점화원 - 연소론 - 소방원론

1. 점화원의 종류

가. 전기적 발화원

 1) 전기적 열에너지의 종류

  ① 유도열 : 도체 주위에 변화하는 자장이 존재하거나 도체가 자장 사이를 통과하여

                     전위차가 발생하고 이 전위차에서 전류의 흐름이 일어나 도체의 저항에

                      의하여 열이 발생하는 것

  ② 유전열 : 누설전류에 의해 절연능력이 감소하여 발생하는 열

  ③ 저항열 : 도체에 전류가 흐르면 도체 물질의 원자구조 특성에 따른 전기저항 때문에

                     전기에너지의 일부가 열로 변하는 발열

  ④ 아크열 : 접촉 불량 등에 의해 발생

  ⑤ 정전기열 : 정전기가 방전할 때 발생하는 열

  ⑥ 낙뢰에 의한 열 : 번개에 의해 발생되는 열

 

 2) 정전기

  ▣ 부도체의 마찰에 의해 발생하며, 전기가 흐르지 못하고 축적되어 가연성 가스 및 가연

      성 액체의 점화원이 될 수 있다.

  ① 정전기의 발생과정

      ⊙ 부도체의 마찰 등에 의한 전하의 발생 → 전하의 축적에 의한 전위 상승 → 절연파괴에 의한 방전

           → 최소 발화에너지 이상일 경우 가연물을 점화 → 화재

  ② 정전기 발생 원인

    ⊙ 전기부도체와의 마찰

    ⊙ 자동차를 장시간 주행

    ⊙ 옥외 탱크에 석유를 주입

    ⊙ 인체에서의 대전 (니트 등의 소재에 의한 주유기 발화)

  ③ 정전기 방지대책

    ⊙ 접지를 한다.

    ⊙ 공기의 상대습도를 70 [%] 이상으로 한다.

    ⊙ 공기를 이온화 한다.

    ⊙ 도체 물질을 사용한다.

 

나. 기계적 (물리적) 발화원

  ① 압축열 : 기체를 급히 압축할 때 발생되는 열

  ② 마찰열 : 두 고체를 마찰시킬 때 발생되는 열

  ③ 마찰 스파크 : 고체와 금속을 마찰시킬 때 불꽃이 일어나는 것

 

다. 화학반응에 의한 점화원

  ① 연소열 : 어떤 물질이 완전히 산화되는 과정에서 발생하는 열

  ② 용해열 : 어떤 물질이 액체에 용해될 때 발생하는 열 (농황산, 묽은 황산)

  ③ 분해열 : 화합물이 분해할 때 발생하는 열

  ④ 생성열 : 발열반응에 의하여 화합물이 생성할 때의 열

  ⑤ 자연발열 (자연발화) : 어떤 물질이 외부로 부터 열의 공급을 받지 아니하고 온도가 상승하는 현상

 

2. 온도

 

  ① 섭씨 [℃] : 1기압에서 물의 빙점 (어는 점)을 0 [℃], 비점(끓는 점)을 100 [℃]로 하여 100 등분한 온도 단위

  ② 화씨 [°F] : 대기압에서 물의 빙점 (어는 점)을 32 [°F], 비점(끓는 점)을 212 [°F]로 하여 180 등분한 온도 단위

  ③ 절대온도 (켈빈온도 [°K]) : 열역학적 온도로 -273 [℃]를 0 [°K]로 시작하는 온도

  ④ 랭킨온도 [°R] : 화씨온도와 동일한 눈금을 사용하는 절대온도

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【 온도 환산 공식】

 

 

3. 연소와 관련되는 용어

가. 발화점 (Ignition point) = 착화점 = 착화온도

   ① 가연성 물질에 불꽃을 접하지 아니하였을 때 연소가 가능한 최저온도

   ② 공기중에서 스스로 타기 시작하는 온도

   ③ 점화원이 없이 가연물에 가열된 열에 의하여 스스로 연소가 시작되는 최저온도

        ※ 고체물질 중 발화온도가 가장 높은 물질 : 인견

 

나. 인화점 (Flash point)

   ① 휘발성 물질에 불꽃을 접하여 연소가 가능한 최저 온도

   ② 가연성 증기 발생시 연소범위의 하한계에 이르는 최저온도

   ③ 가연성 증기를 발생하는 액체가 공기와 혼합하여 기상부에 다른 불꽃이 닿았을 때

        연소가 일어나는 최저 온도

   ④ 위험성 기준의 척도

   ⑤ 가연성 액체의 발화와 깊은 관계가 있다.

