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불은 연료(가연물), 열(점화원), 산소 등 3가지 조건이 갖추어 져야만 불의 발생이 가능한 것이다. 그래서 우리는 이 3가지를 “불의 3요소”라 부른다. 다시 말해서 불이 일어나기 위해서는 불의 3요소 중 한 가지라도 없으면 불은 일어나지 않는다.
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물질이 빛이나 열, 불꽃을 내며 산소와 빠르게 결합하는 반응인 연소. 연소가 일어나기 위한 요소 3가지에 대해서 실험을 통해 알아봅니다.
[YTN 사이언스 기사원문] http://www.ytnscience.co.kr/hotclip/view.php?s_mcd=0026\u0026key=201603181758313465
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연소의 3요소, 화재의 4요소 – 네이버 블로그
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Date Published: 12/20/2022
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Date Published: 6/20/2021
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화재성장의 3대 요소 (점화, 화염확산, 연소속도)
점화, 화염확산, 연소 속도가 화재 성장의 3요소입니다. 점화는 화재 성장이 시작되는 때이고, 화염 확산은 화재경계의 확장으로 정의할 수 있습니다.
Source: game.enjoymansu.co.kr
Date Published: 5/3/2021
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[소방학개론] 연소의 정의와 조건(3요소), 가연성 물질 · 1. 연소의 정의 : 가연물질이 산소와 반응하며 빛과 열을 발생하는 화학반응 · 2. 연소의 3요소 : 가연물, 산소 …Source: gohomefire.tistory.com
Date Published: 12/30/2021
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화재의3요소 – Daum 블로그
화재의 3가지 요소 화재가 발생하기 위해서는 연료, 열, 산소 등 3가지조건이 꼭 필요하며, 이 3가지를 ”연소의 3요소”라고 한다(여기에 “연쇄 반응”이 추가되면 연소 …
Source: blog.daum.net
Date Published: 1/1/2021
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연소의 3(4)요소 및 소화의 원리
연소는 물질이 산소와 급격한 화학반응을 일으켜 열과 빛을 내는 강력한 산화반응 현상이며 연료(가연물), 산소(공기), 점화원(발화원) 등 세 가지 …
Source: sec-9070.tistory.com
Date Published: 3/23/2021
View: 6972
연소 (Combustion) 정의 및 개념 Part.1(연소의 3요소)
3가지 요소란 가연물, 산소 공급원, 점화원으로 볼 수 있고, 연소가 연속적으로 진행될 수 있도록 하는 “연쇄반응”을 포함하면 연소의 4요소로 볼 수 있다 …
Source: hello-onl.tistory.com
Date Published: 2/24/2022
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연소공학 1.hwp
1) 화재는 발화->연소->연소확대로 성장하는데 발화는 화재성장의 시작점 … 불꽃연소에서 연소의 3요소 이외의 연쇄반응이 4번째 요소로 작용하는데 이를 연소의.
Source: fire.dsu.ac.kr
Date Published: 11/3/2021
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주제에 대한 기사 평가 화재 의 3 요소
- Author: YTN 사이언스
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- Date Published: 2016. 4. 12.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=YnY1ZeVHryU
불이란?
불이 탄다는 사실은 “연소”라는 용어로서 표기되고 있으며, 이 연소에 대한 정의를 내림으로써 “불이 무엇인가?”를 알 수 있다. 일반적으로 연소는 어떤 물질이 산소와 화합하는 반응중에 열이 발생하여 온도가 상승하고 그 결과 “강한 열과 빛을 동반한 산화반응현상” 이라고 할 수 있다.
