점화원 (인화점, 발화점, 연소점)

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 가연성 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

  ▣ 점화원을 가하지 않아도 스스로 착화될 수 있는 최저 온도 발화점이 낮을 수록 위험하다.

   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

    ※ 발화점, 인화점, 폭발범위는 아무런 연관성이 없다.

    ※ 식용류는 발화점이 450[℃] 정도된다. 후라이팬에 달구어 놓고 식용류를 뿌리면 불이 붙는다.

        발화점은 가연물이 스스로 불이 붙는 온도를 말한다.

    ※ 황린은 제3류 위험물이다. 발화점이 34[℃]이다. 일반적인 위험물 중에서 발화점이 가장 낮은 물질이다.

        황린은 고체이다. 일반적으로 기온은 공기의 온도인데 고체는 햇볕을 받으면 쉽게 기온이 상승한다.

        기온이 낮더라도 발화점에 도달할 수 있다.

    ※ 발화점에 영향을 주는 인자

      ㉠ 가연성 가스와 공기의 혼합비         ㉡ 공간의 형태와 크기

      ㉢ 가열속도와 지속시간                      ㉣ 기벽의 구조와 촉매효과

      ㉤ 점화원의 종류와 에너지 수열 방법

    ※ 발화점이 낮아질 수 있는 조건

      ㉠ 산소와의 친화력이 클수록             ㉡ 압력이 높을 수록

      ㉢ 탄소수가 많을 수록 (인화점과 발화점은 반대방향으로 움직인다. )

    ⊙ 탄소수가 많으면

     ◈ 발화점이 낮다.     ◈ 발열량이 크다.         ◈ 분자구조가 복잡하다.

     ◈ 증기압이 낮다.     ◈ 분자량이 크다.

     ※ 발화점 가솔린 300℃, 등유 220℃ 경유 200℃

 

나. #인화점 (Flash point)

  ▣ 가연성 기체와 공기가 혼합된 상태에서 외부의 직접적인 점화원에 의해 불이 붙을 수 있는 최저 온도, 인화점이

       낮을 수록 위험성이 크다. 그러므로 인화점 아래에서는 불씨, 불꽃 등을 가하여도 연소현상이 진행되지 않은다.

   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 액체 가연물의 화재 위험성 기준의 척도

   ⑤ 가연성 액체의 발화와 깊은 관계가 있다.

   ⑥ 연료의 조성, 점도, 비중에 따라 달라진다.

     ◈ 점화원에 의해 불이 붙을 수 있는 최저 온도

        ⊙ 탄소수가 적은 물질 < 탄소수가 많은 물질

          ∴ 탄소수가 적을 수록 인화의 위험이 크다.

        ⊙ 인화점은 최저온도 이므로 보통의 경우 인화점에서는 인화되지 않는다.

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      ※ 가솔린 인화점 : -43[℃] ~ -20[℃], 연소범위 1.4 ~ 9.6 [%]

             등유 인화점 : 50 ~ 60 [℃]

                         벤젠 : - 11 [℃]

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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)

  ▣ 연소상태를 5초 이상 유지하기 위한 최저 온도로 인화점보다 10[℃] 정도 높다.

   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

【 연소범위(연소한계 】 = 폭발범위 (폭발한계)

  ▣ 1기압, 25[℃] 공기중에서 측정

  ▣ 연소가 가능한 폭발성 혼합가스 (가연성 기체 + 공기) 중 가연성 기체의 체적 %

  ▣ 하한값이 낮을 수록, 범위가 넓을 수록 위험하다.

  ▣ 주변의 변화에 따라 연소범위는 변화한다.

<연소범위의 변화>

   ㉠ 온도가 높아지면 넓어진다.

   ㉡ 압력이 높아지면 넓어진다. (수소와 일산화탄소는 좁아진다)

   ㉢ 공기중의 산소의 농도가 높아지면 넓어진다.

   ㉣ 불활성기체를 투입하면 연소범위는 좁아진다.

 

  【위험도】

   ▣ 위험도는 폭발범위를 활용하여 가연물의 연소위험성을 가름할 수 있는 계산값으로 위험도가 클수록 가연물의

        연소 위험성이 커진다.

    ◈ 아세틸렌 (C2H2)의 연소범위 : 2.5 ~ 81 [%]

         * 지구상에서 아세틸렌이 폭발범위가 가장 넓다.

    ◈ 이산황화탄소 (CS2)의 연소범위 : 1.2 ~ 44 [%]​​

         ※지구상에서 가장 위험도가 큰 물질

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

​

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 설치하고 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 압력을 유지하고 폭발성 가스

       또는 증기가 유입되어 연소범위 (산소+폭발성 가스)를 형성하는 것을 방지하는 구조를 말한다. 내압(耐壓)방폭구조와

       는 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 주입 인체에서의 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 ?

   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 일반적으로 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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