분진폭발은 화학, 제조, 식품 등 다양한 산업현장에서 발생 가능한 중대 사고입니다. 2025년 산업안전보건법 개정안에 따라 분진폭발지수(Kst)와 최대폭발압력(Pmax)의 정량적 평가가 의무화되었습니다. 이 글에서는 국제표준(EN 14034)과 국내 사례를 바탕으로 Kst와 Pmax의 측정 원리와 실무 적용 방법을 체계적으로 설명합니다.
1. Kst와 Pmax의 과학적 정의 및 중요성
분진폭발지수(Kst)는 분진의 폭발 강도를 나타내는 지표로, 최대압력상승속도[(dP/dt)max]와 시험용기 부피(V)를 이용해 계산됩니다:
Kst = (dP/dt)max × V1/3
- 클래스 St 1 (Kst ≤ 200): 낮은 폭발 위험 (예: 목재분진)
- 클래스 St 2 (200 < Kst ≤ 300): 중간 위험 (예: 플라스틱 분진)
- 클래스 St 3 (Kst > 300): 높은 위험 (예: 금속분진)
최대폭발압력(Pmax)은 분진폭발 시 발생할 수 있는 최대 압력으로, 방폭구조물 설계의 기준이 됩니다. 2024년 국내 사례에서 알루미늄 분진의 Pmax는 9.8 bar로 측정되어 콘크리트 벽체 파손 가능성이 확인되었습니다.
2. 정밀 측정을 위한 4단계 프로토콜
정확한 측정을 위해 Siwek 20-L 장비와 EN 14034 표준 절차를 준수해야 합니다:
| 단계 | 절차 | 세부 사항 |
| 1 | 시료 준비 | 입도 분석(레이저 회절법), 수분 함량 ≤ 5% |
| 2 | 분산 조건 설정 | 압축공기 20bar, 분진 농도 50-2,000g/m³ |
| 3 | 점화 및 데이터 획득 | 10kJ 화학점화기, 1ms 샘플링 주기 |
| 4 | 결과 분석 | 3회 반복 시험 후 평균값 산출 |
실제 탄소나노튜브(KST-CNT) 시험에서 500g/m³ 농도 시 Kst 148 bar·m/s, Pmax 7.2 bar가 측정되어 St 1 등급으로 분류되었습니다.
3. 현장 적용을 위한 5대 위험 관리 전략
측정값을 기반으로 한 종합적 접근법이 필요합니다:
- 폭발억제 시스템 설계: Kst 값에 따라 억제제 분사 속도 결정 (St 3 등급 시 150m/s 이상)
- 방폭벽 두께 계산: Pmax 기반 구조해석(유한요소법) 수행
- 청소 주기 수립: 폭발하한계(LEL)의 25%를 안전 기준치로 설정
- 교육 프로그램: Kst 등급별 비상대응 매뉴얼 차별화
- 디지털 모니터링: 실시간 분진 농도 측정 센서와 Pmax 예측 알고리즘 연동
2024년 국내 화학공장에서는 Kst 280 bar·m/s의 수지분진에 대해 0.5초 내 폭발억제 시스템 작동으로 사고를 방지한 사례가 있습니다.
결론
Kst와 Pmax는 분진폭발 위험성을 정량화하는 핵심 지표입니다. 2025년 7월부터 시행되는 개정안에 따라 모든 분진 취급 사업장에서 의무적 평가가 강화될 예정입니다. 첨단 측정 기술과 AI 예측 모델의 결합으로 사전 예방적 안전 관리가 가능해질 전망이며, 지속적인 기술 개발과 현장 교육이 병행되어야 합니다.