이다. 폭발은 반응속도나 전파속도를 기준으로 「폭연(deflagration)」과 「폭굉(detonation)」으로 분류한다. 「폭연」은 폭발적인 연소로, 일부분이 연소하여 발생한 열이 순간적으로 인접 부분을 가열하여 반응을 전파한다. 압력이나 온도가 상승하는 전파속도는 초속 몇백 미터의 아음속이며, 충격파(shock wave)는 나타나지 않는다. 한편, 「폭굉」은 매질 내에서 일어나는 초음속 반응이며, 경계면에 충격파가 발생하고, 전파속도(폭속)는 약 3,000 ~ 8,000㎧이다.

폭발은 물리적 폭발과 화학적 폭발로 구분한다. 물리적 폭발은 ‘힘의 작용’으로 발생한 폭발이며, 진공 보온병의 폭발, 보일러의 폭발, 풍선 같은 고무에 기체를 너무 많이 충전해서 일어나는 폭발이나 화산의 폭발 등이 있다. 화학적 폭발은 물질의 연소나 분해 등의 ‘발열반응’으로 발생한 폭발이며, 화약, 폭약의 폭발, 가연성 가스의 폭발, 분진 폭발(dust explosion) 등이 있다.

(1) 화약의 폭발

화약(low explosive, powder)은 ‘추진용’ 폭발의 용도로 사용하며, 폭연을 일으켜서 음속 이하의 빠른 속도로 연소한다. 화약은 흑색화약, 무연화약, 혼합 추진제 등이 있으며, 연화, 총포의 추진 장약이나 로켓 추진제로 사용한다.

(2) 가연성 가스의 폭발

석유정제 공장에서 만들어진 탄화수소 물질이 가연성 가스로 대기 중에 확산한 후, 어떤 발화원으로 폭발한다. 가연성 가스는 공기 중의 폭발하한농도가 10 vol % 이하인 가스이다. 가연성 가스에는 탄소가스, 프로판가스, 도시가스, 휘발유 등의 가스연료가 있다. 가연성 가스는 단독으로 연소나 폭발 위험이 없고, 공기 등의 조연성 가스와 혼합하여 일정한 농도에서 연소하거나 폭발한다. 다음 표는 대표적인 가연성 가스의 폭발 한계 농도이다. 조연성 가스는 일반적으로 산소를 공급하여 다른 물질의 발화와 연소를 돕는 가스이다. 조연성 가스는 산소, 오존, 불소, 염소 등이 있다.

표. 가연성 가스의 폭발 한계 농도

* 발화점은 물질을 공기 중에서 가열하면 발화원이 없이도 발화와 연소를 시작하는 최저 온도이다. 자연발화 온도라고도 한다. 고체나 액체 연료에서는 착화점이라고 하는 경우가 많다. 인화점이란 주로 가연성 액체를 가열할 때 화염으로 순간적으로 인화하는 데 필요한 농도의 증기’를 발생하는 최저 온도이다.

(3) 도시가스의 폭발

현재 가정에서는 도시가스 또는 프로판가스(프로판, 부탄을 주성분으로 하는 액화석유가스: LPG)가 사용되지만, 아파트 등의 주택에 공급된 가스는 대부분 도시가스를 사용한다. 도시가스와 프로판가스는 무색, 무취이므로 사람이 가스 누출을 감지할 수 없다. 그러므로 가스 용량이 공기 중의 1/1000 이상이면 감지할 수 있도록 메탄 등을 첨가해 제조되었다. 도시가스는 액화 천연가스(LNG)를 기화한 천연가스와 나프타 등으로 만든 가스로, 웨버 지수(Wobbe Index, 가스의 열량과 비중에 의한 지수)에 의해 13종류(13A, 12A, 11A, 6A, 5A, 4A, 6B, 5B, 4B, 7C, 6C, 5C, 4C)로 분류하였다. 대부분 도시가스는 13A 가스가 공급되고 있다. 13A 가스는 메탄이 주성분(약 89%)으로 에탄, 프로판 등을 포함한다. 다만, 일산화탄소(CO)를 포함하지 않기 때문에 도시가스의 누출이 있어도 일산화탄소 중독 사고는 발생하지 않는다. 또, 도시가스는 비중이 0.66으로 공기보다 가볍고, 프로판가스는 1.52로 공기보다 무겁다.

밀폐된 철근콘크리트 건물의 실내에서 가스가 누출되고 어떤 원인으로 폭발이 발생하면 피해는 엄청나게 커진다. 따라서 누출 가스가 실내에 체류해 폭발 한계 농도(약 5~15 vol %)에 이르지 않도록 가스 누출경보기를 설치하고, 도시가스를 사용하는 가정에서는 환기팬을 위쪽에 설치해서 배기해야 한다. 프로판가스는 반대로 아래쪽에 설치해야 한다.

(4) 분진 폭발

제분공장, 곡물창고, 광산 등에서 발생하는 밀 등의 곡물가루, 설탕 가루, 석탄 등의 분진 및 분유, 꽃가루, 톱밥, 금속 가루 등이 공기 중에 퍼진 상태로 인화하여, 분진 폭발이 발생한다. 다만, 폭발이 일어나려면 분진운, 발화원, 산소의 세 가지 조건이 있어야 한다. 또, 세 조건뿐만 아니라, 공기 중에 부유하는 분진운의 밀도(농도) 조건도 필요하다.