   ⑥ 연료의 조성, 점도, 비중에 따라 달라진다.

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※ 물질의 인화점 및 착화점

물 질	인화점 [℃]	착화점 [℃]
프로필렌	- 107	497
에틸에테르, 디에틸에테르	- 45	180
가솔린 (휘발유)	- 43	300
산화프로필렌	- 37	465
이황화탄소	- 30	100
아세틸렌	- 18	335
아세톤	- 18	560
벤젠	- 11	562
메틸에틸케톤	- 9	404
톨루엔	4.4	480
메틸알코올	11	464
에틸알코올	13	423
아세트산	40	-
등유	43 ~ 72	210
경유	50 ~ 70	200
적린	-	260

다. 연소점 (Fire point)

   ① 인화점 보다 5 ~ 10 [℃] 높으며 연소를 5초 이상 지속할 수 있는 온도

   ② 어떤 인화성 액체가 공기 중에서 열을 받아 점화원의 존재하에 지속적인 연소를 일으킬 수 있는 온도

   ③ 가연성 액체에 점화원을 가져 가서 인화된 후 점화원을 제거하여도 가연물에 계속 연소 연소되는 최저 온도

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라. 비중 (Specific gravity)

  ▣ 물 4 [℃]를 기준으로 했을 때의 물체의 무게 (고체, 액체)

      ※ 기체 : 표준상태 0 [℃], 1기압 공기의 비중 1

                     프로판, 부탄 > 1, 메탄 < 1

 

마. 비점 (Boiling point)

  ▣ 액체가 끓으면서 증발이 일어날 때의 온도

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바. 비열 (Specific heat)

  ① 1 [cal] : 1 [g]의 물을 1 [℃] 만큼 온도를 상승시키는데 필요한 열량

  ② 1 [BTU] : 1 [lb]의 물을 1 [°F] 만큼 온도 상승시키는데 필요한 열량

  ③ 1 [chu] : 1 [lb]의 물을 1 [℃] 만큼 온도 상승시키는데 필요한 열량

       ※ 1 파운드 [lb] = 0.452592 [kg]

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사. 융점 (Melting point)

  ▣ 대기압 하에서 고체가 용융하여 액체가 되는 온도

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아. 잠열 (Latent heat) ※ latent [ leɪtnt ] 잠재하는, 잠복해 있는 latent disease 잠복중인 병

  ▣ 어떤 물질이 고체, 액체, 기체로 상태를 변화하기 위해 필요로 하는 열

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  【 물의 잠열】

① 80 [cal / g] : 융해 잠열 ② 539 [cal / g] : 기화(증발) 잠열 ③ 639 [cal] : 0 [℃]의 물 1 [g]이 100 [℃]의 수증기로 되는데 필요한 열량 ④ 719 [cal] : 0 [℃]의 얼음 1 [g]이 100 [℃]의 수증기로 되는데 필요한 열량

자. 현열 : 감열

   ▣ 상태의 변화없이 물질의 온도변화에 필요한 열

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차. 점도 (Viscosity)

   ▣ 액체의 점착과 응집력의 효과로 인한 흐름에 대한 저항을 측정하는 기준

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카. 증기압 (Vaper pressure) = 대기압

 1) 정의

    ① 어떤 물질이 일정한 온도에서 열평형 상태가 되는 증기의 압력

    ② 증기가 액체와 평형상태에 있을 때 증기가 새어 나가려는 압력

2) 증기압의 특성

   ① 기압계에 수은을 이용하는 것이 적합한 이유는 증기압이 낮기 때문

   ② 쉽게 증발하는 휘발성 액체는 증기압이 높다.

   ③ 증기압은 밀폐된 용기 내의 액체 표면을 탈출하는 증기의 양이 액체 속으로 재 침투

       하는 증기의 양과 같은 때의 압력

   ④ 유동하는 액체 내부에서 압력이 증기압 보다 낮아지면 액체가 기화하는 공동현상 (cavitation) 발생

   ⑤ 증기분자의 질량이 작을 수록 큰 증기압이 나타난다.

   ⑥ 분자운동이 커지면 증기압이 증가한다.

   ⑦ 액체의 온도가 상승하면 증기압이 증가한다.

