연소공학 - 화재

 5. 화재

5.1 화재일반

5.1.1 화재의 정의 : 사람의 의도에 반하여 발생한연소로서 소화의 필요성을 

                     느끼는 것

      화재역학에서의 화재 한계기준 : 1,055[KW/㎥]

      물1[ℓ] 1초당 1[℃]씩 올리는데 충분한 열량

      화재반응을 지속시키기 위해서는 10¹⁰[KW/㎥]정도의 에너지밀도

5.1.2 화재의 분류

5.1.2.1 대상물체에 따른 분류

 - 건축물화재

 - 차량화재

 - 산림화재

 - 특종화재 : 위험물화재, 가스류화재, 원자력시설, 항공기화재, 지하철화재, 

              지하구화재, 터널화재 등

 - 선박화재

5.1.2.2 연소되고 있는 물질에 의한 분류

5.1.2.2.1 일반화재 : A급 화재 : 백색

 - 일반가연물 

 - 가장 발생빈도가 높다

 - 물 등 수계소화설비로 소화

5.1.2.2.2 유류화재 : B급 화재 : 황색

 - 인화성액체

 - 대형화재의 위험성

 - 포 소화약제, 가스계 소화설비, 분말, 미분무수 등으로 소화 

5.1.2.2.3 전기화재 : C급 화재 : 청색

 - 통전상태의 전기화재

 - 전원이 차단된 경우 가연물의 종류에 따른 화재로 구분

 - 비전도성 소화약제

5.1.2.2.4 금속화재 : D급 화재 : 무색

 - 제3류 위험물, 제2류 위험물의 금속분과 제1류 위험물의 무기과산화물

 - 대부분 금수성 물질이므로 모래 및 해당 금속에 적응성 있는 금속화재용 

    분말소화약제 사용

5.1.2.2.5 가스화재 : E급 화재 : B급 화재 적용

 - 도시가스, 천연가스, 수소, LPG 등 가연성가스

 - 대량의 물로 냉각 및 밸브 폐쇄 등의 방법으로 소화

5.1.2.2.6 식용유화재 : K급 또는 F급 화재 : NFPA , ISO분류에 의한 구분

 - 인화점 과 발화점의 온도차가 적고 발화점이 비점이하여서 화재발생시

    액온을 낮추지 않으면 소화하여도 재발화가 쉬운 화재

 - 질식소화 및 이물질을 넣어서 냉각하는 소화

5.1.2.3 화재규모에 따른 분류 : 

  화재조사 및 보고규정: 소방방재청 훈령 14호 (2004. 6. 1)

 - 즉소   : 인명피해가 없고 피해액이 50만원 이하 화재

 - 부분소 : 즉소, 반소, 전소에 해당이 없는 화재

 - 반소   : 건물의 30%이상 70%이하 소실

 - 전소   : 건물의 70%이상 소실 또는 보수 시 재사용 불가

5.1.2.4 특수화재

 - 대형화재

   가. 인명피해 : 사망 5명 이상이거나 사상자 10명 이상 발생 화재

   나. 재산피해 : 20억원 이상 추정되는 화재

 - 중요화재

    가. 관공서, 학교, 정부미 도정공장, 문화재, 지하철, 지하구등 공공건물

        및 시설의 화재

    나. 관광호텔, 고층건물, 지하상가, 시장, 백화점, 대량 위험물을 제조·      저장·취급하는 장소, 대형 화재취약대상 및 화재경계지구

    다. 이재민 100명이상 발생화재

 - 특수화재

    가. 철도, 항구에 매어둔 외항선, 항공기, 발전소 및 변전소의 화재

    나. 특수사고, 방화 등 화재원인이 특이하다고 인정되는 화재

    다. 외국공관 및 그 사택

    라. 기타 대상이 특수하여 사회적 이목이 집중될 것으로 예상 되는 화재

5.1.2.5 사상자 구분

 - 경상 : 기타 부상

 - 중상 : 3주이상의 입원치료를 필요로 하는 부상 

 - 사망 : 화재사고 후 72시간이내 사망자 포함

5.1.3 화재의 연소 : 불길이 이웃으로 번져가는 형태

 - 정상연소 

 - 접염연소

 - 대류연소

 - 복사연소

 - 비화연소

5.2 물질의 화재위험

5.2.1 가연성고체

5.2.1.1 목재

5.2.1.1.1 물리적 성질

 - 낮은 열전도성 : 열이 내부로 침투하는 속도 지연

 - Heavy timber 또는 대형집성 목재트러스 : 건물의 구조강도는 동일한       응력의 철골에 비하여 화재 시 더 긴 시간의 강도를 발휘한다

5.2.1.1.2 함수율

 - 함수율이 15% 이상 일때는 불이 잘 붙지 않는다

5.2.1.1.3 목재의 발화

 - 나무가 탈 때의 온도 : 나무의 종류, 형태, 크기 및 함수율에 따라 각각      다르다

 - 가열속도, 가열시간, 나무에 가해지는 열원의 성질 및 공급되는 산소의       양도 인화점에 영향을 준다

 - 나무의 평균 인화점 : 200[℃]

 - 나무의 열분해 4단계

온도[℃]

반응

200℃이상

 수증기, 탄산가스, 개미산 및 초산의 발생

200~280℃

 수증기 감소, 일부 일산화탄소 발생( 흡열반응 상태)

