이산화탄소 · 분말 · 할로겐 화합물 소화약제

 

1. 이산화탄소 소화약제

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  ▣ 이산화탄소(CO2)는 화학적으로 안정된 무기물로 공기보다 무거운 불연성 기체이다.

   ※ 공기보다 1.51배 무겁다.

  ▣ 이산화탄소를 방사하면 공기중의 산소농도를 저하시켜 질식작용에 의한 소화작용과 -78 [℃]의 드라이 아이스 방사에

       의한 냉각작용이 있다.

   ※ 주된 소화효과 : 질식작용, 부수적 소화효과 : 냉각작용

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가. 이산화탄소 소화약제의 성상

   ① 대기압, 상온에서 기체이여 화학적으로 안정되어 있다.

   ② 기체상태의 가스비중은 1.51로 공기보다 무겁다. 분자량 44이다. 44/29 =1.51

   ③ 31 [℃]에서 액체와 증기가 동일한 밀도를 가진다.

   ④ 무색, 무취이며 전기적으로 비전도성이다.

   ⑤ 임계온도(31.25[℃])가 높아 액체상태로 저장·취급된다.

   ⑥ 변질이 되지 않아 영구보존이 가능하다.

   ⑦ 침투성이 좋아 전기·유류·기계 화재에 효과가 좋다.

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나. #이산화탄소 가 #소화약제 로 사용되는 이유

   ① 화학적으로 안정되어 있다.         ② #불연성 이다.                     ③ 전기절연성이 우수하다.

   ④ 비전도성이다.                             ⑤ 장시간 저장이 가능하다.

   ⑥ 소화약제에 의한 오손이 없다.    ⑦ 무색이고 무취이다.

   ⑧ 고압의 탄산가스를 방사하면 운무현상이 발생한다.

   ⑨ 자체 압력원이 있으므로 다른 압력원이 필요하지 않다.

   ⑩ 이산화탄소 1[㎏]을 15[℃]에서 방사시 534[ℓ]로 체적이 팽창하여 질식효과가 크다.

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다. 이산화탄소 소화설비의 장단점

 1) 장점

   ① 화재 진화 후 깨끗하다. 잔해가 없다.

   ② 공기 비중 보다 커서 (무거워서) 심부화재에도 적응성을 가진다.

   ③ 증거보전이 양호하여 화재원인조사가 쉽다.

   ④ 전기의 부도체로서 전기절연성이 높다. (전기설비에 사용 가능)

   ⑤ 값이 싸고 저장이 반영구적이다.

   ⑥ 기계로 방사되므로 구석까지 잘 침투되어 소화효과가 좋다.

   ⑦ 기화잠열이 커서 냉각효과가 크다.

   ⑧ 한랭지에서도 사용이 가능하다.

   ⑨ 자체 압력으로도 방사가 가능하다.

   ⑩ 변질의 우려가 없으므로 장기간 보존이 용이하다.

 

   ※ 이산화탄소 소화기의 방사기는 나팔처럼 관이 크다.

   ※ 압축공기가 작을 관에 빠른 속도로 이동하면 온도가 급강하한다.

       #이산화탄소 (CO2)가 어는 점은 -78[℃] 이다.

       이산화탄소가 안개처럼 뿌연하게 나온다.

        이는 이산화탄소가 얼어서 나오는 현상이다. (운무현상 발생)

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 2) 단점

   ① 소화시 공간 내 산소농도 저하로 인체의 질식이 우려된다. (체적 팽창률 534배)

   ② 질식을 주체로 하므로 사람이 거주하는 장소에는 사용할 수 없다.

   ③ 소화약제의 방사시 시야를 방해한다.

   ④ 소화약제의 방출시 기화되므로 인체에 닿으면 동상이 우려된다.

   ⑤ 방사시 소리가 크다. (저장용기가 터질 경우 총소리에 가깝게 소리가 난다)

   ⑥ 지구온난화에 영향을 준다.

   ⑦ 화재원 가까이 가서 방사해야 한다.

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라. 소화효과

   ① 질식효과 : 이산화탄소를 방사하면 공기의 산소농도를 15[%]이하로 낮추어 소화한다.

   ② 냉각효과 : -78 [℃] 드라이아이스 방사에 의한 냉각 효과

   ③ 피복효과 : CO2 는 공기보다 무거우므로 하단에 있는 가연물을 펖게 된다.

