연소의 3요소, 연소의 4요소 연쇄반응과 억제 매커니즘, 고체에어로졸소화설비 매커니즘

이해를 통한 각인 학습을 위해 소방의 기초 부터 틈틈히 살펴보려고 한다. 소방의 역사, 소화, 연쇄반응과 억제, 고체에어로졸과 까지 연계학습을 진행 해 보았다. 

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1. 소방의 역사

(1) 국가·사회적 필요성 : 조선 초기 - 금화 (禁금할금, 火불화)

(2) 소방 용어의 등장 : 조선 후기 갑오개혁(1894)

(3) 소방법의 분법 : 기존 하나의 법률이었던 "소방법"을 2002년 4개 법률(소방기본법, 소방시설설치유지 및 안전관리에 관한 법률, 소방시설공사업법, 위험물안전관리법)로 분법 ~> 2022년 5개 법률로 분법

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2. 소화 (消火)

(1) 소화의 정의 : "소화"란 가연물질의 연소로 인한 화재시 산소의 공급을 차단·희석시키거나 발화온도 이하로 온도를 낮추거나 가연성물질을 화재 현장으로부터 제거시키거나 연소의 연쇄반응을 차단·억제 시키는 것을 말한다. 

구분		관련요소	소화방법	소화설비
연소의 4요소	연소의 3요소	가연물	제거 소화
		산소공급원	질식 소화	포, CO2, 할론, 분말, 청정소화설비
		점화원	냉각 소화	옥내소화전설비, SP, 물분무, 청정소화설비
		연쇄반응	억제 소화	할론, 분말, 청정소화설비, 산알카리, 강화액, 화학포

☞연소의 4요소 ~ 가산점 연쇄

 

(2) 소화약제의 필요조건

- 소화성능이 뛰어날 것(연소의 4요소 중 1가지 이상 제거할 수 있을 것)

- 독성이 없어 인체에 무해할 것 

- 환경에 대한 오염이 적을 것

- 저장에 안정할 것

- 경제적일 것

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3. 연쇄반응

 

(1) 연쇄반응의 정의 - 연소의 4요소 중 하나로서, 화학적 반응에서 지속적으로 활성라디칼(O, OH, H)이 발생되는 과정을 발한다. 즉 활성라디칼이 원인계 -> 생성계 -> 원인계로 이동하면서 반응이 지속되는 과정이다. 

 

(2) 매카니즘

1) 전파반응 : 활성기 1개 ~> 활성기 1개
                      OH + H2 ~> H2O + H

2) 분기반응 : 활성기 1개 ~> 활성기 2개 이상
                      H   +  O2  ~> OH + O
                      O   +  H2  ~> OH + H

3) 전파,분기 반복 

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4. 연쇄반응의 억제

(1) 정의 - 부촉매를 활용하여 활성화에너지를 높여 반응속도를 낮추어 연쇄반응을 느리게 한다. 

 

(2) 메카니즘

1) 전파반응 : OH + H2 ~> H2O + H

2) 분기반응 : H   + O2  ~> OH  + O

3) 억제반응 : OH + HX ~> H2O + X
☞ 전파,분기반응을 통해 생성된 활성라디칼 OH가 할로겐산 HX와 반응하여 불활성물질 H2O와 할로겐 X로 변하여 연쇄반응을 억제 

4) 재생반응 : X   + RH  ~>  HX  + R
☞ 할로겐 X가 수소를 포함한 화학종 RH와 반응하여 할로겐산 HX를 재생한다. 

 

(3) 원소의 소화효과

할로겐족 원소	전기음성도	소화효과	계열	종류
F	대 ▲ ▼ 소	냉각 ▲ ▼ 부촉매	HFC	HFC-125, -227ea, -23, -236fa
			FC	FC-3-1-10, FK-5-1-12
Cl			HCFC	HCFC Blend A, HCFC-124
Br			HBFC
I			HFIC	FIC-1311

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[연계학습]

고체에어로졸 소화설비 (NFPC/TC 110)

(1) 제정[2022.12.01]이유 - 「몬트리올 의정서」 지구 온난화 문제로 인하여 할론 소화약제를 대체하는 친환경 소화약제인 고체에어로졸 소화설비의 활성화

 

