소방의 모든 것

제4편 소방학개론

⚬ 연소의 정의 : 연소란 가연물이 공기 중의 산소 또는 산화제와 반응하여 열과 빛을 발생하면서 산화하는 현상을 말한다.

⚬ 연소의 3요소(가산점) : 가연성물질, 산소공급원, 점화에너지

⚬ 연소의 4요소 : 가연성물질, 산소공급원, 점화에너지, 화학적인 연쇄반응

⚬ 불연성 물질

 1) 불활성 기체 : 헬륨, 네온, 아르곤 등

 2) 산소와 화학반응을 일으킬 수 없는 물질 : 물, 이산화탄소 등

 3) 흡열반응하는 물질 : 질소 또는 질소산화물 등

 4) 자체가 연소하지 않는 물질 : 돌, 흙 등

⚬ 가연성 물질의 구비조건

 1) 산소와의 친화력이 크다.

 2) 활성화에너지가 작다.(작은 에너지로 불이 잘 붙게 된다.)

 3) 열전도율이 작다.(외부로부터 받은 열의 축적이 잘되어 연소가 쉬워진다.)

 4) 연소열이 크다.

 5) 비표면적이 크다.

 6) 연쇄반응을 일으킬 수 있다.

⚬ 산소공급원

 1) 공기 중에 산소는 약 21vol% 존재한다.

 2) 산화성물질 : 1류위험물(산화성고체), 6류위험물(산화성액체)

⚬ 자연발화 : 외부에서 에너지를 공급받지 않고 자체적으로 온도가 상승하여 발화하는 현상

 1) 분해열 : 셀룰로이드, 니트로셀룰로오스

 2) 산화열 : 석탄, 건성유

 3) 발효열 : 퇴비

 4) 흡착열 : 목탄, 활성탄

 5) 중합열 : 시안화수소, 산화에틸렌

⚬ 연쇄반응 : 물질이 활성화된 상태 라디칼, 극도로 불안정한 과도기적 물질로서 주변의 분자와 반응하여 공격하려는 성향, 즉 반응성이 매우 강하다.

⚬ 한계산소농도(한계산소지수) : 가연성물질이 연소할 수 있는 공기 중의 최저산소농도이며 일반적인 가연물의 경우 14~15vol% 정도이다.

⚬ 연소범위

 1) 연소범위 : 가연성 기체가 공기 중에 섞여 가연성혼합기를 만드는데 이때 이 혼합기의 농도가 적정한 농도범위 내에 있어야만 연소가 발생할 수 있다.

 2) 연소하한계와 연소상한계 : 공기 중에서 가연성기체의 수가 너무 적어서 연소가 발생할 수 없는 한계를 연소하한계라고 하며, 반대로 가연성기체의 수가 너무 많아서 연소가 발생할 수 없는 한계를 연소상한계라고 한다. 즉, 가연성기체가 공기 중에 섞여 가연성혼합기를 형성하여 연소가 발생되기 위해서는 가연성기체 농도는 연소하한계와 연소상한계 사이의 농도로 유지되어 있고 점화원을 만나는 경우에 연소 또는 폭발이 일어난다.

⚬ 연소의 형태

 1) 고체의 연소

  가. 분해연소 : 가연성고체가 열분해하면서 가연성증기가 발생하여 연소하는 현상으로 고체의 가장 일반적인 연소형태이다.

  (예) 목재, 종이, 석탄 등

  나. 증발연소 : 고체가 열에 의해 융해되면서 액체가 되고 이 액체의 증발에 의해 가연성증기가 발생하는 경우이다.

  (예) 고체파라핀(양초), 황, 열가소성수지(열에 의해 녹는 플라스틱) 등

  다. 표면연소(작열연소, 무염연소) : 열분해에 의해 증기가 될 수 있는 성분이 없는 고체의 경우 고체가 표면에서 산소와 직접 반응하여 적열되면서 화염 없이 연소하는 형태가 표면연소이다.

  (예) 숯, 코크스, 금속(마그네슘 등), 목재의 말기연소 등

  라. 자기연소 : 분자 내에 산소를 함유하고 있어서 열분해에 의해 가연성증기와 산소를 동시에 발생시키는 물질은 자기연소를 한다. 외부로부터 산소 공급을 필요로 하지 않으며, 폭발적으로 연소하는 경우가 많다.

