연소이론 . 소방학개론 5

연소이론 4

피난유도등

2) 연소범위
⑴ 연소범위
기체가 연소하는 경우 기체가 확산되어서 공기 중에 섞여 ‘가연성혼합기’를 만드는데 이때 이 혼합기의 농도가 적정한 농도범위 내에 있어야만 연소가 발생할 수 있다. 이 범위를 ‘연소범위’라고 하며，기체에 따라 이 범위는 다르다.

(2) 연소하한계와 연소상한계
연소범위에서 공기 중의 산소농도에 비해 가연성기체의 수가 너무 적어서 연소가 발생할수 없는 한계를 ‘연소하한계’라고 하며，반대로 산소에 비해 가연성기체의 수가 너무 많아서 연소가 발생할 수 없는 한계를 ‘연소상한계’라고 한다.

 

가연성증기의 연소범위
기체 또는 증기	연소범위 (vol%)	기체 또는 증기	연소범위 (vol%)
수소	4.1 ~ 75	메틸알코올	6~36
아세틸렌	2.5 ~ 81	암모니아	15~28
중유	1 ~5	아세톤	2.5 ~ 12.8
등유	0.7-5	휘발유	1.2 ~ 7.6

 

※ 연소의 형태

 

01) 기본형태
가연성물질의 상(相)에 따라 연소는 형태를 달리한다.

 

02) 고체의 연소
1) 분해연소
가연성고체가 열분해 하면서 가연성증기가 발생하여 연소하는 현상으로 고체의 가장 일반적인 연소형태이다.
예) 목재，종이，석탄 등

 

2） 증발연소
고체가 열에 의해 ‘융해’되면서 액체가 되고 이 액체의 증발에 의해 가연성증기가 발생하는 경우이다. 액체의 증발연소 앞에 융해라는 물리적인 변화과:정이 하나 더 있다고 이해할 수 있다.
예) 고체파라핀（양초），황，열가소성수지 （열에 의해 녹는 플라스틱） 등

 

3） 표면연소（작열연소, 무염연소）
열분해에 의해 증기가 될 수 있는 성분이 없는 고체의 경우 고체가 표면에서 산소와 직접 반응하여 적열되면서 화염 없이 연소하는 형태가 '표면연소’이다. 앞에서 언급한 것과 같이 라디칼이 발생하는 '연쇄반응’은 일어나지 않는다.
예) 숯，코크스，금속（마그네슘 등），목재의 말기 연소 등

 

4） 자기연소
분자 내에 산소를 함유하고 있어서 열분해에 의해 가연성증기와 산소를 동시에 발생시키는 물질은 '자기 연소’를 한다.
외부로부터 산소（공기） 공급을 필요로 하지 않으며，폭발적으로 연소하는 경우가 많다.
예) 자기반응성물질(제5류 위험물），폭발성물

 

03) 액체의 연소
 1)증발연소
가연성액체가 자체의 열이나 외부 에너지로 증발하여 가연성증기가 만들어지고 이것이 공기와 혼합되면서 연소범위 내의 농도 영역에서 화염을 발생시키는 일반적인 연소형태로서 대부분의 액체가 증발연소를 한다.

 

2）분해연소
액체 중 분자량이 커 비점과 점도가 높은 물질로부터 가연성증기가 만들어지는 과정은 ‘증발’이라는 물리적인 변화가 아니고 ‘분해’라는 화학적 변화（반응）이다. 에너지를 받은 분자는 ‘열분해’하면서 원래의 분자보다'작은 분자들로 나누어지면서 기체가 된다. 분해연소는 이 기체가 연소하는 흔치 않은 액체의 연소형태로서 글리세린, 중유（bunker oil） 등이 대표적인 예이다.

 

04) 기체의 연소
1) 확산연소
분출되어지는 기체가 공기 중으로 확산하여 공기와 가연성기체가 혼합하면서 연소범위 농도의 영역에서 화염을 발생시키는 연소를 ‘확산연소’라고 한다.

 

2) 예혼합연소
가연성기체와 공기를 미리 연소범위 내의 농도로 혼합한 상태에서 노즐을 통해 공급하여 연소시키는 것을 ‘예혼합연소’라고 한다. 확산연소에 의한 화염이 황색이나 적색인데 비해 예혼합연소에 의한 화염은 청색이나 백색이고，화염의 온도도 확산연소에 의한 화염보다 예혼합연소에 의한 화염이 높다. 이는 확산연소에서는 공기의 공급이 원활하지 못해 불완전연소가 많으므로 연소의 효율이 떨어지는 것으로 이해할 수 있다.

※연소의 특성

 

01 )연소의 특성
'인화’는 물질조건(가연성물질과 산소의 존재)을 구비한 계가 외부로부터 에너지를 받아 착화하는 현상이고，‘발화’는 외부로부터의 에너지 유입 없이 내부의 열만으로 착화하는 현상으로서 '자연발화’라고도 한다.

 

1) 인화점(FlashPoint)
인화가 가능한 가연성물질의 최저온도，즉 외부로부터 에너지를 받아서 착화가 가능한 가연성물질의 최저온도를 '인화점’이라고 한다.
인화점이 낮을수록 위험하므로 물질의 위험성을 평가하는. 척도로 쓰이며，「위험물 안전관리법」에서 석유류를 분류하는 기준으로도 쓰인다.
액체의 경우 액면에서 증발된 증기의 농도가 그 증기의 연소하한계에 달할 때의 액체온도가 '인화점’이다.

 

2) 연소점(Fire Point)
'인화점’은 점화에너지에 의해 화염이 발생하기 시작하는 온도이고，‘연소점’은 발생한 화염이 꺼지지 않고 지속되는 온도이다. 더 자세히 말하면 점화에너지를 제거하여도 5초 이상 연소상태가 유지되는 온도로서 적으로 인화점보다 5~10도씨 높다.

 

3) 발화점(AIT : Auto-Ignition Temperature)
외부로부터의 직접적인 에너지 공급 없이 물질 자체의 열 축적에 의하여 착화가 되는 최저온도를 '발화점’이라 한다.

착화점(착화온도)이라고도 하며，가연성물질을 공기 중에서 가열함으로써 발화되는 최저온도이다. 황린은 발화점이 35도씨로서 발화점이 낮은 대표적인 물질이다. 파라핀계 탄화수소의 분자식을 만족하는 '포화탄화수소’로서 '알칸족 탄화 수소’라고도 함)의 경우 인화점은 탄소수가 작을수록 낮아지지만 발화점은 반대로 탄소수가 많아서 탄소 체인의 길이가 길수록 낮아지는데，그 이유는 탄소 체인이 길어질수록 분자의 표면적이 커져서 열에 의해서 그 구조가 파괴되어 분해되기 쉽기 때문이다.

 -한국소방안전원-