불(연소)의 3요소
불은 연료(가연물), 열(점화원), 산소 등 3가지 조건이 갖추어 져야만 불의 발생이 가능한 것이다. 그래서 우리는 이 3가지를 “불의 3요소”라 부른다. 다시 말해서 불이 일어나기 위해서는 불의 3요소 중 한 가지라도 없으면 불은 일어나지 않는다. 연료(가연물) 연료란 불에 탈 수 있는 물건을 말하며 이는 고체, 액체, 기체연료의 3가지로 구분된다. 연료(가연물)- 고체연료, 액체연료, 기체연료 고체연료 연탄, 나무, 종이, 옷, 고무, 플라스틱 등 액체연료 석유, 휘발유, 알콜, 방커C유 등 기체연료 프로판가스, 메탄가스, 부탄가스 등
열(점화원) 물질이 타서 불붙기 위해서는 반드시 열이 있어야 하는데, 이 열은 높은 열이어야 하며 그 양도 적당히 있어야 한다.
예를 들어, 성냥불의 불꽃은 보통 가연물에 불을 붙이기에는 충분한 온도를 가졌으나 그 양이 적은 까닭에 통나무와 같은 큰 부피의 물체를 태울 수는 없다.
그러나 수천 개비의 성냥불을 동시에 가져다 댄다면 그 양이 많기 때문에 통나무를 능히 태울 수 있다.
산소(공기) 물질이 열을 받아서 타려면 산소가 있어야 하며 산소가 없으면 불이 일어 나지 않는다.
우리가 호흡할 때 들이 마시는 공기 중의 약 21%는 산소이며 연소하기 위해서 필요로 하는 산소의 양은 가연물질의 종류에 따라 서로 다르다.
대부분의 액체는 공기중 산소 함량이 15% 이하로 줄어들면 불붙기 어려우며, 고체의 경우에는 6% 이하로 줄어들지 않으면 불은 계속 붙거나 그을면서 탄다.
화재의 분류
보통 화재(일반 화재): A급 화재 목재, 섬유류, 종이, 나무 플라스틱처럼 다 타고 난 이후에 재를 남기는 화재를 말하며 이런 화재를 일반화재 또는 보통화재라 한다.
유류화재: B급 화재 휘발유 또는 석유와 같이 불에 타기 쉬운 가연성 액체는 프로판 가스와 같은 가연성 가스 류 화재 또는 가스 화재라 한다.
전기 화재: C급 화재 변압기, 전기다리미, 두꺼비집 등 전기기구에 전기가 통하고 있는 기계나 기구 등에서 발생하는 화재를 말한다.
금속 화재: D급 화재 마그네슘, 티타늄, 지르코늄, 나트륨, 칼륨 등의 가연성 금속 등에서 발생하는 화재를 말한다.
불의 성장과 확산
앞에서 불의 원리에서 말한 바와 같이 일단 불이 나면 불은 외부 공기로부터 산소를 공급받아서 불꽃으로부터 되돌아온 열에 의해 재점화, 확산하여 다른 가연물질을 태우면서 확대해 나가는데 이러한 확대 현상은 직접 물질이 화염에 접촉하면서 진행하는 것이 대부분이나 일부열의 이동이나 불꽃(불티)이 날아가는 현상(비산), 이 두 가지 물리적인 상태가 단독 또는 중복해서 불이 진행하게 된다. 이 중에서 특히 열의 이동에 의해서 확대되는 경우에는 전도, 대류, 복사의 사의 세 가지 작용에 의하여 진행된다. 전도 열이 물질속으로 전해져 가는 현상으로 온도가 높은 쪽에서 낮은쪽으로 이동하는 성질을 말하며 일반적으로 고체는 기체보다 열이 잘 전달된다. 예를 들면 철사 끝을 불로 가열하면 얼마 후 다른 한쪽까지 뜨거워지는 현상을 말한다.
대류 액체나 기체와 같이 유체의 일부가 가열되면 그 부분이 팽창되어 밀도가 적어져 위로 올라가고 그곳에 온도가 낮은 부분의 유체가 흘러 들어간다. 이것은 가열된 공기의 움직임에 의한 열의 이동이라 할 수 있으며 방안에 난로를 피웠을 때 따뜻한 공기는 가벼워서 위로 올라가고 찬공기는 아래로 내려오는 현상이 반복되어 실내가 따뜻하게 되는 현상이 그 예라 할 수 있다.