  (예) 자기반응성물질(제5류 위험물), 폭발성물질

 2) 액체의 연소

  가. 증발연소 : 가연성액체가 자체의 열이나 외부 에너지로 증발하여 가연성증기가 만들어지고 이것이 공기와 혼합되면서 연소범위 내의 농도 영역에서 화염을 발생시키는 일반적인 연소형태로서 대부분의 액체가 증발연소이다.

  나. 분해연소 : 액체 중 분자량이 커 비점과 점도가 높은 물질로부터 가연성 증기가 만들어지는 과정은 ‘증발’이라는 물리적인 변화가 아니고 ‘분해’라는 화학적 변화(반응)이다. 분해연소는 흔치않은 액체의 연소형태로서 글리세린, 중유 등이 대표적이 예이다.

 3) 기체의 연소

  가. 확산연소 : 분출되어지는 기체가 공기 중으로 확산하여 공기와 가연성기체가 혼합하면서 연소범위 농도의 영역에서 화염을 발생시키는 연소를 확산연소라 한다.

  나. 예혼합연소 : 가연성기체와 공기를 미리 연소범위 내의 농도로 혼합한 상태에서 노즐을 통해 공급하여 연소시키는 것을 예혼합연소라고 한다.

⚬ 연소의 특성

 1) 인화점 : 점화에너지에 의해 화염이 발생하기 시작하는 온도

 2) 연소점 : 발생한 화염이 꺼지지 않고 지속되는 온도, 5초 이상 연소상태가 유지되는 온도

 3) 발화점 : 외부로부터의 직접적인 에너지 공급 없이 물질 자체의 열 축적에 의하여 착화가 되는 최저 온도

⚬ 화재의 정의

 “화재”란 사람의 의도에 반하거나 고의에 의해 발생하는 연소 현상으로서 소화설비 등을 사용하여 소화할 필요가 있거나 또는 사람의 의도에 반해 발생하거나 확대된 화학적인 폭발현상을 말한다.

 1) 인간의 의도에 반하거나 또는 방화에 의하여 발생하여야 한다.

 2) 사회공익을 해치거나 인명 및 경제적 손실을 수반하기 때문에 이를 방지하기 위하여 소화할 필요성이 있는 연소현상이어야 한다.

 3) 소화시설 또는 이와 같은 효과가 있는 것을 이용할 필요가 있어야 한다.

 → 자산기치의 손실이 없거나, 자연히 소화될 것이 분명하여 소화의 필요성을 느끼지 않거나, 설령 소화의 필요성이 있다고 하여도 소화시설이나 소화장비 또는 간이소화용구 등을 활용하여 진화할 필요가 없는 것을 화재로 볼 수 없다.

⚬ 화재의 분류

 1) 일반화재(A급화재) : 연소 후 재를 남기며 보통화재라고 불리며 수용액으로 소화를 할 수 있다.

 2) 유류화재(B급화재) : 연소 후 재를 남기지 않으며, 소화를 위해서는 포 등을 이용한 질식소화가 적응성이 있다.

  ▷ 알코올 등의 수용성 액체는 일반포는 적응성이 없으므로 내알코올형포를 사용해야 한다.

 3) 전기화재(C급화재) : 전류가 흐르고 있는 전기기기, 배선과 관련된 화재

 4) 금속화재(D급화재) : 금속화재용 분말소화약제나 건조사 등을 사용

 5) 주방화재(K급화재) : 주방에서 동식물유를 취급하는 조리기구에서 일어나는 화재를 말한다.

⚬ 화재의 양상

 1) 초기 : 창 등의 개구부에서 하얀 연기가 나온다.

 2) 성장기 : 검은 연기 분출 및 실내 가구 등에서 천장면까지 화재가 확대

 3) 최성기

  가. 외관 : 연기의 양은 적어지고 화염의 분출이 강해지며 유리가 파손된다.

  나. 연소상황 : 실내 전체에 화염이 충만하며 연소가 최고조에 달한다.

  다. 연소위험 : 강렬한 복사열로 인해 인접 건물로 연소가 확산될 수 있다.

  라. 활동위험 : 구조물이 낙하할 수 있다.