(2) 장점

- 안정성 : 인체에 무해하고 전자,전기장비에 영향을 주지 않음(변전실,변압실 등)

- 우수성 : 기존 할론 소화설비에 비해 5배 이상의 소화 성능을 보유

- 경제성 : 별도의 추가장치가 필요 없어 한번 설치로 10년 이상 유지되어 비용이 절감

- 편리성 : 간단하게 설치하며 설치 시간이 짧고 누구나 쉽게 취급이 가능

- 친환경 : 지구온난화지수(GWP)와 오존증파괴지수(ODP)가 "0"으로서 환경 친화적 

 

(3) 소화 매카니즘

1) 화재 발생시 불안정한 O, OH, H(활성라디칼) 물질등이 공기 중 산소(O2)와 결합하여 활성화 

전파 OH + H2 ~>  H2O + H     
분기 H    + O2 ~>  OH   + O

2)  화재를 감지한 고체에어로졸 소화설비가 화염속에 고체에어로졸 성분 K(칼륨)을 방사합니다.

고체에어로졸 화합물 ~> 고체에어로졸
K2O2 + CO2 ~> K2CO3 + O2

3) 방사된 K(칼륨)이 활성라디칼 물질(O, OH, H) 등과 융합하여 화염의 연쇄 반응을 억제하여 소화

억제 OH + K2CO3 ~> KOH + ?

관련 NFTC정의

1.7.1.1 "고체에어로졸소화설비"란 설계밀도 이상의 고체에어로졸을 방호구역 전체에 균일하게 방출하는 설비로서 분산(Dispersed)방식이 아닌 압축(Condensed)방식을 말한다.

1.7.1.2 "고체에어로졸 화합물"이란 과산화물질, 가연성물질 등의 혼합물로서 화재를 소화하는 비전도성의 미세입자인 에어로졸을 만드는 고체화합물을 말한다.

1.7.1.3 "고체에어로졸"이란 고체에어로졸 화합물의 연소과정에 의해 생성된 직경 10 ㎛ 이하의 고체 입자와 기체 상태의 물질로 구성된 혼합물을 말한다.

 

(4) 고체에어로졸 소화설비의 설치기준 (일반조건)

[NFPC 110]
제4조(일반조건) 이 기준에 따라 설치되는 고체에어로졸소화설비는 다음 각 호의 기준을 충족해야 한다.  

1. 고체에어로졸은 전기 전도성이 없을 것 
2. 약제 방출 후 해당 화재의 재발화 방지를 위하여 최소 10분간 소화밀도를 유지할 것 
3. 고체에어로졸소화설비에 사용되는 주요 구성품은 소방청장이 정하여 고시한 「고체에어로졸자동소화장치의 형식승인 및 제품검사의 기술기준」에 적합한 것일 것 
4. 고체에어로졸소화설비는 비상주장소에 한하여 설치할 것 
5. 고체에어로졸소화설비의 소화성능이 발휘될 수 있도록 방호구역 내부의 밀폐성을 확보할 것 
6. 방호구역 출입구 인근에 고체에어로졸 방출 시 주의사항에 관한 내용의 표지를 설치하여야 한다. 
7. 이 기준에서 규정하지 않은 사항은 형식승인 받은 제조업체의 설계 매뉴얼에 따를 것 

☞ 십전주 비밀 표설

 

(5) 고체에어로졸의 설치제외

2.2 설치제외
2.2.1 고체에어로졸소화설비는 다음의 물질을 포함한 화재 또는 장소에는 사용할 수 없다. 다만, 그 사용에 대한 국가 공인시험기관의 인증이 있는 경우에는 그렇지 않다.

2.2.1.1 니트로셀룰로오스, 화약 등의 산화성 물질
2.2.1.2 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 티타늄, 지르코늄, 우라늄 및 플루토늄과 같은 자기반응성 금속
2.2.1.3 금속 수소화물
2.2.1.4 유기 과산화수소, 히드라진 등 자동 열분해를 하는 화학물질
2.2.1.5 가연성 증기 또는 분진 등 폭발성 물질이 대기에 존재할 가능성이 있는 장소

☞ 금니가 유리

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NFPC 101 관련 소방기술사 및 관리사 기출문제 23제 & NFTC 비교