소화 원리 및 방법

 소화란 연소의 3요소(산소, 가연물, 점화원) 중 일부 또는 전부를 제거하여 연소의 지속성을 억제하는 것.

 

(1) 소화의 원리

 1) 물리적 소화

  - 연소의 3요소 중 1가지를 차단하여 소화하는 방법

  - 점화원을 제거하는 냉각소화

  - 산소를 제거하는 질식소화

  - 가연물을 제거하는 제거 소화

 

 2) 화학적 소화 

  - 연소의 4요소인 연쇄반응을 억제하여 소화하는 방법

  - 억제 소화 또는 부촉매 소화

 

(2) 소화의 방법

 1) 냉각소화

  - 점화원을 발화점 이하로 냉각하여 소화하는 방법

  - 물의 현열과 증발잠열을 이용하는 방법이 가장 많음

  

 2) 질식소화

  - 공기 중의 산소농도를 15% 이하로 희박하게 하여 소화하는 방법

  - 이산화탄소, 불활성 가스 등 분사하여 산소의 농도를 낮춤

 

 3) 제거 소화

  - 가연물을 제거하여 소화하는 방법

  - 고체 가연물 :가연물을 화재 현장으로부터 즉시 제거

  - 액체 및 기체 : 가연성 물질을 누출시키는 용기의 밸브를 폐쇄

  - 전기화재 : 전원스위치를 차단하여 전기의 공급을 차단

  - 수용성 액체 : 다량의 물을 주입하여 농도를 연소범위 이하로 낮춤

 

 4) 억제 소화
  - 할론 소화약제, 할로겐화합물 소화약제, 분말소화약제 등을 사용하여 소화하는 방법
  - 불꽃 연소 시 발생하는 H*, OH* 활성 라디칼을 포착하여 연쇄반응 억제
  - 불꽃 연소의 적응성이 뛰어나고 훈 소에는 적응성이 거의 없음
  - 할론 1301의 라디칼 포착 메커니즘
    CF3Br -> CF3 + Br
    Br + H* -> HBr
    HBr + OH -> Br + H2O

 

  5) 희석소화

   - 알코올같이 물에 잘 녹는 수용성 액체에 물을 주입하여 가연물의 연소농도 이하로 희석하는 방법
   - 불연성 가스를 방출하여 분해가스나 증기의 농도를 낮춰 소화

 6) 피복, 질식소화
  - 이산화탄소는 공기보다 증기 비중이 1.5배 크므로 약제 방사 시 하부로 가라앉아 가연물을 피복하여 산소공급을 차단하여 소화

 

 7) 유화 효과(에멀션 효과)
  - 중질유의 표면에 물을 무상으로 분무(물분무소화설비)
  - 기름과 물이 유류 표면에서 혼합하여 유화층의 막을 형성
  - 기름 표면에 형성된 유화층이 산소의 공급을 차단하여 소화하는 방법

 

(3) 소화약제

 1) 물 소화약제
  장점
  - 증발잠열에 의한 냉각 효과가 커서 소화 성능이 우수
  - 무상주 수하면 질식, 냉각, 유화, 희석효과 등에 의해 소화 효과가 우수
  - 인체에 무해하며 환경영향이 작음
  - 가격이 저렴하고 장기간 보관이 가능

  단점
  - 0℃ 이하에서 동결의 우려가 있음
  - 전기화재와 금속 화재(Na, K 등)에 적응성이 없음
  - 물에 의한 2차 수선 피해가 발생
  - 유류 화재 시 물을 방사하면 연소면 확대함

 

   1.1 물의 주 수 형태에 의한 소화

 

구분	봉 상 주 수	적상 주 수	무상 주 수
내용	가늘고 긴 몽둥이 모양으로 방사	물방울 형태로 방사	안개 형태로 방사
설비	옥내, 옥외 소화전	스프링클러 설비	물분무소화설비
소화 효과	냉각소화	냉각소화	질식, 냉각, 유화, 희석 소화

   1.2 냉각소화의 원리
  - 비열 : 어떤 물질[1kg]의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열량
  - 물의 비열 : 물 1g을 14.5℃에서 15.5℃까지 1℃ 올리는 데 필요한 열량
  - 현열 : 물질을 상변화 없이 온도만 변화하는 데 필요한 열량
  - 잠열 : 물질의 온도변화는 없이 상태변화에만 필요한 열량
              ㄱ. 물의 융해 잠열 : 80[cal/g], 80[kcal/kg]
               1기압, 0℃에서의 얼음 1kg을 융해시키는 데 필요한 열량 
             

              ㄴ. 물의 증발잠열 : 539[cal/g], 539[kcal/kg]