280~500℃

 인화성 증기의 입자와 함께 발열반응, 

  숯이 되는 일부 2차반응

500℃ 이상

 뚜렷한 촉매작용으로 숯으로 변함

5.2.1.2 플라스틱 및 중합제

 - 건물 안의 구조용 과 마감재료

 - 선 처리 및 후 처리제품

5.2.1.3  섬유

 - 천연섬유 : 식물 및 동물에서 추출된 섬유제품

 - 합성섬유

 - 난연성섬유 : 방염처리

5.2.2 인화성 및 가연성액체

5.2.2.1 분류

5.2.2.1.1 인화성액체 : Flammable Liquid

 - Class Ⅰ A : 인화점 22.8℃미만으로 비등점이 37.8℃ 미만인 것 

 - Class Ⅰ B : 인화점 22.8℃이하로 비등점이 37.8℃ 이상인 것 

 - Class Ⅰ C : 인화점 22.8℃이상이고 비등점이 37.8℃ 미만인 것 

5.2.2.1.2 가연성액체 : Combustible Liquid

 - Class Ⅱ   : 인화점이 37.8℃ 이상이고 60℃ 미만인 것 

 - Class Ⅲ A : 인화점이 60℃ 이상이고 93.4℃ 미만인 것 

 - Class Ⅲ B : 인화점이 93.4℃ 이상인 것 

5.2.2. 성질

 - 증기압 : [psia] pounds per square inch absolute

 - 인화점

 - 비등점

 - 비중

 - 증발률

 - 점도

 - 증발잠열

 - 발화온도

5.2.3 저장 및 취급

 - 저장용기는 밀폐하여 통풍이 잘되는 찬 곳에 저장한다

 - 화기의 접근을 피하고 가열하지 않는다

 - 증기 및 액체의 누설에 주의하여 저장한다

 - 정전기발생 및 축적을 억제한다

 - 인화점 이상으로 가열하지 않는다

 - 증기는 높은 곳으로 배출하기 위한 시설을 설치한다

 - 전기설비는 방폭형 전기기계기구를 사용한다

5.2.3 기체

5.2.3.1 화학적 성질

 - 인화성기체 

 - 비인화성기체

 - 독성기체

 - 반응성기체

5.2.3.2 물리적 성질

 - 액화 기체 : 압축

 - 비액화기체 : 연소범위 200 ~ 6,000[psia]

 - 초저온액체 : 용기안의 기체가 -150[℃]의 온도상태이고 액상

                 산소, 질소, 수소, 아르곤, 헬륨과 천연가스(LNG)

5.2.3.3 용도에 의한 분류

 - 의료용가스

 - 산업용가스

 - 연료가스

5.3 실내화재 

5.3.1 화재진행 단계

5.3.1.1 발화 : Ignition

5.3.1.2 화재성장단계 : Developing Fire 또는 Fire Growth

 - 연료지배형화재 : Fuel Controlled Fire

 - 검토사항 : smoke plume,  ceiling jet flow, 연기층의 깊이, 연소가스의

              농도, 연기층의 온도

 - 제1성장기

 - 제2성장기

5.3.1.3 전실화재 : Flashover

 - 전공간화재 : Full Space Involvement

5.3.1.3.1 Pre-flashover  : 전실화재 전 단계 : 화재안전의 예측

                    화재의 탐지 및 거주 인원의 안전피난

                    방의크기 및 구조, 건축자재 , 창문의 크기, 연료의 양,

                     종류 및 배열 상태등에 따라 영향을 받는다

5.3.1.3.2 Post-flashover : 전실화재 후 단계

                    실내온도 결정 변수 : 연료의 연소열량, 연소에 필요한                                           공기의 유입상태, 단열효과 등

5.3.1.3.3 Flashover 시간에 영향을 주는 인자

 - 실의 형태

 - 발화원의 위치

 - 연료높이

 - 환기개방

 - 연료의 밀도

 - 연료의 지속성

 - 발화원의 면적

 - 열방출률

 - 발화시간

5.3.1.3.4 공식

 - McCaffery  QFO = 610(hkAtA√H)¹/²

 - Babrauskas QFO = 750 A√H

 - Thomas    QFO = 7.8At +378A√H

 - Hagglund   QFO = 10508At

5.3.1.4 최성기 : Fully -Developed Fire)

- 환기지배형 화재 : Ventilation Controlled Fire

- 열류조건 : 실내 150[KW/㎡], 바닥면 복사수열량 60~80[KW/㎡],

             천장면 복사수열량 100~150[KW/㎡],

5.3.1.4.1 연소속도

 - R = 

 - 중성대 : Neutral zone

5.3.1.4.2 화재온도

 - QT = QW +QL +QR

 - 온도인자 FO = A√H /At = 0.06에 해당한다

5.3.1.4.3 화재계속시간

 - T =  =  =  × 

   Af / A√H : 화재계속시간인자 : Fire duration factor

5.3.1.4.4 개구부의 화염분출

 - 화염분출 : 상층의 창유리를 파괴해 상층연소의 원인이 된다

               화재규모, 개구부의 형상, 위쪽 벽의 상태

 - 방지대책 : 허리벽 설치

              개구부 위쪽에 차양설치

              창면에 살수하는 드렌처설비 설치

              창유리를 금속 망입유리로 설치

              창 내측 가까운 곳에 가연물을 근접시켜 설치 금지  

5.3.1.4.5 역화 : Back Draft : 밀폐된 공간에서 Flashover후 산소부족상태                  에서 화재실의 문을 개방할 때 신선한 공기가 대량으로 

                유입되어 실내에 축적되었던 가연성 가스가 단시간에 폭발                  적으로 연소함으로서 화재가 폭굉을 동반하여 실외로 분출                  되는 현상

5.3.1.4.5.1 Back Draft 발생하기 위한 조건

 - 사전에 실내가 충분히 가열되고

 - 다량의 가연성 가스가 축적되어 있는 것이 전제 조건이 되며

 - 화재 시 가스배관이 파손되어 가스가 새어나와 발생하는 폭발도 

    Back Draft가 되어 폭굉과 충격파를 일으킨다

5.3.1.4.5.2 방지대책

 - 폭발력의 억제 : 문의 개방 안전형 평가

                   시건장치 유무, 자물쇠의 종류, 개폐방향

 - 환기 : 열기류 배출 (천장 환기구 개방) 

 - 소화 : 개방전․ 후 소화

 - 격리 : 상층 또는 인접 건물로 확대 방지 : 방수준비

5.3.1.5 감쇄기

 - 평균온도가 최고값의 80%이하로 떨어진 후의 단계

 - 7~ 10℃/ min

5.3.2 실내화재 중요한 용어

5.3.2.1 연료지배형화재 : 연료량이 적고 통기량이 충분한 경우

5.3.2.2 환기지배형화재 : 연료량이 많고 통기량이 적은 경우

5.3.2.3 화재하중 : 구획내 가연물이 에너지값을 지칭한다

         W = = 

5.3.2.4 개구인자가 구획화재에 영향을 미치는 인자

 - 연소속도 : V =  =

 - 온도인자 : FO = A√H / At

 - 계속시간인자 : T = Af / A√H

 - 개구부 크기 와 모양

5.3.2.5 화재저항 : 화재시간동안 방화벽이나 구조적 요소들이 그 기능을 

                  계속할 수 있도록 하기 위한 건축물 구성요소의 능력

                  으로 내화성능

5.3.2.6 화재가혹도 : 방호공간 안에서 화재의 세기

 - 온도-시간곡선에서 300[℃]의 기준선이상에서 곡선부의 면적기준.