                         (일종의 질식효과이다)

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마. 적용화재

   ① 적용화재 : B급, C급 화재 (7분이상 방사)

   ② 소화설비 : A급 (7분), B급 · C급 (1분)

        ◈ 소화기 : B급, C급 화재

        ◈ 소화설비 : B급, C급, C급 화재

      ※ CO2 - 할론 소화기 설치 금지 장소

        ⊙ 지하층

        ⊙ 무창층

        ⊙ 밀폐된 거실로서 바닥면적 합계 20 [㎡] 미만인 장소

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마. 이산화탄소 소화설비의 적용 대상

   ① 가연성 기체와 액체류를 취급하는 장소 (가솔린 등)

   ② 발전기, 변압기 등의 전기설비

   ③ 박물관, 문서고 등 소화약제로 인한 오손이 문제되는 대상

   ④ 인화성 고체 위험물

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바. 이산화탄소의 물성

구 분	물 성	구 분	물 성
임계압력	72.75 [atm]	승화점(비점)	-78.5 [℃]
임계온도	31 [℃]	허용농도	0.5 [%]
3중점	-56.3 [℃] (약 -57[℃]	수분	0.05 [%] 이하 (함량 99.5 [%] 이상)

사. 이산화탄소 소화약제의 충전비

  ◈ CO2 소화기 : 1.5 이상

  ◈ CO2 소화설비    ⊙ 고압식 : 1.5 이상 1.9 이하

                                 ⊙ 저압식 : 1.1 이상 1.4 이하

저 장 용 기		기동용기 (소화기용 용기)
저압식	1.1 ~ 1.4 이하	1.5 이상
고압식	1.5 ~ 1.9 이하

   ※ 체적 변환식

 

아. CO2의 농도 (이론 소화 농도)

 

【 CO2 의 약제 계산식 】

◈ CO2의 %

      ※ 소화하기 위하여 방사하기 위한 CO2의 양 계산

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2. 할론 소화약제 (액화가스 소화약제)

  ▣ 대표적인 지방족 포화탄화수소 계열 (메탄, 에탄, 프로판, 부탄)의 탄화수소분자에 포함된 수소분자 일부 또는 전부를

       할로겐 원소로 치환한 것을 할로겐화물이라 한다. 할로소화약제란 지방족 포화탄화수소분자 중 수소원자가 불소,

       염소, 취소(브롬), 옥소(요오드)의 할로겐원자로 치환되어 생성된 소화약제를 말한다.

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   ※ 지방족 포화탄화 수소 중 수소원자 한개 이상을 할론족 원소로 치환시켜 얻은 약제로 고압용기에 충전하여 방사하는

       방식의 소화기로 부촉매 효과가 뛰어나 적은 양의 약제로 충분한 소화능력을 발휘할 수 있는 소화약제이다.

   ※ 주된 소화 효과 : 억제효과, #부촉매 효과

   ◈ 소화효과

      ⊙ 억제효과, 냉각효과, 질식효과

  ◈ 적용화재

     ⊙ 소화기 : A급, B급, C급

     ⊙ 소화설비 : A급, B급, C급

  ◈ 할론약제의 명명법

        HALON ⓐ ⓑ ⓒ ⓓ ⓐ : 탄소(C)의 수, ⓑ : 불소(F)의 수, ⓒ : 염소(Cl)의 수  ⓓ : 브롬(Br)의 수

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가. #할론 소화약제의 특성

   ① 전기의 불량도체이다. (전기절연성이 크다)

   ② 무색투명이고 특이한 냄새가 난다.

   ③ 휘발성이 크고 부식 · 손상 우려가 없다.

   ④ 알코올, 에테르에는 녹으나 물에 녹지 않는다.

   ⑤ 질식의 우려가 없다.

   ⑥ 화학적 부촉매 효과에 의한 연소억제작용이 뛰어나 소화능력이 크다. (CO2의 3배)

   ⑦ 가연성 액체 화재에 대하여 소화속도가 매우 크다.

   ⑧ 인체에 대한 독성이 심한 것도 있고 적은 것도 있다.

   ⑨ 연소 연쇄반응을 억제한다. (가연물과 산소의 화학반응을 억제한다.)

   ⑩ 화학적으로 안정하여 소화 후 잔존물이 없다.

   ⑪ Halon 104는 소화효과도 약하고 독성도 약하다.

   ⑫ Halon 2402는 #에탄 의 유도체이다.

