[소방학개론] 2. 연소론 - 에너지조건, 자연발화

1. 에너지 조건 

- 온도: 인화점 < 연소점 < 발화점 ☆

 

1) 인화점(Flash Point) 

 

- 외부 에너지(점화원)에 의해 발화하기 시작하는 최저온도 ☆

- 물적조건과 에너지조건이 만나는 최소값이다.

- 가연성 혼합기를 형성하는 최저온도이다.

- 액면에서 증발된 증기의 농도가 연소하한계에 도달하여 점화되는 최저온도 ☆

- 증기가 연소범위의 하한계에 이르러 점화되는 최저온도 ☆

- 가연성 액체의 위험도 기준 ☆

 

 

2) 연소점(Fire Point)

 

- 연소시 필요한 온도

- 가연물에 점화원을 제거한 후에도 지속적으로 연소할 수 있는 온도 ☆

- 외부에너지를 제거해도 발열반응의 연소열에 의해 미반응부분의 연쇄반응이 지속적으로 일어나는 온도

- 자력에 의해 연소를 지속할 수 있는 온도

- 인화점에 도달하여도 방열속도가 발열속도보다 크기 때문에 화염을 일정하게 유지할 온도가 필요하며 계속 가열하여 인화점보다 높은 온도를 유지해주면 점화 원을 제거해도 자발적으로 연소가 지속되는 온도를 연소점이라 한다.

- 인화점보다 약 5～10°C 정도 높다.

∴ 인화점 ＜ 연소점 ＜ 발화점

 

3) 발화점(Ignition Point) = 착화점 

 

- 가연물이 점화원 없이 가열된 열만으로 스스로 발화할 수 있는 최저온도 ☆

- 착화원이 없는 상태에서 가연성 물질 자체의 열로서 공기 또는 산소 중에서 가열했을때 발화되는 최저온도 ☆

- 가연성혼합기체에 열 등의 형태로 에너지가 주어졌을 때 스스로 타기 시작하는 산화현상

- 주위로부터 충분한 에너지를 받아서 스스로 점화할 수 있는 최저온도

- 발열속도가 방열속도보다 클 경우 계에 열이 축적되고 온도가 상승하여 발화온도 이상시 발생한다.

- 발화온도는 발화 지연시간, 증기의 농도, 환경적 영향( 력, 산소농도), 촉매물질 등에 따라 영향을 받는다.

- 발화점이 낮을수록 발화의 위험성이 크며, 이황화탄소(100°C), 에틸에텔(180°C), 아세트알데히드(185°C) 등은 발화의 위험이 크다.

- 파라핀계 탄화수소화합물의 경우 탄소수가 많을수록 발화점이 낮아진다 

 

※ 파라핀계 탄소수가 많을수록

- 연소범위 하한계와 상한계가 낮아진다

- 연소범위가 좁아진다

- 위험도가 증가한다

- 발화점이 낮아진다 ☆

- 인화점, 비점이 높아진다 

 

 

- 발화점이 낮아지기 위한 조건 (발화를 잘하기 위한 조건)

• 활성화에너지가 작을경우 
• 화학적 활성도가 클수록 ☆
• 열전도율이 작을 경우 ☆
• 습도가 낮을 경우
• 물질의 분자구조가 복잡할수록 ☆
• 발열량, 농도가 클수록
• 산소와 친화력이 클수록 ☆ 

 

2. 발화에너지

- 에너지 조건은 가연물의 종류, 외부조건에 따라 정해지는 한계방사에너지가 필요한 데 이 에너지를 최소발화에너지라 하며, 전기불꽃에 의한 발화의 발생 용이도의 기준이 된다.

- 전기불꽃에 의한 발화의 발생 용이도를 나타낸다. 

- 발열 > 방열 일 때 발화 발생한다

 

1) 최소발화에너지(MIE) = 최소점화에너지, 최소착화에너지 

 

- 가연성 혼합기를 발화시키는데 필요한 최저에너지

- 혼합기의 온도, 압력, 조성 등에 따라 변한다

- 온도가 상승하면 분자간 운동이 활발해지므로 MIE는 작아진다 ☆☆

- 압력이 상승하면 분자간 거리가 가까워지므로 MIE는 작아진다 ☆

- 농도가 짙고 발열량이 크고 산소분압이 높아질때 MIE는 작아진다 ☆

- 가연성가스의 조성이 화학양론농도 부근일때 MIE는 최저가 된다 

- 열전도율이 낮아질때 MIE는 작아진다 ☆☆

 

 

2) 자연발화 

- 가연물과 산소가 확보된 상태에서 외부의 점화원 없이 가연물 내부에서 발생된 열의 축적에 의해 발화점에 도달하여 발화하는 현상 

- 밀폐된 공간 등에서 외부로부터 점화원의 공급을 받지 않고 물질 자체적인 열의 축적으로 온도가 서서히 상승하여 발화점 이상이 되면서 발화하는 것 ☆

 

(1) 자연발화의 종류 ☆

 - 분해열, 산화열, 흡착열, 중합열, 발효열 

 

① 분해열

- 물질이 분해할 때 발생되는 열

- 아세틸렌, 산화에틸렌, 제5류위험물 등 

 

② 산화열

- 물질이 산화하는 과정에서 발생되는 열

- 기름걸레, 황린, 석탄, 건성유 등

 

③ 흡착열

- 물질이 흡착할 때 발생되는 열

- 활성탄, 목탄(숯), 유연탄 등 

 

④ 중합열

- 물질이 중합반응하는 고정에서 발생되는 열

- 산화에틸렌, 시안화수소 등 

 

⑤ 발효열

- 미생물에 의해 물질이 발효되는 과정에서 발생되는 열

- 먼지, 거름, 곡물 등 

 

(2) 자연발화를 일으키는 조건(자연발화가 쉬운 조건)

• 열전도율(열전도도)이 적을수록 ☆☆☆☆
• 발열량이 클수록 ☆☆☆☆
• 열축적이 용이할수록 ☆
• 주위 온도가 높아질수록 ☆☆☆☆
• 표면적이 넓을수록 ☆☆☆☆
• 산소와 친화력, 농도가 클수록 ☆
• 공기유통이 적을수록 ☆
• 고온 다습할수록  ☆
• 산소농도가 높을수록 
• 유속이 빠를수록
• 부피가 클수록, 분자량이 클수록
• 압력이 클수록 

 

(3) 자연발화 방지대책 ☆☆☆

- 통풍, 환기한다 (공기의 유통을 방지한다X)

- 주위온도를 낮게 유지한다

- 습도가 높지 않게 건조함을 유지한다 

- 발열반응에 정촉매작용을 하는 물질을 피한다 

- 황린은 물속에 저장한다.