 - 300[℃]의 기준선이상에서 두 곡선의 면적이 같으면 화재가혹도가 같다      고 한다.

 - 화재 시 지속시간이 긴 것은 가연물량이 많은 양적 개념

          최고온도는 최성기 때의 온도로서 화재시의 질적 개념이다.

5.3.2.7 화재가혹도의 주요소

 - 최고온도 : Maximum Temperature

   단위시간당 축적되는 열의 량인 열축적률이 크면 화재강도가 커진다

 - 지속시간 : Duration

   화재실의 화재하중에 따라 결정된다 : 가연물의 양

   가연물의 양이 많을수록 연소지속시간이 길고 최고온도 지속시간도 길어       진다

5.3.2.8 화재가혹도와 소화수주의 상관성 : 주수율 Water density

 - 화재강도 : 주수율 결정

 - 화재하중 : 주수시간 결정

5.3.2.9 화재강도의 주요소 : Fire Intensity

 - 가연물의 연소열 : 물질의 종류에 따른 특성치

 - 가연물의 비표면적 : 물질의 단위 질량당 표면적

 - 공기(산소)공급 : 

    공기의 공급이 원할할수록 소진율이 커지고 열발생률도 커진다

    개구부의 크기, 개수, 위치에 좌우된다.

 - 화재실의 벽, 천장, 바닥의 단열성

    개구부를 통한 방열

    구조체를 통한 방열 : 단열상태에 따라 축열된다.

5.3.2.10 실내화재의 환기파라미터

         nV=k A √H f (T₁, T₀)  n : 시간당 환기회수

                                  H : 개구부의 높이

 - 환기파라미터(개구인자)

    개구인자 : 환기파라미터 : A √H : Ventilation Parameter

 - 환기파라미터와 연소속도의 관계

    환기지배영역 : 개구인자 (A √H)에 비례

    연료지배영역 : 개구인자와 관계없이 일정한 크기를 나타낸다.

5.3.3 실내화재 시 개구부의 중성대 : Neutral Zone

 - 천장측 정압 : 실내 ＞ 실외

 - 바닥측 정압 : 실내 ＜ 실외

 - 천장과 바닥의 중간 아래측 정압 : 실내=실외

5.3.3.1 중성대의 개념 : 압력분포에서 실내정압이 실외정압 면이 같은 곳

 - 중성대의 위쪽은 실내정압이 실외정압보다 높아 실내에서 실외로 공기가

    유출되고 중성대 아래쪽에는 실외에서 실내로 공기가 유입된다.

5.3.3.2 중성대의 형성

 - 화재실내의 정압 : 압력에 의해 결정

                    고온층의 온도에 의해 결정 : 연소속도가 큰 것을 의미   - 중성대의 높이

    비중량  = 

    중성대의 높이 Y = 

    화재 시 실온이 높아질수록 중성대의 위치는 낮아지면 외부로 부터의        공기유입이 적어지고 연소가 소강상태가 되고 열방출속도가 완만해져       실온이 내려가 중성대가 다시 높아지고 하는 과정의 반복

    연료지배형화재에서 환기지배형화재로 전환      

 -고층건축물의 중성대 : 

   초고층의 건축물에서의 실내․ 외 정압차가 너무 커서 출입문 및 창의 

    개폐가 불가한 경우가 발생한다.  

   

5.3.3.3 중성대의 이해와 활동

 - 화재실의 연기분출 : 

   창문 전체에서 연기분출 : 창문 아래쪽에 중성대 

   창문의 일정높이에만 연기분출 : 연기분출 창의 최하단면이 중성대 

5.3.4 표준온도-시간곡선

 - 목조건물 : 최성기 : 출화 후 7~8분, 1,100~1,200℃

              감쇠기 : 출화 후 15~30분, 200~300℃

 - 목조건물 난연1급 : 1,120℃, 난연2급 : 840℃, 난연3급 : 550℃

 - 내화구조 건물 : 최성기 : 출화 후 10~30분, 800~1,000℃

              감쇠기 : 출화 후 연소조건에 따라 240분까지 유지

                       1,000~1,200℃

 - 내화구조의 내화시간 : 30분 : 840℃, 1시간 : 925℃, 2시간 : 1,010℃,                           3시간 : 1,050℃, 4시간 : 1,095℃

 -ISO834  T-T₀ = 345log( 8t +1)  T : 화재실의 온도

                                     T₀ : 화재실 초기온도

5.3.5 구획실 화재분석

 - 구획실에서 연기온도

    연기온도 ΔT =6.85 

             Q : 화재에서 열방출률  hk : 열전달계수   At : 실내면적

             A : 환기개구부의 면적  H : 환기개구부의 높이   

    열전달계수는 화염에 노출되는 시간 과 열침투시간을 비교하여 결정

      * 노출시간 t가 tp 보다 클 때 hk =  = 

      * 노출시간 t가 tp 보다 작을 때 hk = 

      * kρc : 열관성 : 물질의 열저장능력  

 - Flashover : Flashover열량 예측

   - McCaffery  QFO = 610(hkAtA√H)¹/²

   - Babrauskas QFO = 750 A√H

   - Thomas    QFO = 7.8At +378A√H

   - Hagglund   QFO = 10508At

 - 환기지배화재 : 공기의 소모량으로 열량 계산

    환기지배 시 공기량 ma = 0.5A √H [kg/s]

    열방출량 Qmax = ma ․ 3,000 [kj / kg ]

 - 최성기 화재의 크기

    [조건] 전형적인 완전성장화재의 온도 800[℃], 

           가연물의 기화열 1~5[kj/g], 평균연소열 20[kj/g]

          Q = σ T⁴ = (5.67× 10⁻¹¹) ×(1,073)⁴=75.15[kw/㎡]

          ma =

          Q = 450[g/s] × 20[kj/g]

            = 9,000[kw] = 9.0[MW]