   ⑬ 소화약제를 뿌리면 독성가스가 발생한다. HF, HCl, HBr, F2, Cl2, Br2

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나. 할론 소화제의 구비조건

   ① 증발잔유물이 없어야 한다.         ② 기화되기 쉬워야 한다.

   ③ 저비점 물질이어야 한다.             ④ 불연성이어야 한다.

   ⑤ 증발 #잠열 이 커야 한다.            ⑥ 공기보다 무거워야 한다.

   ⑦ #불연성 이어야 한다.

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다. 할론 소화약제의 성상

  ① #할로겐화합물 인 F, Cl, Br, I 등은 화학적으로 안정되어 있으며, 소화성능이 우수하여 할론 소화약제로 사용된다.

  ② 소화약제는 #할론 1011, 할론 104, 할론 1301, 할론 2402 등이 있다.

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라. 할론 소화약제의 명명법

 

  ※ 원래 분자는 CH4으로 부터 만들어지는 메탄 유도체이다.

      CH4 → CF2ClBr Halon 1211

  ◈ Metane의 유도체

    ⊙ 할론 1211(CF2ClBr) : 일브롬화일염화이플루오르화메탄

    ⊙ 할론 1301(CF3Br) : 일브롬화삼플루오르화메탄

    ⊙ 할론 1011(CH2ClBr) : 일브롬화일염화메탄

    ⊙ 할론 1040(CC12) : 사염화탄소

    ※ 원래 분자 C2H6 으로 부터 만들어는 에탄 유도체이다.

        C2H6 → C2F4Br2 Halon 2402

  ◈ Ethane의 유도체

      ⊙ 할론 2402 (C2F4Br2) : 이브롬화사플루오르화에탄

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마. 할론 소화약제의 종류

종류	분자식	상온·상압 하	충 전 비
Halon 1011	CH2ClBr	액체	-
Halon 1040	CCl4	액체	-
Halon 1211	CF2ClBr	기체	0.7 ~ 1.4 이하
Halon 1301	CF3Br	기체	0.9 ~ 1.6 이하
Halon 2402	C2F4Br2	액체	0.51 ~0.67 미만 (가압식)
			0.67 ~ 2.75 이하 (촉압식)

   ① 소화성능 : 할론 1301 > 할론 1211 > 할론 2402

   ② 독성 : 할론 2402 > 할론 1211 > 할론 1301

   ③ 오존파괴지수 : 할론 1301 > 할론 1211 > 할론 2402

  <참고>

① 부촉매효과(소화능력) 크기 : I > Br > Cl > F    ② 전기음성도(친화력) 크기 : F > Cl > Br > I

  ◈ 할로겐족 원소의 소화력

   ⊙ #반응력 ( 결합력 )의 크기 : F > Cl > Br > I

   ⊙ 소화력의 크기 : F < Cl < Br < I

 

    [오존파괴지수(ODP : Ozone Depletion Potential)]​​

    [지구온난화지수 (GWP : Global Warming Potential)]​​

바. 할론 1211의 성질

   ① 약간 달콤한 냄새가 난다.         ② 전기의 전도성이 없다.

   ③ 공기보다 무겁다.                      ④ 증기압이 크지 않아서 휴대용 소화기로 사용한다.

   ⑤ 상온, 상압에서 기체이며, 무색이다.

   ⑥ 액체 할론 1211의 부식성이 큰 순서 : 알루미늄 > 청동 > 니첼 > 구리

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사. 할론 1301의 성질

   ① 소화성능이 가장 좋다.                            ② 독성이 가장 약하다. (염소가 없다)

   ③ 오존층 파괴지수 (ODP)가 가장 높다.     ④ 비중은 공기의 약 5.17배이다.

   ⑤ 무색, 무취의 비전동성이며 상온에서 기체이다.

   ⑥ 사용범위가 가장 넓다.

   ⑦ 5%의 농도로 소화효과가 있으며 10%를 초과하는 경우 미세한 현기증이  유발될 수 있다.

     ※ 할론 1301의 열분해 생성 가스

         HF, HBr, Br2, COF2, COBr2

 

【 할론 약제 설치 금지 장소】

   ⊙ #지하층              ⊙ #무창층

   ⊙ 밀폐된 거실로서 바닥면적 합계 20 [㎡] 미만인 장소

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3. 분말 소화약제

가. 분말 소화약제의 종류

  ※ 분말소화약제를 화재면에 방사하면 열분해 반응을 통해 생성되는 나트륨(Na), 칼륨(K), 암모늄(NH4)에 의한 부촉매

       작용과 CO2, H2O, HPO3 등에 의한 질식작용, 증기증발에 의한 냉각작용으로 소화효과를 유발하는 소화약제이다.