                1기압, 100℃에서의 물 1kg을 기화시키는 데 필요한 열량

   1.3 물 소화약제의 첨가제

  - 증점제 : 물의 점도를 증가시켜 가연물에 소화약제 부착을 용이하게 하기 위해 사용하며, 산림화재에 적합

  - 증점제 종류 : Sodium Carboxy Methyl Cellulose

                           

 

   1.4 침투제

  - 물의 표면장력을 감소시켜 가연물에 침투성을 증가시킨 소화약제로 합성계면활성제 사용

   

   1.5 부동액

  - 물에 첨가하여 물의 응고점을 낮추어 동결을 방지하는 용도

  - 부동액의 종류 : 글리세린, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등

 

 2) 포 소화약제
  - 가연성 액체 화재 시 질식, 냉각 효과 우수
  - 인체에 무해하나 불소계 소화약제는 환경오염 발생 우려
  - 0℃ 이하에서 동결의 우려
  - 전기화재, 금속 화재 적응성 없음
  - 약제 방사 후 잔류물 남음

    

   2.1 기계 포 (공기포) 소화약제 분류

  - 팽창비에 따른 분류

  ㄱ 팽창비 = 방출 후 포의 체적 / 방출 전 포 수용액의 체적 ( 수원 + 포 원액)

 

  ㄴ 저발포, 고발포의 분류       

구분	팽창비
저 발포용 소화약제	20배 이하
고 발포용 소화약제	80~1,000배 미만

        

  ㄷ 고 발포용 소화약제의 분류

구분	팽창비
제1종 기계 포	80배 이상 250배 미만
제2종 기계 포	250배 이상 500배 미만
제3종 기계 포	500배 이상 1,000배 미만

 

   2.2 포 소화약제의 종류

 ㄱ 수성 막 포 소화약제
  - 미국의 3M사가 개발한 소화약제로 일명 Light Water라고 한다.
  - 불소계 계면활성제로 유류 화재에 적응성이 높다.
  - 내유성과 유동성은 좋지만, 내열성은 좋지 않다.
  - 연소하고 있는 액체 위에 얇은 수성 막을 형성하여 공기를 차단함으로써 질식, 냉각소화

 ㄴ. 단백 포 소화약제
  - 동물 단백질의 가수분해물 염화에 1 철염의 안정제를 첨가하여 제조한 소화약제
  - 변질의 우려가 있어 약제를 자주 교환하며 냄새가 고약

  ㄷ. 합성계면활성제로 소화약제
  - 계면활성제가 주성분이며 안정제를 첨가한 소화약제
  - 저 팽창 포와 고 팽창 포에서 모두 사용 가능

  ㄹ. 불포화 단백 포 소화약제
  - 단백 포와 유사한 약제에 불소계 계면활성제를 첨가한 소화약제
  - 내유성이 좋아 표면 하부 주입방식에 사용 가능

  ㅁ. 내 알코올 포 소화약제
  - 단백 포 질의 가수분해 생성물과 합성세제 등을 주성분으로 제조, 일반 포 소화작용이 어려운 수용성 액체( 알코올류, 에스터류, 케톤류 등) 위험물의 소화약제 적합
  - 종류 : 금속 비누형, 고분자 겔 형, 불화 단백형

 

 4) 이산화탄소 소화약제

  - 공기보다 비중이 1.52배 무거워서 피복 소화에 우수

  - 독성은 없으나 질식의 우려

  - 이산화탄소에 의한 지구온난화 발생

  - 무색무취의 기체로 화학적 안정

  - 고압의 배관에서 대기 중으로 방사 시 줄- 톰슨 효과에 의한 냉각 소화작용

  - 소화 후 잔존물이 없고 전기적으로 비전도성

 

 5) 할론 소화약제

  - 연쇄반응 억제 작용( 부촉매 소화)에 의한 소화 효과가 우수
  - 할론 소화약제가 열분해 시 HBr, HCl 등의 독성물질 생성
  - 할로겐 원소에 의한 오존층 파괴지수(DOP)가 높음
  - 소화 후 잔존물이 없고 전기적으로 비전도성
  - 소화약제의 가격이 비쌈

 

 6) 할로겐 화합물 및 불활성 기체 소화약제

  - 소화 효과가 할론 소화약제에 비해 동등 그 이상
  - 할로겐 화합물은 최대 설계농도 이상이 되면 인체에 유해
  - 오존파괴지수, GWP가 0과 유사
  - 소화 후 잔존물이 없고 전기적으로 비전도성
  - 소화약제가 고가

 

 7) 분말 소화약제

  - 최적의 소화 효과를 나타내는 입도는 20~30㎛이다.
  - 분말소화약제는 부촉매, 질식, 냉각, 복사열 차단 효과 등이 복합적으로 나타남으로써 소화 효과가 우수
  - 분말소화약제는 유류 화재와 전기화재에 적응성이 있는 BC 분말과 일반화재, 유류, 전기화재까지 적응성이 있는 ABC 분말로 분류