5.4 화재의 현상 및 형식

 - 화염전파 : 예혼합연소 : 기상 중의 화염전파

              확산연소   : 액상 또는 고상표면에 대한 화염전파

5.4.1 가스폭발과 가스화재

5.4.1.1 가스폭발 

 - 조성조건 (농도조건) : 연소범위

 - 발화원의 존재 (에너지조건)

5.4.1.2 가스화재 : 난류확산화염

 - 방출가스의 흐름 :

    층류 : Laminar Flow  : 화염의 길이는 가스유속이 증태와 함께 커진다

    난류 : Turbulent Flow : 화염의 길이는 그이상의 증대는 없고 거의 

                             일정값을 가진다

5.4.2 석유화재의 거동

5.4.2.1 액면상의 연소확대 

 - 연소확대 : 가연성액체의 액면상의 한 점에서 착화가 일어나면 화염은                   액면을 따라서 일정한 속도로 퍼져나간다

 - 가연성 액체온도가 인화점보다 높을 경우 : 예혼합형전파

   액면상의 증기는 어떤 위치에서나 가연범위에 들어있는 농도영역이 존재

   Vm = ASu ( = 2 ~3 Su

   최대연소확대속도 일반적으로 탄화수소나 알코올이 값은 200 [㎝/s]전후      이다.

 - 가연성 액체온도가 인화점보다 낮을 경우 : 예열형전파

    화염에 의하여 미연소 액면이 예열되므로 연소확대가 시작된다

    화염전파방향과 같은 방향의 표면장력동류라 한다

5.4.2.2 저장조 내의 화재인 액면화재 : Pool Fire

5.4.2.2.1 액면강하속도

 - 용기의 직경증가에 따라 액면 강하속도는 감소하나 용기가 1[m]이상인      경우는 직경과 관계없이 일정하다

    V = A ×  [mm]   Hc : 연료의 연소열 Hv : 연료의 증발열

5.4.2.2.2 액면 아래의 온도분포

 - 경질류 와 중질류의 온도분포

 - 열류층(Hot Zone) 형성

5.4.2.2.3 화염높이

 - 화염높이 L = A Fr d

    Froude수의 함수로 표기 Fr =      

5.4.2.2.4 바람에 의한 화염경사 : tanθ = W² / gd

5.4.2.3 증기운폭발 : Vapor Cloud Explosion

 - 저장탱크 주변 화재 시(기타 요인) 복사열이 저장탱크에 전달되어 증기의     방출이 많아져서 점화원이 주어지면 폭발발생 

5.4.2.4 가연성액체의 유출을 수반하는 화재

 - 유출화재

 - 유출액면의 화재확대를 예측하는 방법

    에너지 모델 : 연속 유출시 적용이 어렵고 상황변화에 대응하기 어렵다

    힘의 평형 모델

    중력흐름 모델 : Show-Briscoe의 이론을 권장

5.4.2.5 석유류 탱크의 화재발생시 물이 원인이 된 넘침 현상

5.4.2.5.1 Boil Over현상

 - 중질유 : Hot Layer 또는 Hot Zone

            Hot Zone온도 원유 : 150~200℃, 중유 : 250℃

           열류층 하강속도(Heat Wave settling ratio) : 15~50[inch/hr]

 - 물이 수증기로 변화 시 1,650배의 부피팽창

 - Boil Over 방지대책 

   탱크내의 수층의 형성을 방지 : 주기적 기계적 교반

                                 유류 와 Emulsion상태로 유지 

   탱크 저부의 물을 정기적으로 배출한다 

   화재 시 적당한 시기에 모래나 비등석등을 탱크내에 던져 돌비현상 방지  

5.4.2.5.2 Slop Over현상

 - 소화작업으로 인한 물(포소화약제등 수계 소화약제등)주입하면 수분의 

    급격한 증발에 의한 현상

5.4.2.5.3 Forth Over현상

 - 탱크 저부에 물 또는 수분이 존재 시 위험물 주입 시 발생하는 현상 

5.4.3 플라스틱화재

5.4.3.1 종류

5.4.3.1.2 열가소성수지 : 재성형 가능

 - 서로 공유결합된 탄소원자의 매우 긴 분자사슬(main chains) 

5.4.3.1.2 열경화성수지 : 재성형 할 수 없고 높은 온도로 가열시 분해된다

 - 단단한 고체를 형성하는 공유결합된 탄소만으로 구성 

5.4.3.2 화재의 위험성 : 플라스틱의 종류, 양, 노출정도

5.4.3.3 플라스틱공장의 화재요소

 - Dust :분진형태

 - Flammable solvents static electricity :정전기로 인한 인화성용제 인화

 - Heating elements : 전기기계기구의 부분적 과열

5.4.3.4 고분자물질 연소의 특성

 - 고체 : 분해연소 형태

5.4.3.5 고분자물질의 연소과정

 - 가열 : Heating

          외부의 열로 고분자물질의 온도가 상승

          온도상승속도 : 공급열의 유입속도, 공급체와 수용체의 온도차이,                           고분자물질의 비열, 열전도율, 융해열, 증발열등에                           의해 결정

 - 분해 : Decomposition

          가연성가스

          불연성가스

          액체

          고체

          연기처럼 보이는 고체입자나 고분자 조각들

 - 점화 : Ignition : 인화점, 발화점, 한계산소농도

 - 연소 : Combusition

 - 연소확대 : Propagation

 - 배출과정 : 연소열의 일부와 연소생성물은 계외로 배출

              연소열의 일부는 대류, 전도, 복사를 통해서 미연소의 고분자                 가연물을 가열하여 다시 흡열과정이 되풀이 되어 연소

               사이클이 형성된다

5.4.3.6 플라스틱화재의 위험성

 - 산소결핍 : 17% : 무산소증, 생존최저농도 : 10%

 - 화염 : 화상은 피부의 온도가 65℃이상으로 1초 이상 유지되면 발생한다

           노출된 피부와 접촉 시 화상을 유발한다

 - 열 : 생존한계온도 150[℃]

        내열한계  통상복 : 3,600[kcal/㎡ ․ hr]

                  내열방열복 : 7,200[kcal/㎡ ․ hr]

 - 연소가스 : 내가스한계 : CO가스에 대해서 2~4[%․ min]