복사 고열체로부터 저열체로의 열의 이동이 전도나 대류와는 달리 중간의 매개물 없이 직접 열이 이동하는 현상으로 태양열이 지상의 물체를 따뜻하게 해주는 현상이 대표적인 예다.
소화의 원리
연소의 3요소, 화재의 4요소
연소의 3요소는 연소가 개시되기 위해 반드시 필요한 것이며 반대로 동시, 동소에 존재하게 되면 반드시 연소반응이 일어나게 된다고 생각해도 무방하다. 오히려 후자의 논리가 화재조사에는 도움이 된다. 화재 원인조사는 연소의 3요소인 산소, 가연물, 점화원이 동시(同時), 동소(同所)에 존재하게 된 원인을 찾는 것이며 이들의 상호보완적인 관계를 입증하는 것이다.
앞서 예를 들었던 바를 다시 상기 시켜 보자, 지금 내가 앉아 있는 공간에 의자와 내가 입고 있는 의복 등 가연물이 존재한다. 그리고 대기중에 산소도 21%가 있다. 지금 연소반응이 일어나지고 있지 않은 이유는 점화원이 주어지지 않았기 때문이다. 이와 같은 일반적인 상황에서 화재가 발생하였다면 우리는 점화원의 발생 원인을 밝히는 것에 목표를 두고 화재원인 조사를 진행하면 된다. 대부분의 화재는 이와 같은 일반적 상황이며 전통적으로 점화원 자체를 사고조사의 목표로 진행해왔기 때문에 우리는 발화원인 자체를 점화원으로 고집스럽게 생각하는 경향도 있다. 그러나 다양한 가연물들을 일상에서 활용하고 있는 현대 상황의 화재조사에 대응하기에 적절하지 않은 자세이다.
조금 다른 상황을 고려해 보자. 이곳에는 산소농도 21 %가 있으며 내가 옷을 입고 벗을 때 발생하는 정전기가 있다. 그리고 냉장고나 전등 스위치 등 전기 접점에서 발생하는 전기 아크도 상존하고 있다. 이곳에서 폭발(연소폭발)이 발생하지 않는 이유는 무엇인가? 정전기나 접점의 아크에 의해서 점화될 수 있을 만한 가연물인 가연성 가스 또는 인화성 액체가연물의 유증 등 가연물이 없기 때문이다. 그렇다면 이곳에서 가연성 가스가 누출되어 폭발이 발생하였다면 발화원인 조사는 무엇에 집중되어야 하는가? 가연물의 발생원인에 대하여 집중해야 한다.
또 특별한 화학공정이나 실험실 조건에서는 가연성물질을 고온환경에서 다루는 경우도 있는데 이러한 경우에는 산소를 제어해서 연소반응을 막는다. 이러한 챔버 내에서 연소 또는 화재, 폭발(연소폭발)이 발생하였다고 하면 당연히 챔버 내에 산소가 발생한 원인이 발화원인이며 조사는 산소에 집중되어야 한다.
연소의 3요소, 화재의 분류 (A,B,C,D,E,F 급)와 폭발 등급 (1,2,3등급)
이번 포스트는 화재의 분류 (A,B,C,D,E,E 급)와 폭발 등급 알아보기 입니다.
연소의 3요소
1) 가연물 2) 열(점화원) 3) 산소
화재의 분류
분류 급 / 가연물 / 구분(표시) 색 / 소화 방법 / 소화 분류
A급 / 일반 가연물 화재 / 백색 / 주수 분무(물), 산or알칼리 소화기 등 / 냉각
B급 / 유류 화재(제4류 위험물) / 황색 / CO2, 분말 소화기, 포 등 / 질식
C급 / 전기 화재 / 청색 / CO2, 분말,할로겐화합물(하론) 소화기 등 / 질식, 억제
D 급 / 금속 화재 / 무색 / 건조사, 팽창 질암, 팽창 진주암 등 / 질식
E급 / (가연성)가스 화재 / 황색 / 주수 분무(물), 분말, 가스 억제 등 / 질식
F(K)급 / 식용유 화재 / 황색 / 분말, 수성소화약제 등 / 질식 /*특징: 온도가 발화점 이상시 재점화
폭발 등급
— 폭발은 밀폐된 공간 내에서, 점화원과 산소가 있고, 가연성가스나 증기(분진)가 폭발(예정)범위 내에 존재할시 성립.
