가스소화약제이론가스소화약제이론

가스 소화약제이론

불활성 기체-이산화탄소(1)

 소화원리

공기중

O₂함유량 21V/V%

공기중 O₂의 농도는 15V/V%로 저하(질식소화)

CO₂를 공기중에 40V/V% 혼입

• 열 흡수에 의한 냉각작용

보조적 효과로 CO₂ 방출 시 단열팽창에 따른 온도 저하로 드라이아이스 생성(-78.5℃)

• 산소농도를 15% 이하로 하여 질식소화

액화탄산가스 1kg은 기화하였을 때 15℃에서 534L의 기체로 변한다.

• 한계산소농도 이하로 고정식 소화설비에 적합

H₂, C₂H₂, CS₂, CO 등의 특수한 물질은 제외(산소농도 15% 이하에서 질식효과 없음).

구분 1종 2종 3종

CO₂(용량 %) 99.0 이상 99.5 이상 99.5 이상

수분(중량 %) - 0.05 이하 0.005 이하

냄새, 느낌 이상한 냄새가 없을 것 - -

용도 소화약제 원료로 적합

 KS K 1106 액화탄산의 품질

불활성 기체-이산화탄소(6)

 가스농도, 충전비, 과잉공기 등

① NFPA에서의 CO₂가스농도

심부화재시 7분 이내에 소요량을 방출량(설계농도가 2분 이내, 설계농도의 30% 이상)

V(㎥) x 0.674(kg/㎥)=방출량

 

 





 

C C S

kg V

W ( ) 100

여기서, W : 소화약제 중량 V : 방호구역 체적(㎥)

S (㎥/kg) : 비체적(Specific Volume) S = K₁ + K₁ , K₁=

T : 방호구역의 온도

C : 지정된 온도에서의 공기중에 있는 소화약제의 vol%



 



 273

T

분자량

㎥ kg 1

4 . 22

② 충전비 L : 소화제 1kg당의 용기내용적의 L수이다.

용기내용적(L) 충전비(L/kg)=

충전소화약제량(kg)

불활성 기체-이산화탄소(7)

 가스농도, 충전비, 과잉공기 등

 가스농도, 충전비, 과잉공기 등

공기공급몰수 – 이론공기몰수

③ 과잉공기(%) = X 100%

이론공기몰수

CO₂의 경우 20℃에서의 비체적(S)=K + K = + ∴ S = 0.546 ㎥/kg

④ 약제방출가스의 대기 중 체적

여기서, : 약제방출가스의 대기 중 체적(L) : 방호체적(L)



 



 273

T

44 4 . 22

44 4 .

22 



 



 273

20

O V

V

 O 



2

21

V

V

불활성 기체-이산화탄소(7)

⑤ 약제가스 농도(%) =

여기서, : 방호체적(L)

: 약제방출가스의 대기 중 체적( =S X V)

⑥ O₂농도(%) =

21 100 100 21

 



 



 



 

O V

V V

g g

V

V

V

100 21

1 

 



 

  약제가스농도

 CO₂ 소화설비에서의 주의사항

① CO₂소화설비는 A급 적응성이 있으나,

CO₂소화기는 방사시 즉시 기화되어 개발화의 위험성이 있으므로 A급 적응성이 없다.

② 금속수소화합물은 적응성이 없다.

Silane(SiH₄) phosphine(PH₃) Arsin(A₃H₃) Diborane(B₂H ) ← 고압가스안전 관리법에서 취급한다.

- 이때에는 S/P설비를 함(NFPA)

- CO₂가스를 방사하는 순간은 소화가 되나 방사를 멈추면 발화

6

 CO₂소화설비 분사헤드 설치제외 대상

- 방재실, 제어실 등 사람이 상시 근무하는 장소 - 니트로셀룰로오스, 셀룰로이드 제품 등

- 자기가연성 물질을 저장, 취급하는 장소 - 나트륨, 칼륨, 칼슘

- 활성금속물질을 저장 취급하는 장소

불활성 기체 - 질소/아르곤

다른 가스계 소화약제보다 소화효과가 비교적 나쁘며 질소의 불연성을 이용한다.

질소는 공기 중에 79%를 차지하며 액체공기의 분류로 쉽게 얻을 수 있으나 저장성 나쁘다 (가압해도 상온에서 액화 안됨).

소화약제로의 적용성은 단독으로 사용하는 것은 다른 가스설비보다 부적합하다(소화 보조제로 이용 가능).

 질 소

 질소의 산화반응

 아르곤

주기율표상에 0족에 속하는 물질로서 다른 원소와 반응하지 않는 불활성기체이다.

불활성기체의 대표적인 물질로서 공기중에 1% 함유되어 있으며 불활성기체로서 희석소화 능력이 저조하다(질소보다도 저조).

고온의 금속은 질소나 이산화탄소와도 반응하므로 이런 때 착화방지를 위해 이용된다.

할로겐화합물 소화약제(1)

 할로겐화합물 소화약제

지방족 탄화수소인메탄, 에탄등에서 분자 내의 수소일부 또는

전부가할로겐족 원소 (F , Cl , Br, I)로 치환된 화합물을 말하며 일명으로 Halon(Halogenated Hydrocarbon의 준말)

① 제일 앞에 Halon 이란 명칭을 쓴다.