   ⑧ 증발과 응축이 평형상태일 때의 압력을 포화증기압이라 한다.

   ⑨ 증기압의 단위

        atm, ㎜Hg, kg/㎠, mH2O, mAq, PSI, lb/in2, kPa, N/㎠, mbar

 

타. 증기비중 (Vaper Specfic Gravity)

   ▣ 공기분자량 (29 [g])에 대한 가스분자량의 비

 

파. 증기 - 공기 밀도 (Vaper-Air Density)

   ▣ 어떤 온도에서 액체와 평형상태에 있는 증기와 공기의 혼합물의 증기밀도

 

하. 증기밀도 (Vaper Density)

   ▣ 액체나 고체에서 발생된 증기가 일정한 체적에서 차지하는 증기의 질량

 

5. 전기방폭구조

가. 내압(耐壓)방폭구조

  ▣ 점화원이 될 수 있는 부분 (전기불꽃, 아크, 고온부분)을 전폐구조의 용기 내부에 설치

       하고 용기 내부에서 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도 그 폭발 압력 등을 기계적으로

       견디며 외부로 누출되어 화염의 전파 및 인화가 되지 않게 한 구조를 말한다.

 

나. 내압(內壓)방폭구조 = 압력방폭구조

  ▣ 압력방폭구조라고도 하며 점화원이 될 수 있는 부분을 공기 또는 질소로 압입하여 압력

      을 유지하고 폭발성 가스 또는 증기가 유입되어 연소범위 (산소+폭발성 가스)를 형성

      하는 것을 방지하는 구조를 말한다. 내압(耐壓)방폭구조와는 구분을 하여야 한다.

 

다. 유입 (油入) 방폭구조

  ▣ 점화원이 될 수 있는 부분을 절연유(기름) 속에 넣어 폭발성 가스의 접촉을 막아 연소

      범위를 형성하지 않게 하는 구조를 말한다.

 

라. 안전증 방폭구조

   ▣ 점화원이 될 수 있는 부분의 기계적, 전기적으로 안전도를 증가하는 형태를 말한다.

 

마. 본질안전방폭구조

  ▣ 정상 또는 사고시 (단선, 지락, 단락) 발생하는 전기불꽃, 아크 등이 폭발성 가스 혹은

       증기 등에 대하여 점화되지 않는 것이 확인된 구조의 형태로서 이 때 발생하는 스파크

       등이 가스 및 증기의 최소 발화 에너지 미만이 되도록 한 구조를 말한다.

 

【 출제예상문제 】

1. 열에너지중 전기에너지에는 여러가지의 발생원인이 있다. 다음 중 전기에너지원의 발생

    원인에 속하지 아니하는 것은 어느 것인가 ? ②

 

   ① 저항가열          ② 마찰스파크             ③ 유도가열            ④ 유전가열

   ※ 마찰스파크는 기계적 에너지원이다.

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2. 물에 황산을 넣어 묽은 황산을 만들 때 발생되는 열은 ? ③

   ① 연소열         ② 분해열          ③ 용해열          ④ 자연발열

  ※ 용해열 : 액체에 용해될 경우 발생하는 열을 말하며 황산의 경우 물에 용해될 때 발생한다.

 

3. 정전기에 의한 발화과정으로 옳은 것은 ? ②

   ① 방전 → 전하의 축적 → 전하의 발생 → 발화

   ② 전하의 발생 → 전하의 축적 → 방전 → 발화

   ③ 전하의 발생 → 방전 → 전하의 축적 → 발화

   ④ 전하의 축적 → 방전 → 전하의 발생 → 발화

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4. 정전기의 발생과 관련이 없는 사항은 ? ③

  ① 자동차의 장시간 주행               ② 위험물 옥외 탱크에 석유류 주입

  ③ 공기중에 습도가 높은 경우       ④ 전기 부도체의 마찰

  ※ 정전기 발생원인 : 전기부도체의 마찰, 자동차를 장시간 주행, 옥외탱크에 석유류 주입인체에서의 대전

 

5. 정전기로 인한 피해발생의 방지대책이 아닌 것은 ? ③

   ① 접지 실시        ② 공기의 이온화         ③ 부도체 사용         ④ 70% 이상의 상대습도 유지

   ※ 정전기 방지대책 : 접지를 한다, 공기의 상대습도를 70% 이상으로 한다. 공기를 이온화한다.