 - 연기 : 시야차단, 자극효과, 패닉상태 유발

          내연한계 : 감광계수( Cs ) 0.1/m로 시정거리 27m

 - 구조물의 붕괴 : 열과 화염에 의해 시설물붕괴

                  뜨거운 구조물의 주수에 의한 급작스런 냉각으로도 발생

5.5 화재의 소화 : 소화의 조건을 정성적 및 정량적으로 표현

5.5.1 물리적 소화방법

5.5.1.1 연소에너지 한계에 바탕을 둔 소화방법

 - 연소 시 발생 열에너지 흡수 : 냉각소화(인화점과 발화점 이하로 냉각)

 - 열용량(비열 과 질량의 곱)을 이용하는 것

    투여한 매체의 상변화에 수반한 증발잠열을 이용하는 것

5.5.1.2 농도한계에 바탕을 둔 소화방법(혼합기의 조성변화에 의한 소화법)

 - 질식소화법

 - 희석소화법 : 

5.5.2  화재를 강풍으로 불어서 소화하는 방법 : 폭발 등으로 대량의 공기류

5.5.3 화학적 소화방법  

 - 분말소화약제 : 약제 분해 시 흡열반응에 의한 냉각효과

                               탄산가스에 의한  질식효과

                  연쇄반응을 제어하는 화학작용 및 발화원에 의한 활성종

                    의 흡착    

 - 할론소화약제

 - 청정소화약제

5.5.4  발화의 물질조건에 바탕을 둔 예방대책

5.5.4.1 불연화 도모 : 불연화 또는 발연속도가 작은 물질로 변환

5.5.4.2 조성변화 : 가연물과 산화제의 조성을 변화 시키는 것

 - 가연범위 밖으로 혼합조성을 유지하는 것 : 환기, 통풍 및 밀폐

5.5.4.3 제3의 물질 첨가 : 불활성화

 - 이산화탄소, 수증기, 질소 및 할로겐화탄화수소

5.5.5 소화의 종류

5.5.5.1 제거소화

 - 가연성가스의 밸브 차단 : 연소범위

 - 전기화재 시 단전

 - 미연소가스 제거 및 화염을 불어 점화원 과 접촉 차단

 - 고체가연물 제거 및 미연소부분 파괴 등 

5.5.5.2 질식소화 : 산소의 비율 15[%vol]

5.5.5.3 냉각소화 : 소화약제의 비열과 잠열이용 냉각

5.5.5.4 부촉매소화 : 할로겐화물소화약제, 분말소화약제, 

                    청정소화약제 HCFC계열, HFC계열, FC계열

                    강화액의 칼륨이온K+, 물의 하이드로늄이온 H₂O+

5.5.5.5 유화소화 : 유류표면에 엷은 막이 유화층을 형성

 - 무상의 소화약제, 포 소화약제, 무상의 강화액 소화약제등

5.5.5.6 희석소화 : 수용성 가연성액체에 많은 양의 물을 일시에 방사

5.5.5.7 피복소화

 - 공기보다 무거운 소화약제 : 이산화탄소, 할로겐화합물소화약제

5.5.5.8 방진소화

5.5.5.9 탈수소화 : 

 - 수분(H₂O)을 빼앗아 연속적인 연소반응이 일어나지 않게 하여 소화

    제3종분말소화약제 : 제1인산암모늄(NH₄H₂PO₄)

5.5.6 소화약제의 성능 : 화재의 종류․ 크기, 가연물질의 성상․ 형태

 - Required Exfinguishing Medim Portion

 - REMP = 소화약제중량 [mg]/ 프로판가스중량[mg]

    Halon 1301 320[g] : 4~ 5

    20㎛ Water mist 160[g] : 1.9 

5.5.7 이론소화농도와 설계소화농도의 차이점

5.5.7.1 이론소화농도 : Theoretical concentration

 - 연소한계농도 : 일반가연물 15~16%

                  탄화수소류     10% 내외

                  분진            8% 내외

                  특정가연성가스 및 위험물는 더 낮은 농도

 - 이론소화농도 : 최소산소농도 MOC

 - CO₂소화약제 이론소화농도 

    CO₂%= 28.57%

5.5.7.2 설계소화농도 : Designconcentration

 - 가연물의 안전율은 A급, C급 화재의 경우 20% B급은 30%를 고려하여      설계한다

 - 연소범위가 넓은 경우와 분진과 같은 심부화재가 예상되는 가연물의 

    경우는 안전율을 보다 큰 값으로 고려하여 설정한다

 -  CO₂% = 28.57% × 1.2 = 34.28 %

5.5.8 물의 소화약제로서의 특성

 - 물은 비열과 증발잠열이 크다 : 1 cal / g℃, 539 cal / g

 - 어디서나 쉽게 구할 수 있고 가격이 싸다

 - 증발 가열되어 약 1,700배로 팽창된다

 - 비압축성 유체로서 Pumping이 쉽고, 배관등을 통해서 이송이 쉽다

 - 물의 방사형태(봉상, 분무상, 미분무수)에 따라 적응성이 다양하다.

 - 일반가연물에는 뛰어나 침투력을 가지고 있다

 - 충분한 표면장력을 가지고 있다

5.5.9 물의 소화능력을 향상시키기 위한 첨가제

5.5.9.1 부동액 : Anti-freeze Agents 

 - 물이 0℃ 동결 시 10%체적 팽창과 250 kg/㎠ 압력 발생

                    소화약제로서의 기능상실

 - 부동액 유기물질 : 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜등

           무기물질 : 염화칼슘 과 부식억제제를 혼합한 물질

5.5.9.2 침윤제, 적심제 : Wetting Agents

 - 표면장력 저하시켜 심부화재 시 내부로 침투하여 화재진압.

 - 물 : 72 dyne/㎝

 - 계면활성제 1% 

5.5.9.3 증점제, 농축제 : Thickening Agents

 - 점성을 높이기 위해서 첨가하는 첨가제

 - 화심까지 도착율을 높이고 연료표면 밀착력향상

    열흡수능력 향상, 바람이나 화재플럼에 저항

 - 산불화재에 유용하다.