등급 / 대상 가스 / 안전간격
1등급 / 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 / 안전간격 0.6mm 초과
2등급 / 에틸렌, 석탄가스 / 안전간격 0.4mm 초과 0.6mm 이하
3등급 / 수소, 아세틸렌 / 안전간격 0.4mm 이하
— 안전간격(Safety Gap, 화염일주한계와 동일어): 화염이 외부로 나갈 수 없는 틈의 한계. 부피 8l, 틈의 안길이가 25mm인 구형 용기 내부에 혼합가스를 주입 후 점화한 실험을 통해 산출.
이상 이번 포스트에서는 ‘ 화재의 분류 (A,B,C,D,E,F 급)와 폭발 등급(1,2,3등급) ‘에 대해 알아보았습니다.
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화재성장의 3대 요소 (점화, 화염확산, 연소속도)
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화재 성장의 3대 요소
목 차
개요
점화, 화염확산, 연소 속도가 화재 성장의 3요소입니다. 점화는 화재 성장이 시작되는 때이고, 화염 확산은 화재경계의 확장으로 정의할 수 있습니다. 또한, 연소 속도를 통해 화재경계 내에서의 연료 소모 정도를 알 수 있습니다.
점화
점화의 형태는 인화(Piloted Ignition)와 발화(Spontaneous Ignition)가 있습니다.
발화점
물체가 점화원(착화원) 없이 불이 붙는 최저온도 입니다. 가연성 가스와 공기의 혼합가스에 온도를 가할 경우 연소 또는 폭발을 일으키는 최저온도로서 가연성 가스에 따라 다릅니다.
열전도율이 낮을 수록 (기체 <액체 <고체) 발열량이 클수록(반응열이 클 것) 분자구조가 복잡할수록 (연쇄반응 등) 접촉하는 금속의 열전도가 클수록 발화점이 낮아 짐 인화점 기체나 액체가 점화원의 존재하에 연소하기 시작하는 온도입니다. 공기 중에서 가연성 액체의 액면 가까이에 생기는 가연성 증기가 작은 불꽃에 의해 연소될 때의 당해 가연성 물체의 최저온도를 말합니다. 고체의 인화에 의한 온도 대략 250~450℃ 범위이고 자연발화의 경우는 500℃를 넘습니다. 고체의 점화 시간을 예측함에 있어서 열유속을 받는 얇은 재료(종이, 섬유 등)는 물질의 pcl 의 영향을 받고, 두꺼운 재료에서는 주로 kpc 의 영향을 받습니다. (p : 밀도, c : 밀도, k : 열전도도, l : 두께) 발화와 인화 구분 발화 인화 착화원 유무 착화원 무 착화원 유 물리적 조건 물질농도+에너지의 2가지조건 필요 물질농도에 관한 조건만으로 연소 현상적 조건 가연성 혼합계를 외부에서 가열하기 때문에 밀폐계 국소적인 열원에 의한 발화현상이기 때문에 개방계 화염 확산 화염 확산 화재의 경계면이 이동되는 과정으로, 발화면이 전진하는 것이라고 인식되며 전진 화염의 끝부분은 화염면 앞의 연료를 연소점까지 올리기 위한 열원 또는 점화원으로 작용합니다. 한, 화염 확산에서는 일반적으로 화재성장 과정에서 중력과 바람의 영향이 중요하며, 고체나 액체연료의 화염 확산에 대한 예를 많은 화재사례를 통해 알 수있습니다. 화염확산 속도 (확산 거리와 발화시간) 확산거리 (δ f )와 발화시간 (t ig )에 따른 문제가 됩니다. 확산 방향 하향 또는 측향 확산 : 화염이 확산되어 가는 방향과 공기의 흐름이 반대가 되는 반대 흐름 확산입니다. 상향 또는 풍조 확산 : 공기 흐름과 화염 확산의 방향이 같은 경우가 풍조 확산입니다. 고요한 공기하에서 벽위의 상향 화염확산이나 천장 아래에서의 화염확산도 풍조확산입니다. 