(0) 기호 설명이나 단위도 나타내지 않았고 또 수식의 용도조차 나와 있지 않는 공식은 쓰레기 보다 못한 폭약(^^)입니다. 쓰레기라면 세월이 지나가면 썩어 없어지기라도 하지만 폭약은 잘못 건드렸을 때 폭발하게 되어 있지요.
(1) "증발" 현상은 액의 표면에서 액이 "기화"되는 현상입니다. 단열상태에서 액이 증발하게되면 액의 온도가 떨어지지만 주위에서 에너지가 공급되면 온도가 올라가 액체의 증기압이 올라가고 액체의 증기압이 기상의 압력과 같아지면 액은 "비등"하게 됩니다.
이 때 비(등)점 이하에서는 기화되어 액이 확산되어 나가기 때문에 기상의 물질전달 속도에 따라 증발되는 속도가 달라지게 되며 기화되면서 잠열을 동반해서 달아나기 때문에 온도가 떨어집니다.
온도가 떨어지면 증기압도 떨어지고 확산속도도 떨어지게 되는데 정상상태에 도달하면 액의 온도에서 확산하면서 잠열을 가지고 달아나는 속도와 액이 가열되는 속도가 같아지면서 액이 모두 증발될 때 까지 일정한 온도를 유지하게 됩니다.
또한 이 때 액상에서 기상으로 물질 이동이 일어날 때의 Driving Force는 농도차(여기서는 기상의 분압과 액의 증기압의 차이)가 됩니다. 물질전달 관련 서적에서 (무한 용량의)공기중에 액이 기화되어 확산되는 식은 Error Function 형태로 나타납니다 . (이 물질전달은 질문과는 무관한 것으로 간주되기 때문에 더 이상의 설명은 피하려고 합니다만 궁금하시면 물질전달 관련 서적을 참로바랍니다.)
(2) 저장탱크에 담겨있는 액이 탱크 주변의 화재에 의해 가열되고 액의 온도가 비점에 도달하여 액이 끓어오르는 경우의 수식들은 API 2000에서 실험적으로 구해지 수식을 제안하고 있습니다.
Q: 화재에 의해 노출된 탱크에 가열되는 속도, (API Standard 2000 4.3.3.2 B참조)
F: (노출)환경 Factor (API Std. 2000 Table 4A 참조)
T: 증기 온도 (보통 액의 비점) 절대온도, K
M: 분자량, kg/kg-mole
L: Heat of Vaporization of Liquid at Boiling Point, kcal/kg
(3) 위의 수식(1)은 재질이나 보온상태 등이 다른 탱크 주변에서 화재가 발생하였을때 가열되는 열량을 액의 증발잠열로 나눈 값이 되는 것을 알 수 있습니다. 가열량을 증발잠열로 나누는 것은 에너지수지에 의한 것이지만 가열되는 속도는 실제 실험에 의해 측정된 수식에 약간의 Allowance를 둔 것입니다. 이 수식이 전세계적으로 수도없이 인용되고 있지만 실제 증발량과의 차이를 비교하는 사람들이나 이 수식의 신뢰성을 언급하는 사람들이 별로 없습니다. Standard 를 따라서 추정하고 이를 기준으로 Vent 관과 Vent Valve 크기를 정하라고 제안하는 수식이기 때문입니다.
이 수식 내용의 출처와 세부 사항은 API Standard 2000을 참조하시기 바랍니다.