5.5.9.4 밀도개선제 : Density Modifier

 - 물의 소화능력을 증가 시키기 위하여 물의 밀도를 보충하는 첨가제

 - 수용성 폼

5.5.9.5 유화제 : Emulsifier

 - 물을 미세하게 분사시킬 경우 기름층 표면에 유화층(Emulsion)을 형성

 - 폴리옥세실렌, 알킬에테르등 비이온계 물질

5.5.9.6 유동화재

 - 입자사이에 윤할막 형성 및 각 성분물 사이 부착력 감소

 - 호스의 마찰력 감소

5.5.10 가스계 소화약제의 농도 계산방법

5.5.10.1 완전치환 : complete displacement

 - 소화약제가 공기를 완전 치환 한다

5.5.10.2 무유출 : No efflux

  - 소화약제 방출시 완전 밀폐공간으로 방사된 소화약제가 방호구역내에         잔류하는 것을 무유츨

    농도(C)[%] = 

     C : 소화약제농도,  V : 방호체적, S : 비체적, W : 약제의 중량, 

     Vg : 가스체적

    C =    

    W = 

5.5.10.3 자유유출 : Free efflux

 - 소화약제 방사 시 방사된 소화가스의 부피만큼 실내공기와 소화가스의       혼합기체로 개구부등을 통해서 외부에 배출되는 경우를 가정하는 경우

 - 가스계 소화약제 방출시 작은 개구부, 특별배기관등을  통해서 밀폐공간      으로 자유롭게 배기

 - NFPA 12 : X = 2.303 

               Vs : 20℃에서의 가스의 비체적 [㎥/㎏] 

5.5.11 가스계 소화시스템과 관련된 용어 정의

5.5.11.1 배관 허용 용적비

 - 용어정의 : 배관의 내용적 / 소화약제의 체적

 - 배관 허용 용적비를 두는 목적 :

     화약제 방출 시 배관의 내용적이 소화약제 체적에 비하여 필요 이상

     으로 클 경우 완전방출시간이 지연되어 소화약제의 효율저하, 약제의        열분해로 인체에 유해한 생성물의 량을 증가시키기 때문에 이러한 

     현상을 방지하기 위하여 방출시간과 배관허용용적비 제한을 두는 것

      이다

 - 약제별 배관 허용 용적비 및 방출시간 : 별도의 저장장소에 설치

약제명

배관허용용적비[%]

방출시간[sec]

Halon 1301

150

10

HCFC Blend A(nafs-Ⅲ)

95

10

HFC-227ea(FM-200)

80

10

IG-541(Inergen)

66

60(1분)

5.5.11.2 방출시간 제한 이유 : 

 - 지정 방출시간내에 최소설계농도의 95% 해당 소화약제를 방출

 - Halon계 : 열분해생성물 제한

              배관내 2상 유체 균등한 혼합유동

              소화피해 최소화

              방호구역 내부 과압 형성방지

 - Inergen : 소화피해 최소화

              산소고갈상태 연소지속방지

5.5.11.3 과압배출장치

5.5.11.3.1 용어정의

 - 밀폐된 방호구역에서 방출된 약제의 가스체적이 방호구역의 체적에 추가

    됨으로 인해 방호구역 내부의 압력이 순간 상승하게 되는데 이때의 

    과도한 압력을 배출시키는 장치

5.5.11.3.2 약제별 배출구 면적 산출 공식

 - 이산화탄소 소화약제 :  X =   X : 피압구면적 [㎟]

                                          P : 방호구역내 허용압력[KPa]

                                           Q : 분당소화약제량 [㎏/min]  

 - HCFC Blend A :  X =    X : 피압구면적 [㎡]

                                          W : 소화약제량 [㎏]

 - Inergen        :  X =    X : 피압구면적 [㎠]

                                     P : 방호구역내 허용압력[㎏/㎡]

                                    Q : 1분간 Inergen 방출량[㎥/min]

5.5.11.3.3 이너젠 소화약제 

 - 설계농도가 높고 고압기체 상태로 방사되므로 가스체적이 매우 커서 

    압력상승에 대한 배출을 고려 

 - 소화약제 소화성능 유지하기 위해서는 반드시 밀폐가 전제되어야 한다 

5.5.11.3.4 과압배출장치(피압구) 선정

 - Back Draft Type : Pressure Relief Damper

 - 일반적 사용규격 : 550[㎜] × 550[㎜] 이하로 하는 것이 효과적이다

5.5.11.4 설계농도유지시간 : Soaking Time

 - 용어정의 

   표면화재시 가스계 소화약제 방출로 설계농도에 도달하여 완전소화되어       재발화 되지 않도록 하기 위한 시간이며

   심부화재시는 가스계 소화약제가 소화작용을 위해서 내부로 침투하는데      필요한 시간 

 - Code별 Soaking Time

Code명

약제명

Soaking Time[분]

비고

NFPA Code

이산화탄소

소화약제

표면화재

-

심부화재

20

Halon 소화약제

10

청정소화약제

10

IRI Code

이산화탄소

소화약제

표면화재

3

심부화재

최소20/레코드창고30

Halon 소화약제

표면화재

10

심부화재

30

청정소화약제

10

5.6 소화의 응용분야

5.6.1 방염 : 

 - 연소하기 쉬운 건축물의 실내장식물등에 어떤방법을 통하여 연소하기 

    어렵게 만드는 가공처리 방법

 - 일반적으로 불꽃을 댈때는 타지만 불꽃을 제거하면 스스로 불꽃을 

    내면서 계속 타지 않고 직접화염을 전파 확대하지 않게 처리하는 것

5.6.1.1 방염처리 소방대상물 : 소방시설유지및안전관리에관한법률

 - 선 처리제품 및 후 처리제품

 - 법 제12조제1항 본문에서 "대통령령이 정하는 물품"이라 함은 제조 또는      가공공정에서 방염처리를 한 물품(합판·목재류의 경우에는 설치현장에서      방염처리를 한 것을 말한다)으로서 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는      것을 말한다. 