이 경우 바람은 화재 자체에 기인되는 부력 흐름에 의해서만 일어납니다. 화염 확산속도의 영향인자 표면 방위와 전파방향 연료의 두께 열전도, 비열, 밀도, 두께 : 열용량(pcl) 및 열관성(kpc) 기하학적 형상 환경의 영향 : 대기의 조성, 연료의 온도, 투입 복사열류, 대기압 연소 속도(Burning Rate) 화염전파와 화염 진행속도 방화원에서 발생한 화염이 혼합가스를 이동하는 현상을 화염전파라고 하고, 이 경우 미연소 가스에 대한 화염 진행속도라고 정의할 수 있습니다. 연소 속도 연소 시 화염이 미연소 혼합가스에 대하여 수직으로 이동하는 속도를 말하며 단위 시간에 단위면적당 혼합 가스양(㎥/㎠·s)을 말합니다. 이는 가스의 성분, 공기와의 혼합비율, 혼합가스의 온도 및 압력에 따라 달라집니다. 연소 속도 값은 주위 물질에 대한 점화 가능성, 실애에서의 플래시오버 가능성, 화재를 진화하는데 필요한 물의 공급율 등과 밀접한 관계가 있습니다. 연소속도 변화의 영향인자 온도 : 온도가 높아지면 반응이 활발해져 기체의 분자운동이 증가하여 연소 속도는 증가하게 됩니다. 압력 : 압력이 높아지면 분자 간의 간격이 좁아져 유효 충돌이 증가되어 연소 한계가 커져 연소 속도는 증가합니다. 혼합물의 조성 : 연소 속도는 화학양론적 혼합조성에서 최고가 됩니다. 혼합물이 연소한계에 가까워 질수록 연소속도는 낮아집니다. 난류 : 난류에 의해 주름 잡힌 화염은 더 많은 표면적과 에너지를 갖게 되어 연소 속도를 증가시킵니다. 억제제의 첨가 : 혼합기 속에 억제제가 존재하면 산소농도가 작아져 연소 속도가 상당히 감소합니다. Reference 1. 소방기술사 subnote by 유 반응형
[소방학개론] 연소의 정의와 조건(3요소), 가연성 물질
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소방안전관리자 공부에 있어서 소방학개론은
소방에 대해 기초적인 지식을 알려주는 이론입니다.
불이 왜 나는지, 불이 어떻게 나는지, 또한 연소와 화재의 차이는 무엇인지,
불은 또 어떻게 끄는지 등…
소방에 있어 가장 기본적인 사항을 배울수 있는 만큼
기초를 확실하게 이해하시길 바랍니다.
1. 연소의 정의 : 가연물질이 산소와 반응하며 빛과 열을 발생하는 화학반응 2. 연소의 3요소 : 가연물, 산소공급원, 점화원 3. 연소의 4요소 : 가연물, 산소공급원, 점화원, 연쇄반응
* 가연성기체의 주성분은 수소(H2)가 비중이 크다
유증기 화재 뉴스
5. 가연성 물질 : 산소와 화학반응시 발열반응을 일으키는 물질 – 유기화합물 : 탄소, 수소, 질소 , 산소 등의 원자들로 화학결합된 물질 – 금속 : 마그네슘, 나트륨, 칼륨 6. 불연성 물질 : 산소와 화학반응을 하지 않거나 반응시 흡열반응을 일으키는 물질 – 불활성 기체 : 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr),크세논(Xe), 라돈(Rn) 등
7. 가연성 물질의 구비조건
– 산소와 친화력 크다 – 활성화에너지가 작다 – 열전도율이 작다 – 연소열이 크다 – 비표면적이 크다 – 건조도가 높다
**실험영상 – 연소
**실험영상 – 연소의 3요소
소방법규 예습
소방학개론 예습
소방설비 예습
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화재의 3가지 요소
화재가 발생하기 위해서는 연료, 열, 산소 등 3가지조건이
꼭 필요하며, 이 3가지를 ”연소의 3요소”라고 한다(여기에 “연쇄
반응”이 추가되면 연소의 4요소라고도 한다).