 4) 감쇠기(감퇴기) : 연기는 흑색에서 백색으로 변한다. 연소확산의 위험은 없으나 바닥이 무너지거나 벽체낙하 등의 위험이 있다.

⚬ 플래시오버(flash over) : 화염에서 발생한 복사열에 의해 내장재나 가구 등이 일시에 발화점에 이르러 가연성 가스가 축적되면서 일순간에 폭발적으로 전체가 화염에 휩싸이는 현상을 말하며 전실화재 혹은 순발연소라고도 한다. 화재실험에서 플래시오버는 통상 내화건축물인 경우 출화 후 5~10분 후에 발생하는 것으로 나타난다.

⚬ 백드래프트(back draft) : 문을 개방할 때 신선한 공기가 유입되어 실내에 축적되었던 가연성가스가 단시간에 폭발적으로 연소함으로써 화염이 폭풍을 동반하여 실외로 분출되는 현상을 말하며 연기폭발이라고도 한다. 백드래프트는 농연의 분출, 파이어볼(fire ball)의 형성, 건물 벽체의 도괴 등의 현상을 수반한다.

⚬ 롤오버(roll over) : 화염이 연소되지 않은 가연성가스를 통해 전파되는 현상으로서 플레임오버라고도 한다.

⚬ 목조건축물의 화재 : 온도 1100~1350℃ (출화~최성기까지 약 10분, 최성기~감쇠기까지 약 20분, 화재지속시간 30분)

⚬ 내화조건축물 화재 : 온도 800~1050℃ (화재지속시간 2~3시간)

⚬ 열전달

 1) 전도 : 직접 접촉하여 전달. 가늘고 긴 금속막대의 한 끝을 불꽃으로 가열하면 불꽃이 닿지 않은 다른 부분에도 열이 전달되어 뜨거워지는 현상은 전도이다.

 2) 대류 : 기체 혹은 액체와 같은 유체의 흐름에 의하여 열이 전달

 3) 복사 : 화재 시 열의 이동에 가장 크게 작용하는 열 이동방식으로 모든 물체의 온도 때문에 열에너지를 파장의 형태로 계속적으로 방사하며, 그렇게 방사하는 에너지를 열복사라고 한다. 또한 햇볕을 쬐면 따뜻한 것은 복사열을 받기 때문이다. 화재에서 화염의 접촉 없이 연소가 확산되는 현상은 복사열에 의한 것으로 볼 수 있다.

⚬ 화염의 전달

 1) 접염(接炎)연소 : 화염이 물체에 접촉하여 연소가 확산되는 현상으로 화염의 온도가 높을수록 잘 이루어진다.

 2) 비화(飛火) : 불티가 바람에 날리거나 튀어서 멀리 떨어진 곳에 있는 가연물에 착화되는 현상

⚬ 연기 : 공기 중에 부유하고 있는 고체 또는 액체의 미립자를 가리키며, 그 크기는 0.01~10㎛로 안개입자(10~50㎛)보다 작다.

⚬ 연기의 확산속도

⚬ 연소의 조건에 따른 제어분류

[출제 문제]

1. 다음 중 등유의 연소범위에 속하는 것은?

① 1%

② 7%

③ 9%

④ 12%

[해설] 연소범위

가연성 기체가 공기 중에 섞여 가연성혼합기를 만드는데 이때 이 혼합기의 농도가 적정한 농도범위(연소범위) 내에 있어야만 연소가 발생할 수 있다.

답) 1번

2. 다음은 연소의 범위에 대한 설명이다. 옳은 것만을 고른 것은?

① 가, 나

② 나, 다

③ 가, 라

④ 가, 나, 라

[해설]

⑴ 가연물의 한계산소농도는 일반적으로 14~15vol%이다.

⑵ 수소의 연소범위는 4.1~75vol%이며 아세틸렌의 연소범위는 2.5~81vol%이다. 따라서, 수소는 아세틸렌보다 연소범위가 더 좁다.

⑶ 공기 중의 산소농도에 비해 가연성기체의 수가 너무 많아서 연소가 발생할 수 없는 한계를 연소상한계라고 한다.

⑷ 가연물의 연소범위는 연소하한계와 연소상한계 사이이다.

답) 3번

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