  ※ 반응성이 좋은 나트륨(Na), 칼륨(K)의 활성이온(Na+, K+)를 발생시켜 가연물이 산소와 결합하는 것을 방해시켜

     소화기능을 발휘한다. (억제효과)

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▣ 분말약제의 가압용 가스로는 질소(N2)가 사용된다.

종별	소화약제	약제의 착색	화학반응식	적응 화재
제1종	탄산수소나트륨 (NaHCO3)	백색	2NaHCO3→NA2CO3+CO2+H2O	BC급
제2종	탄산수소칼륨 (KHCO3)	담자색 (담회색)	2KHCO3→K2CO3+CO2+H2O
제3종	제1인산암모늄 (NH4H2PO4)	담홍색	NH4H2PO4→HPO3+NH3+H2O	ABC 급
제4종	탄산수소칼륨+요소 (KHCO3+(NH2)2CO	회(백)색	2KHCO3+(NH2)2CO → K2CO3+2NH3+2CO2	BC급

  ※ 방진작용 : 열분해시 생성되는 메탄인산이 부착력이 우수하여 가연물의 표면에 부착하여 가연물과 산소와의 접촉을

                        차단시켜 일반화재의 단기현상을 방지한다.

   ※ 분말약제를 일반화재에 사용할 수 있는 것은 액제의 방진작용 때문이다.

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<참고> #비누화 현상

에스테르가 알칼리에 의해 가수분해되어 알코올과 산의 알칼리염이 되는 반응으로 주방의 식용유 화재시에 나트륨이 기름을 둘러 싸 외부와 분리시켜 질식소화 및 재발화 억제효과를 나타낸다.

<참고> #충전가스 (압력원)

① 질소(N2) : 분말소화설비(축압식), 할론소화설비   ② 이산화탄소 (CO2) : 기타 설비

[ #분말 약제의 특성]

  ◈ 분말약제는 미세한 고체입자이므로 이산화탄소(CO2) 또는 할론약제와 달리 자체 증기압을 가질 수 없다.

      이산화탄소(CO2)와 질소(N2) 중 하나를 사용하여 증기압을 발생한다. 저장상태에 따라 축압식과 가압식으로

      구분할 수 있다.

 

※ #가압식 은 이제 이제 사용하지 않는다.

  ◈ 분말약제는 약제의 변질 우려가 없으나 미세한 고체 입자이므로 수분이나 습기에 노출되면 입자끼리 뭉치게 되어

       배관 및 관 부속물을 막거나 방사에 어려움이 있을 수 있으므로 금속비누(실리콘 등) 등으로 방습처리한다.

    ※ 축압식에는 압력계가 부착되어 있고 압력은 0.7 ~ 0.98 [MPa] 이다.

  ◈ 분말입자의 크기 : 10 ~75 마이크론, 체적은 20 ~ 25 마이크론이다.

      ※ #방습시험 : 수면에 뿌리서 1시간 안에 가라앉지 않아야 한다.

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나. 제1종 분말소화약제의 성상 ( #소화기 백색)

  ① 적응 화재

     ⊙ BC급(금속비누를 생성하는 비누화 효과 때문에 식용류화재에 적응성을 가진다.)

  ② 열분해 반응식

     ㉠ 270 [℃] : 2NaHCO3 + 열 ⇒ Na2CO3 + CO2 + H2O - Q[kcal] (흡열반응)

         * 억제 효과는 나트륨 Na+ 활성이온이 나와서 부촉매 효과를 나타난다.

     ㉡ 850 [℃] : 2NaHCO3 + 열 ⇒ Na2O + 2CO2 + H2O

         * 주성분 : 탄산수소나트륨

  ③ 열분해 생성물 : Na2CO3 (탄산나트륨), CO2, H2O

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다. 제2종 분말 소화제의 열분해 반응식 (소화기 보라색)

  ① 190 [℃] : 2KHCO3 + 열 ⇒ K2CO3 + CO2 + H2O

  ② 590 [℃] : 2KHCO3 ⇒ K2O + 2CO2 + H2O

     * 억제 효과는 나트륨 K+ 활성이온이 나와서 부촉매 효과를 나타난다.

     * 주성분 : 탄산수소칼륨

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라. 제3종 분말소화약제의 소화작용 (연한 핑크색 소화기)

  ① 적응화재

    ㉠ ABC급 분말소화약제로 차고, 주차장에 적응성을 가진다.