(1) 연료(가연물)
가연물은 불에 탈 수 있는 모든 물건을 말하며, 다음과 같이
분류한다.
○ 고체연료 : 연탄, 나무, 종이, 옷, 고무, 플라스틱 등
○ 액체연료 : 석유, 휘발유, 알콜, 식용유 등
○ 기체연료 : LPGㆍLNG, 도시가스, 부탄가스 등
(2) 열에너지(점화원)
○ 물질이 타서 불붙기 위해서는 반드시 열이 있어야 하는데
이 열은 높은 열이어야 하며 그 양도 적당히 있어야 한다.
○ 가연성 기체는 열에너지에 노출되면 연소(타는 현상)되는
데, 고체나 액체는 가연성가스가 발생한 후 이 가스가 공기 또
는 산소와 결합하여 열을 내며 타게 된다.
(3) 산소(공기)
○ 물질이 열을 받아서 타려면 산소가 있어야 하며 산소가 없
으면 불이 일어나지 않는다.
○ 일반 가연물은 종류에 따라 다르지만 평소 공기 중 산소
의 함유량이 21%인데 이 산소 농도를 15% 이하로 감소시키
면 소화(불이 꺼짐)가 된다.
연소의 3(4)요소 및 소화의 원리
연소는 물질이 산소와 급격한 화학반응을 일으켜 열과 빛을 내는 강력한 산화반응 현상이며 연료(가연물), 산소(공기), 점화원(발화원) 등 세 가지 요소가 동시에 있어야만 연소가 이루어질 수 있어 이를 ‘연소의 3요소’라고 한다.
불이 연속적으로 타오를 수 있는 요소로서 지속적인 점화와 연소를 연결시켜주는 ‘연쇄반응’을 추가하면 이때에는 ‘연소의 4요소’ 또는 ‘연소 사면체’라고 부른다.
연소의 3(4) 요소 및 소화의 원리
연소/화재/폭발 개념
연소, 화재, 폭발(연소 폭발) 폭발(연소 폭발)은 모두 산화반응이다. 산화반응이란 산소가 아닌 분자가 산소와 화학적으로 결합하는 것을 말한다. 예를 들어 철이 녹이 나는 것, 또는 종이가 누렇게 변색이 되는 것 등도 산화반응의 일종인데 이들은 산화반응이 천천히 일어나는 것이고 연소는 본질적으로 산화라는 측면은 같지만 빠른 속도로 진행되어 빛과 열을 발생한다는 점이 다르다.
즉 연소라는 것은 “에너지 방출속도가 느린 빛과 열을 수반하는 급격한 산화반응”으로 정의된다.
이것보다 더 반응이 빨라지면 빛과 열뿐만 아니라 압력까지 발생하는데 이를 폭발이라고 부른다. 예를 들어 누출된 가스가 연소범위 내로 적절히 혼합되어 있을 때 점화원이 주어진다면 이러한 연소 폭발이 일어난다.
즉 폭발이라는 것은 “에너지 방출속도가 빠른 압력을 수반하는 급격한 연소반응”으로 정의할 수 있다.
철이 녹스는 것은 고체 표면의 산화반응이고 연소반응에 의해 눈으로 관찰되는 불꽃과 화염은 기체의 산화반응이기 때문에 나타나는 모습은 전혀 다르다. 즉 이러한 차이는 산화되는 물질의 상(phase)이 다르기 때문에 나타나는 모습이다.