       도체물질을 사용한다.

 

6. 다음 중 기계적 점화원으로만 되어 있는 것은 ? ③

   ① 마찰열, 기화열       ② 용해열, 연소열        ③ 압축열, 마찰열           ④ 정전기열, 연소열

   ※ 기계적(물리적) 마찰열 : 기계적 마찰, 충격, 단열압축 등에 의해 일어나는 발화원이다.

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7. 착화온도 500 [℃] 에 대한 설명으로 옳은 것은 ? ②

   ① 500 [℃]로 가열하면 산소공급 없이 인화한다.

   ② 500 [℃]로 가열하면 공기 중에서 스스로 타기 시작한다.

   ③ 500 [℃]로 가열하여도 점화원이 없으면 타지 않는다.

   ④ 500 [℃]로 가열하면 마찰열에 의하여 연소한다.

   ※ 발화점 (착화점) : 열 등의 형태로 에너지가 주어질 경우 스스로 연소가 시작되는 최저 온도

 

8. 다음 중 인화점이 가장 낮은 물질은 ? ①

  ① 산화프로필렌         ② 이황화탄소         ③ 메틸알코올           ④ 등유

     ※ 제4류 위험물의 인화점

종류	인화점 [℃]	종류	인화점 [℃]
디에틸에테르	- 45	아세톤	- 18
휘발유	- 43	메틸알코올	11
산화프로필렌	- 37	에틸알코올	13
이황화탄소	- 30	등유	43 ~ 73

9. 가연성 증기를 발생하는 액체가 공기와 혼합하여 기상부에 다른 불꽃이 닿았을 때 연소가 일어나는

     최저의 액체 온도를 무엇이라고 하는가 ? ②

 

   ① 발화점      ② 인화점        ③ 연소점          ④ 착화점

      ※ 인화점 : 외부에너지를 점화원(불꽃 등)으로 가했을 경우 연소가 시작되는 최저 온도

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10. 1[g]의 물체를 1 [℃] 만큼 온도를 상승시키는데 필요한 열량을 나타내는 것은 ? ③

   ① 잠열          ② 복사열            ③ 비열           ④ 열용량

  ※ 비열 (Specific heat)

    ① 1 [cal] : 1[g]의 물을 1[℃] 만큼 온도를 상승시키는데 필요한 열량

    ② 1[BTU] : 1[lb]의 물을 1[°F] 만큼 온도 상승시키는데 필요한 열량

    ③ 1[chu] : 1[lb]의 물을 1 [℃] 만큼 온도 상승시키는데 필요한 열량

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11. 연소점에 관한 설명으로 옳은 것은 ? ④

   ① 점화원 없이 스스로 불이 붙는 최저 온도

   ② 산화하면서 발생된 열이 축적되어 불이 붙는 최저 온도

   ③ 점화원에 의해 불이 붙는 최저 온도

   ④ 인화 후 일정시간 이상 연소상태를 계속 유지할 수 있는 온도

      ※ 연소점 : 외부 에너지를 제거하여도 자력으로 지속적인 연소가 가능한 온도로 일반적으

                        로 인화점 보다 약 5 ~ 10 [℃] 정도 높다.

 

12. 물질의 증기비중을 가장 옳게 나타낸 것은 ? (단, 수식에서 분자, 분모의 단위는 모두 [g/mol] 이다) ②

 

13. 다음 중 증기압의 단위가 아닌 것은 ? ④

   ① mHg      ② kPa        ③ N/㎡         ④ cal / ℃

   ※ 증기압의 단위 : atm, ㎜Hg, kg/㎠, mH2O, mAq, PSI, lb/in2, kPa, N/㎠, mbar

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14. 0 [℃]의 얼음 1[g]이 100[℃]의 수증기가 되려면 몇 [cal]의 열량이 필요한가 ? (단,

    0[℃] 얼름의 융해열은 80 [cal/g]이고, 물의 증발잠열은 539 [cal/g]이다) ②

    ① 539        ② 719          ③ 939           ④ 1119

  ※ 필요 열량 : 융해열 80 + 현열 100 + 증발잠열 539 = 718

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15. 화씨 95 [°F]를 켈빈 [Kelvin] 온도로 나타내면 약 몇 K인가 ? ②

   ① 368           ② 308           ③ 252            ④ 178

  ※ 온도 환산

 

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