  1) 창문에 설치하는 커텐류(브라인드를 포함한다)

  2) 카페트, 두께가 2밀리미터 미만인 벽지류로서 종이벽지를 제외한 것

  3) 전시용 합판 또는 섬유판, 무대용 합판 또는 섬유판

  4) 암막· 무대막(「영화 및 비디오물의 진흥에 관한 법률」 제2조제10호에 따른 영화상영관에 설치하는 스크린을 포함한다)

5.6.1.2 방염대상처 : 소방시설유지및안전관리에관한법률

5.6.1.2.1 법 제12조제1항 본문에서 "대통령령이 정하는 특정소방대상물" : 

  1)근린생활시설 중 안마시술소 및 헬스클럽장, 건축물의 옥내에 있는 문화집회 및 운동시설로서 수영장을 제외한 것, 숙박시설, 종합병원, 통신

     촬영시설 중 방송국 및 촬영소

  2) 노유자시설, 의료시설 중 정신보건시설 및 숙박시설이 있는 청소년시설

  3)「다중이용업소의 안전관리에 관한 특별법」 제2조제1항제1호의 규정에 의한 다중이용업의 영업장

  4) 제1호 내지 제3호에 해당하지 아니하는 것으로서 층수(「건축법 시행령」 제119조제1항제9호의 규정에 의하여 산정한 층수를 말한다. 이하 같다)가 11층 이상인 것(아파트를 제외한다)

5.6.1.2.2「다중이용업소의 안전관리에 관한 특별법」 제2조제1항제1호의 규정에 의한 다중이용업의 영업장 

 -“대통령령이 정하는 영업”은 다음 각 호에 해당하는 영업을 말한다.

  1) ｢식품위생법 시행령｣ 제7조제8호에 따른 식품접객업 중 다음 각 목의 어느 하나에 해당하는 것

   가. 휴게음식점영업․제과점영업 또는 일반음식점영업으로서 영업장으로 사용하는 바닥면적(｢건축법 시행령｣ 제119조제1항제3호에 따라 산정한 면적을 말한다)의 합계가 100제곱미터(영업장이 지하층에 설치된 경우에는 그 영업장의 바닥면적 합계가 66제곱미터) 이상인 것. 다만, 영업장(내부계단으로 연결된 복층구조의 영업장을 제외한다)이 지상 1층 또는 지상과 직접 접하는 층에 설치되고 그 영업장의 주된 출입구가 건축물 외부의 지면과 직접 연결되는 곳에서 하는 영업을 제외.

   나. 단란주점영업과 유흥주점영업

  2) ｢영화 및 비디오물의 진흥에 관한 법률｣ 제2조제10호, 같은 조제16호가목 및 나목에 따른 영화상영관․비디오물감상실업․비디오물소극장업

  3) ｢학원의 설립․운영 및 과외교습에 관한 법률｣ 제2조제1호에 따른 학원

      (이하 “학원”이라 한다)

   가. ｢소방시설 설치유지 및 안전관리에 관한 법률 시행령｣ 별표 3에 따라 산정된 수용인원(이하 “수용인원”이라 한다)이 300인 이상인 것

   

   나. 수용인원 100명 이상 300명 미만으로서 다음의 어느 하나에 해당

       하는 것. 다만, 학원으로 사용하는 부분과 다른 용도로 사용하는 

       부분(학원의 운영권자를 달리하는 학원과 학원을 포함한다)이 

       ｢건축법 시행령｣ 제46조에 따른 방화구획으로 나누어진 경우는 제외    한다.

    (1) 하나의 건축물에 학원과 기숙사가 함께 있는 학원

    (2) 하나의 건축물에 학원이 둘 이상 있는 경우로서 학원의 수용인원이 300명 이상인 학원

    (3) 하나의 건축물에 제1호․제2호 및 제4호부터 제8호까지에 규정된 다중이용업 중 어느 하나 이상의 다중이용업과 학원이 함께 있는 경우

  4) 목욕장업

   가. 하나의 영업장에서 ｢공중위생관리법｣ 제2조제1항제3호가목에 따른 목욕장업 중 맥반석이나 대리석 등 돌을 가열하여 발생하는 열기나 

      원적외선 등을 이용하여 땀을 배출하게 할 수 있는 시설을 갖춘 

      것으로서 수용인원(물로 목욕을 할 수 있는 시설부분의 수용인원은 

      제외한다)이 100명 이상인 것

   나. ｢공중위생관리법｣ 제2조제1항제3호나목의 시설을 갖춘 목욕장업

  5) ｢게임산업진흥에 관한 법률｣ 제2조제6호․제6호의2․제7호 및 제8호의 

     게임제공업․인터넷컴퓨터게임시설제공업 및 복합유통게임제공업. 

     다만, 게임제공업 및 인터넷컴퓨터게임시설제공업의 경우에는 영업장

     (내부계단으로 연결된 복층구조의 영업장은 제외한다)이 지상 1층 또는

     지상과 직접 접하는 층에 설치되고 그 영업장의 주된 출입구가 건축물   외부의 지면과 직접 연결된 구조에 해당하는 경우는 제외한다.

  6) ｢음악산업진흥에 관한 법률｣ 제2조제13호에 따른 노래연습장업

  7) ｢모자보건법｣ 제2조제12호에 따른 산후조리업

  8) 화재위험평가결과 위험유발지수가 제11조제1항에 해당하거나 화재발생시 인명피해가 발생할 우려가 높은 불특정다수인이 출입하는 영업

     으로서 소방방재청장이 관계 중앙행정기관의 장과 협의하여 행정

     자치부령으로 정하는 영업

5.6.1.2.3｢다중이용업소의 안전관리에 관한 특별법 시행령｣(이하 “영”이라 한다) 제2조제8호에서 “행정자치부령이 정하는 영업”이란 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 영업을 말한다. 