이와 연관되어 ‘가스(기체)와 분진(고체)은 있는데, 액체에 해당하는 방폭은 왜 없을까?’라는 이해가 필요하다. 액체는 액체 그 자체가 아닌 주로 증기(Vapour)의 형태로 가스와 함께 다룬다. 이때에 사용되는 것이 바로 인화점(flash point)이라는 개념이고, 액체는 온도가 올라감에 따라 기체로 증발되는 부분이 있고 이를 증기라고 한다. 가연성 액체에 화염을 접근시켰을 경우에 연소가 일어나기 위해서는 충분한 만큼의 증기가 있어야 하는데, 그 필요한 만큼의 증기를 발생시킬 수 있는 최저온도를 인화점이라고 한다. 방폭에서 기준이 되는 인화점은 37.8 도로, 인화점이 37.8℃보다 낮다면 가연성 액체(Flammable Liquid)라고 하고, 37.8℃ 보다 높으면 인화성 액체(Combustible Liquid)라고 한다.
다음의 연소 형태에 대한 개념도를 참조하기 바란다.
연소 형태에 대한 개념도
반면에 “화재”란 사람의 의도에 반하거나 고의에 의해 발생하는 연소현상으로서 소화시설 등을 사용하여 소화할 필요가 있는 현상을 말한다. 또한 미국 USFA, National Fire Incident Reporting System 실무서에서는 파괴적이고 통제되지 않는(destructive and uncontrolled) 가연성 고체·액체·기체의 연소(burning)를 말하며 폭발을 포함한다.
연소 3(4) 요소 및 소화 원리
연소는 물질이 산소와 급격한 화학반응을 일으켜 열과 빛을 내는 강력한 산화반응 현상이며 연료(가연물), 산소(공기), 점화원(발화원) 등 세 가지 요소가 동시에 있어야만 연소가 이루어질 수 있어 이를 ‘연소의 3요소’라고 한다.
연소현상은 상징적으로 삼각형을 그려 표현하기도 한다. 즉 세 변(요소) 중(요소) 한 변(요소)이라도 없으면 삼각형(연소)이 만들어지지 않는다.
물질에 따라서는 산소가 없어도 연소가 일어나는데 이때에는 가연물 자체에 산소가 포함되어 있기 때문이다.
연소의 3요소는 연소가 되기 위한 기본적인 조건이며, 연소가 지속되기 위해서는 계속하여 충분한 열과 가연물이 공급되어야 한다. 즉, 외부로부터 에너지를 가하지 않아도 자체적으로 반복하여 열과 가연물을 공급하는 연쇄반응이 필요하다. 불이 연속적으로 타오를 수 있는 요소로서 지속적인 점화와 연소를 연결시켜주는 ‘연쇄반응’을 추가하면 이때에는 ‘연소의 4요소’ 또는 ‘연소 사면체’‘연소 사면체’라고 부른다.
즉 ‘연소의 4요소’는 불이 날 수 있는 조건과 불을 끄기 위한 원리를 제시하고 있다.
소화 원리는 연소의 반대 개념으로 연소의 4요소를 적정하게 통제 또는 차단함으로써 이루어진다. 실제 상황에서는 다음에 열거하는 소화 원리가 하나 또는 둘 이상이 일어나서 소화작업이 이루어진다.
다음의 Fire Triangle 그림을 참조하여 이해에 도움을 받기 바란다.
연소 3요소(Fire triangle)
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연소 (Combustion) 정의 및 개념 Part.1(연소의 3요소)
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연소(Combustion) 정의 및 개념 Part.1
연소현상의 자세한 성질은 아직도 발견되지 않은 부분이 많다. 그 이유는 연소라는 현상이 많은 기초 현상의 조합으로 만들어진 것이며, 연료의 종류나 연소 방법에 의해서도 그 연소과정을 지배하는 인자가 다르기 때문이다. 연소의 기본적인 형태는 단독 형태가 아닌 복합적으로 공존하는 경우가 많다.