② 그 뒤에 구성 원소들의 개수를 C, F, Cl, Br, I의 순서대로 쓰되 해당 원소가 없는 경우는 0으로 표시

③ 맨 끝의 숫자가 0으로 끝나면 0을 생략한다. (I의 경우는 없어도 0을 표시하지 않는다.)

 할로겐화합물에서 할로겐 원소의 역할

 약제의 종류 및 특성

할로겐화합물은 상온에서 액체인 것은 Halon1011, 2402 기체인 것은 Halon1211, 1301

할로겐화합물 소화약제(2)

 할로겐화합물에서 할로겐 원소의 역할

 할로겐화물 소화약제 비교

할로겐화합물 소화약제(3)

 할로겐화합물 소화약제의 개략적인 물성

할로겐화합물 소화약제(5)

 적응화재

2) 사용이 제한되는 소화대상물

① 셀롤로오스 질산염 등과 같은 자기 반응성 물질 또는 이들의 혼합물

② Na, K, Mg, Ti, Zr, U, Pu같은 반응성이 큰 금속

③ 금속의 수소화합물(LiH, NaH 등)

④ 유기과산화물, 히드라진과 같이 스스로 발열 분해하는 화학제품

 소화농도

Halon의 경우 화학적 억제효과에 의해 소화하기 때문에 소화에 필요한 최소 농도는 이산화탄소에 비해 상당히 작은 편이다.

예를 들어, 공기중의 Halon농도를 10vol%로 하면 산소농도는 약 18.9vol%가된다.

보통 가연물의 한계 산소 농도를 15vol%이하로 본다면 산소농도 저하에 의한 질식 위험은 없다고 볼 수 있다.

청정 소화약제

 청정소화약제의 평가 항목(1)

1) G.W.P (Global Warming Potential : 지구온난화지수)

• 어떤 물질의 지구온난화에 기여하는 능력을 상대적으로 나타내는 지표로서 기준물질 CFC-11의 GWP를 1로 하여 같은 무게의 어떤 물질의 지구 온난화에 기여 하는 양의 비로 나타낸 것이다.

2) O.D.P (Ozone Depletion Potential : 오존파괴지수)

• 어떤 물질이 오존파괴에 기여하는 능력을 상대적으로 나타내는 지표로서기준물질인 CFC-11의 ODP를 1로 하여 같은 무게의 어떤물질의 오존파괴량을 나타낸것을 말한다.

3) NOAEL (NO Observable Adverse Effect Level)

• 약제방출 후 신체에 아무런 악영향도 감지할 수 없는 최대 농도 /심장에 독성을 미치지 않는 농도

4) LOAEL (Lowest Observable Adverse Effect Level)

• 소화약제의 소화농도는 NOAEL보다 낮아야 하고, 할로 대체소화약제는 주로 NOAEL과 LOAEL에 의해 독성을 상대적으로 평가하고 있다.

청정 소화약제

 청정소화약제의 평가 항목(2) 5) A.L.T : 대기권 잔존 년수

6) SNAP PROGRAM : 미국 환경청(소화성능보다는 환경 영향성을 기준한다.)

7) 세대별 물질 : 제 1세대 물질( 소화성능은 우수하나 ODP가 높은것) 제 2세대 물질( 소화성능이 우수하고 ODP도 낮은것)

8) LC50

: 60마리의 쥐에게 4시간 동안 노출시킨 후, 14일간 관찰했을 때 그 중의 50%가 사망하는 농도

청정 소화약제

 청정소화약제 사용상 주의사항

① 사용금지장소 및 물질 : 공기가 없는 곳이나 사람이 상주하는 곳으로서 최대허용 설계농도를 초과하는 장소, 3류, 5류위험물을 사용하는 장소

② 접지 : 액화가스 방출시 접지되지 않은 도체에는 정전기 축적 우려

③ 농도 : 밀폐된 방호대상물에 약제를 방출할 경우 충분히 지정된 기간 동안 농도에 달하고 지속 될 수 있도록 설치되어야 한다.

④ 온도 : 주위온도가 높은 지역에서 청정소화제를 사용할 때에는 소화효과와 장비에 대한 약제분해영향을 고려해야 한다.

⑤ 이격거리 : 전기기기와의 이격거리는 규정에 의한 최소한 이격거리를 유지

⑥ 혼합 : 동일한 밀폐공간의 방호를 위해서 서로 다른 청정소화제를 동시에 방출하는 설비는 금지.

청정 소화약제

 Halon 대체 소화약제의 종류

청정 소화약제

 소화 약제별 소화특성

1) FC-3-1-10(퍼플루오로부탄)

: FC－3－1－10은 끓는점이 －2.2℃로 전역방출방식에 사용되며 소화농도가 5.0～5.9vol%로 비교적 소화성능도 우수하다. 또한 NOAEL(심장에 영향을 미치지 않는 최대허용농도)이 40vol%로 소화농도보다 훨씬 높기 때문에 거실에서도 사용할 수 있는 장점이 있다.