  1) 고시원업 : 구획된 실(室) 안에 학습자가 공부할 수 있는 시설을 갖추고 숙박 또는 숙식을 제공하는 형태의 영업

  2) 전화방업․화상대화방업 : 구획된 실(室) 안에 전화기․텔레비전․모니터 또는 카메라 등 상대방과 대화할 수 있는 시설을 갖춘 형태의 영업

  3) 수면방업 : 구획된 실(室) 안에 침대․간이침대 그 밖에 휴식을 취할 수 있는 시설을 갖춘 형태의 영업

  4) 콜라텍업 : 손님이 춤을 추는 시설 등을 갖춘 형태의 영업으로서 주류판매가 허용되지 아니하는 영업

5.6.1.3 방염 물질의 구비조건

 - 재료의 변색이나 변질이 없을 것

 - 무색, 무취이며 독성이 없을 것

 - 방부, 방출 효과가 있을 것

 - 효력이 오래갈 것 

5.6.1.4 방염의 원리

 - 화학물질 : 비연소성가스 발생 - 연소표면 산소 차단

 - 화학물질 : 자체 흡열반응

 - 화학물질 : 반응 발생 분자․ 원자: 흡열반응 : 연쇄반응 차단

 - 화학물질 : 미연소성가스․ 억제 발생 : 피복․ 산소차단, 열기차단

 - 연소반응을 변화시킬수 있다 : 아주 작은 입자 생성

5.6.1.4.1 피복이론

 - 불꽃에 의해 쉽게 용융되는 무기염류를 방염제로 사용

 - 용융염류의 막이 섬유표면을 피복하여 연소에 필요한 산소공급을 차단

 - 붕사 나 붕산염의 혼합물

5.6.1.4.2 가스이론

 - 가연물의 열분해 생성물인 가연성 가스를 방염제의 열분해에 의해 발생      하는 불연성가스로 희석하여 가연성가스의 연소를 방지하는 것

 - 염화아연, 염화칼슘 등의 방염제 

5.6.1.4.3 열역학적 이론

 - 방염화학물질 자체의 흡열반응

5.6.2.4.4 화학적이론

5.6.1.5 방염성능기준

 -  다음 각 호의 기준에 의하되, 방염대상물품의 종류에 따른 구체적인 

     방염성능기준은 다음 각 호의 기준의 범위 내에서 소방방재청장이 

     정하여 고시하는 바에 의한다. 

  1) 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리며 연소하는 상태가 그칠 때

     까지 시간은 20초 이내 : 잔염시간

  2) 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리지 아니하고 연소하는 상태

     가 그칠 때까지 시간은 30초 이내 : 잔진시간

  3) 탄화한 면적은 50제곱센티미터 이내, 탄화한 길이는 20센티미터 이내

  4) 불꽃에 의하여 완전히 녹을 때까지 불꽃의 접촉횟수는 3회 이상

  5) 소방방재청장이 정하여 고시한 방법으로 발연량을 측정하는 경우 최대연기밀도는 400 이하

5.6.1.6방염제의 종류

5.6.1.6.1 방염액 : 가연성 재료에 대하여 형상등을 변화시키지 않고 방염화                    하기 위하여 방염성이 물질을 물 또는 용제에 용해하여                    만든 액체

5.6.1.6.2 방염도료 : 가연성 재료에 대하여 형상등을 변화시키지 않고 

                    방염성이 있는 물질을 도료와 혼합한 것.

5.6.1.6.3 방염성물질 : 가연성 재료에 대하여 형상등을 변화시키지 않고 

                     방염성이 있는 물질을 고체 또는 분말형태로 만든 것.

5.6.2 재료의 난연화 방법과 난연제

5.6.2.1 개념

 - 연소과정 ( 가열(흡열과정)-분해과정-혼합과정-발화연소과정-배출과정))      중 어느 한 단계를 차단하면 고분자재료의 난연화가 일어난다 

5.6.2.2 난연화방법

5.6.2.2.1 열전달의 제어방식

 - 고분자재료의 온도상승을 저지하는 것 : 고체 표면에 열전열성이 높은

                                          피막을 형성시키는 방법

5.6.2.2.2 열분해속도의 제어방식

 - 열분해속도를 감소시켜 가연성 가스의 발생을 적게 하는 방법

 - 열분해속도를 증가시켜 가연성 가스의 착화온도에 도달하기 이전에 

     전체량을 방출시켜 버리는 방식

5.6.2.2.3 열분해생성물의 제어방식

 - 발생가스 중 가연성 가스의 함량을 감소시켜 잘 타지 않도록 하는 방법

5.6.2.2.4 기상반응 제어방식

 - 기상 중에 연소반응을 억제하는 물질을 방출함으로써 발염성을 감소

   시키는 것

 - 고상억제 : 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi)등 Ⅴ족 물질

               열분해될 때 가연성가스의 발생을 감소시키는 것

               셀룰로오스, 폴리우레탄, 폴리에테르등에 효과적

               에폭시수지와 페놀수지등에는 유효하지 않다

 - 기상억제 : 할로겐화합물 

5.6.3 난연제의 종류

5.6.3.1 고상억제 난연제 : 

 - 인, 비소, 안티몬, 비스무트등 주기율표 Ⅴ족 물질

5.6.3.2 기상억제 난연제

 - 활로겐화 탄화수소

5.6.3.3 기상-고상억제 난연제

 - 산화안티몬 - 할로겐 함유물등

5.6.4 난연제 첨가방식

5.6.4.1 첨가형 : 기성의 고분자 제품에 난연물질을 혼합하는 방식

5.6.4.2 반응형 : 고분자물질 합성 시 난연물질을 첨가하여 고분자 물질 

                 사이에 가교를 형성시키는 방식

                내구성이나 내수성이 우수하다 

5.6.5 불활성화 방법 : Inerting

5.6.5.1 개요 : 연료의 농도와 관계 없이 산소농도를 감소시키는 방법

5.6.5.2 불활성화방법 : 불활성 또는 불연성가스를 주입하는 방법

5.6.5.2.1 진공 퍼지 : Vacuum Purging

 - 용기가 허용하는 진공도까지 용기를 진공 처리한다.

 - N₂나 CO₂등 불연성가스를 주입하여 대기압과 같게 한다.

 - 위 단계를 불활성화 농도가 될 때까지 반복한다.

5.6.5.2.2 압력 퍼지 :  Pressure Purging

 - 용기에 가압된  Inert gas를 주입함으로서 Purge한다  

 - 가압된 가스가 용기 내에서 충분히 확산한 후 그것을 대기 중에 방출한다. 

 - 불활성 농도가 되기 위해서는 여러번의 가압 순환이 필요하다

 - 가압퍼지가 진공퍼지 보다 시간은 감소되나 많은 Inert gas가 소모된다.

5.6.5.2.3 스위프 퍼지 : Sweep through Purging

 - 용기 한쪽의 개구부로부터 퍼지가스를 주입하고 다른 한쪽에서는 혼합

    가스를 용기 밖으로 배출시키는 방법

 - 용기나 장치에 압력을 가하거나 진공으로 할 수 없을 때 사용하는 방법

5.6.5.2.4 사이폰 퍼지 : Siphon Purging

 - 용기로부터 액체를 뽑아 내면서 공기중에  Purge gas를 주입하는 방법 

 - Purge gas의 부피는 용기의 부피와 같고 Purge 속도는 액체를 방출하는      부피의 흐름속도와 같다