연소란 발열을 수반하는 화학반응으로 이로 인해 발생한 열에너지나 활성화된 화학물질에 의해 반응이 자발적으로 지속되는 현상이며, 산업에서 연소의 개념은 가연성 물질이 공기 중의 산소와 반응하여 빛과 열을 발생하는 산화반응 을 말한다. 그 외에 분자의 분해 반응(decomposition reaction 또는 dissociation reaction), 분자내부에서 반응이 진행되어 열에너지를 발생시키는 발열 분해 반응, 수소-브롬간의 산화환원 등 특수한 연소반응도 연소에 포함된다.
연소삼각형
연소가 제대로 이루어지기 위해서는 3가지 요소가 모두 포함되어야 한다. 3가지 요소란 가연물, 산소 공급원, 점화원으로 볼 수 있고, 연소가 연속적으로 진행될 수 있도록 하는 “연쇄반응”을 포함하면 연소의 4요소로 볼 수 있다. 따라서 하나의 변이라도 없으면 삼각형이 되지 않는 것처럼, 연소도 어느 하나의 요소라도 없다면 연소는 중단된다. 이런 연소의 특성은 화재가 발생할 경우 소화하는데 유용하게 이용된다.
예를 들면, 화재 발생 시 CO2소화설비나, 포소화설비 등이 작동할 경우 연소의 3요소 중 산소 공급원을 차단하는 질식소화 효과를 볼 수 있으며, 물을 뿌리는 것은 연소되는 물질의 온도를 더 낮게 만들어 냉각소화 겸 질식소화를 가능하게 한다.
Fig.1 연소의 3요소, 하나의 요소라도 없다면 연소는 발생하지 않는다.
연소의 3요소 특성
연소의 3가지 요소 중 각각의 특성을 보면 다음과 같다.
첫 번째, 가연물이란 연소하기 쉬운 물질을 말하며, 일상에서는 주로 연료를 생각하면 되겠다. 가연물로서의 조건은 다음과 같다.
1) 발열량이 클 것
2) 열전도율이 작을 것
3) 산소와 친화력이 좋을 것(산화되기 쉬울 것)
4) 표면적이 넓을 것
5) 활성화 에너지가 낮을 것
6) 수분함량이 낮을 것(건조도가 높을 것)
두 번째, 산소 공급원은 연소를 도와주거나 촉진시켜주는 조연성 물질로 공기, 자기 연소성 물질, 산화제(염소산 염류, 과산화물, 니트로글리세린, 니트로 셀룰로오스, 피크린산 등) 등이 있다. 따라서 연소되는 가연물 주위에 산소 공급원이 많을수록 연소는 더욱 강렬하게 진행된다.
예외적인 예로는 지르코늄 분말이 있다. 지르코늄 분말은 산소 공급원 없이 이산화탄소(CO2) 내에서 점화하는데, 이처럼 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 등 산소 공급원이 없는 경우에도 연소하는 경우가 있다.
세 번째, 점화원은 가연물에 활성화 에너지를 주는 것으로 점화원의 종류에는 전기불꽃, 정전기, 단열 압축, 마찰 및 충격 불꽃 등이 있다. 산업안전 분야에서는 연소의 3요소 중 점화원 관리가 필수적인 분야이다. 산업 현장에서 사용하는 원재료가 가연물인 경우, 공기 중 산소를 제거하지 못하기 때문에 3요소 중 제거할 수 있는 것은 점화원 하나뿐이기 때문이다.
2020년 4월 29일 경기도 이천에서 발생한 물류센터 화재도 환기가 제대로 이루어지지 않는 지하에서 작업을 하며 발생한 화재로 추정된다. 우레탄 폼 작업을 하여 인화성 증기(가연물)가 작업장 내부에 차있는 동안 화기작업을 함으로 인해 점화원(용접 불꽃 또는 담배 등의 나화)에 의해 화재가 발생했을 것이다. 이와 같이 작은 불꽃 하나로 인해 화재 또는 폭발이 발생할 수 있으므로 점화원 관리는 매우 필수적이다.
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