    ㉡ 수성막포(AFFF)와 분말소화약제를 겸용하여 사용 가능한데 이를 트윈에이전트 시스템 (Twin agent system)이라

         하며, 소화성능이 향상된다.

  ② 열분해 반응식

    ㉠ 190 [℃] : NH4H2PO4 + 열 ⇒ NH3 + H3PO4 (올소인산)

    ㉡ 215 [℃] : 2H3PO4 + 열 ⇒ H2O + H4P2O7 (피로인산)

    ㉢ 300 [℃] 이상 : H4P2O7 + 열 ⇒ H2O + 2HPO3 (메타인산)

         NH4H2PO4 + 열 ⇒ HPO3 + NH3 + H2O

    ㉣ 250 [℃] 이상 : 2HPO3 + 열 ⇒ H2O + P2O5 (오산화린)

         * 억제 효과는 암모늄 NH4+ 활성이온이 나와서 부촉매 효과를 나타난다.

  ③ 열분해 생성물에 따른 소화효과

     ㉠ H2O(수증기)에 의한 질식, 냉각작용, 열차단 및 암모니아 이온에 의해 부촉매 소화효과를 가진다.

     ㉡ HPO3(메타인산)은 춫 등에 융착하여 유리상의 피막을 형성하여 방진(차단)하므로 재연소를 방지하는데 비누화

          현상과 비슷하며 이와 같은 특성으로 A급 화재에 적응성을 가진다 (차고, 주차장 등에 사용)

     ㉢ 불활성 탄소화 및 탈수작용 : H3PO4 (올소인산)

         * 주성분 : 인산암모늄

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라. 제4종 분말소화약제의 소화작용 (소화기 회색)

     2KHCO3 +NH2CONH2 → 2NH3+K2CO3+2CO2 - Q [kcal]

      * 억제 효과는 칼륨 K+, 암모늄 NH4+ 활성이온이 나와서 부촉매 효과를 나타난다.

      * 주성분 : 탄산수소칼륨과 요소

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4. 할로겐화합물 및 불활성기체 소화약제

【 청정 소화약제 】

  ◈ 약제의 종류

    ⊙ 할로겐화합물 청정 소화약제 (액화가스)

        : 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I) 중 하나 이상의 원소를 포함하고 있는 유기화합물을 기본 성분으로

           하는 소화약제

    ⊙ 불활성 기체 청정 소화약제 (압축가스) - 이산화탄소(CO2) 소화약제와 비슷

         : 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 가스중 하나 이상의 원소를 기본성분으로 하는 소화약제

  ◈ 할로겐 화합물 소화약제 : 억제효과, 냉각효과, 질식효과

  ◈ 불활성기체 소화약제 : 질식효과, 냉각 효과

구 분	소화약제	상품명	화학식	최대허용 설계농도 [%]
할로겐 화합물	퍼블포오로부탄 (FC-3-1-10)	CEA-410	C4F10	40
	하이드로클로로플루오르카본 혼화제 (HCFC BLEND A)	NAF S - Ⅲ	HCFC - 123 (CHCl2CF3) : 4.75 [%]	1.0
	클로로테트라 플루오르에탄 (HCFC-124)	FE-241	CHClCF3	1.0
	펜타플루오르에탄 (HFC-125)	FE-25	CHF2CF3	11.5
	헵타플루오르프로판 (HFC-227ea)	FM-200	CF3CHFCF3	10.5
	트리플루오르메탄 (HFC-23)	FE-13	CHF3	30
	헥사플루오로프로판 (HFC-236fa)	​	CF3CH2CF3	12.5
	트리플루오르 이오다이드 (FIC-1311)	​	CF3​I	0.3
	도데카플루오르-2 -메틸펜탄-3-원 (FK-5-1-12)	​	CF3CF2C(O)CF(CF3)2	10
불활성 기체	불연성 · 불활성 기체 혼합가스(IG-01)	Inergen	Ar	43
	불연성 · 불활성 기체 혼합가스(IG-100)	Inergen	N2	43
	불연성 · 불활성 기체 혼합가스 (IG-541)	Inergen	N2(질소) : 52 % Ar (아르곤) : 40 % CO2(이산화탄소) : 8 %	43
	불연성 · 불활성 기체 혼합가스 (IG-55)	Inergen IG	N2(질소) : 50 % Ar (아르곤) : 50 %	43