 FC-3-1-10 특성

청정 소화약제

 소화 약제별 소화특성

2) FK-5-1-12(도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-원)

: FK－5－1－12의 화학식은 CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂이며 (PFC 또는 불소－탄소화합물)계열의 소화약제는 다른 약제에 비하여 ALT가 긴 관계로 지구환경에 미치는 영향이 크기 때문에 SNAP 프로그램에서는 다른 물질이 없는 제한된 용도에만 허용되고 있다.

3) HCFC BLEND A (하이드로 클로로 플루오로카본 혼합체)

: HCFC BLEND A는 상품명으로 NAF S-Ⅲ이라고도 한다. HCFC－123이 4.75%, HCFC－22가 82%, HCFC－124가 8.6%와 C₁₀H₁₆이 3.75%인 혼합물 로 이루어진 소화약제

 HCFC Blend A 특성

청정 소화약제

 소화 약제별 소화특성

4) HCFC－124 (클로로테트라플루오로에탄)

: 화학식은 CHClFCF3이며 HCFC계 물질로 끓는점이 －11.0℃이며 전역방출방식 및 휴대용 소화약제의 후보물질이다. n－heptane 불꽃의 소화농도는6.4~8.2vol%이고

독성은 LC₅₀이 23～29vol%, NOAEL이 1.0vol%, LOAEL(독성인정 최저 농도)이 2.5vol%이다.

할론1301과 비교할 때 무게비로 1.6배 부피비로 2.3배를 투입하여야 효과적으로 소화할 수 있다.

 HCFC 124 특성

청정 소화약제

 소화 약제별 소화특성

5) HFC－125 (펜타플루오로에탄)

: HFC－125의 화학식은 CHF2CF3 이며 할론1301과 아주 유사한 물성을 지니고 있다.

다만 밀도는 1.249g/mL로 할론1301의 1.548g/mL보다 낮고 임계온도도 비교적 낮기 때문에 용기에 대한 소화약제의 저장비율이 약간 떨어진다.

불꽃의 소화농도는 8.1～9.4vol%로 할론1301에 비해 높으며 증발잠열은 27.1cal/g으로 할론 1301의 19.7cal/g에 비해 훨씬 크므로 완전히 기화시켜 배출하는데 어려움이 있다.

 HFC 125 특성

청정 소화약제

 소화 약제별 소화특성

 HFC 23 특성

7) HFC－23 (트리플루오로메탄)

: FC에 수소가 첨가된 HFC계의 대체물질로 수명이 GWP도 작도록 개발된 물질이다.

HFC계 물질은 브롬과 염소도 함유하지 않아 ODP가 0이며 독성도 낮다.

다만, 단점은 브롬이 함유되지 않아 화학적 소화성능은 없고 물리적 소화성능만 발휘하기 때문에 기존의 할론에 미치지 못 하는 점이다.

HFC－23은 증기압이 높고 밀도가 낮기 때문에 기존 할론1301 시스템을 사용할 수 없지만 HFC－23의 증기압이 이산화탄소와 비슷하고 밀도는 더 커서 이산화탄소의 대체물질로는 매우 유망하다. 따라서 이산화탄소에 비해 낮은 소화농도, 낮은 독성 및 기존의 장치를 이용

청정 소화약제

 소화 약제별 소화특성

8) FIC－13I1(트리플루오로아이오도카본)

: CFC－1311(CF I)는 3세대 가스계소화약제로서 화학식으로는 CF₃I FIC계열로 HFC계열보다 대기중의 자연분해도가 훨씬 높은 제품이나 단가가 높아 실용성이 떨어진다.

 CF₃l 특성

9) HFC 236fa 소화약제

: HFC 236fa 소화약제는 무색, 비전도성 가스로 약 2.4kg/cm² 압력, 냄새가 거의 없다.

 HFC 236fa 특성

10) IG－01 (불연성․불활성기체혼합가스)

: IG－01 소화약제는 다음 같은 특성을 지니고 있다. IG－01은 주위온도(20℃)에서 무색, 무취, 비전도성 가스로 약 1.4kg/cm² 정도의 압력을 지니고 있다.

청정 소화약제

 소화 약제별 소화특성

 lG-01 특성

11) IG－55 소화약제

: IG－55 소화약제는 무색, 무취, 비전도성 가스로 약 1.0kg/cm² 정도의 압력을 지니고 있으며 혼합의 성질은 아르곤(허용치 50±5%)과 질소(허용치50±5%)로 되어 있다.

 lG-55 특성

청정 소화약제

 소화 약제별 소화특성

12) IG－100 (불연성․불활성기체혼합가스)

: ABC급 화재에 적응성이 있으며 질소 100%를 사용한 불활성 가스 약제. 타약제에 비하여 많은 용기수를 필요로 하며 이로 인해 넓은 저장실이 필요.

 IG－100 특성

13) IG－541 (불연성․불활성기체 혼합가스)

: IG－541은 질소 52%, 아르곤 40%, 이산화탄소 8%로, Inergen 약제라도 하며 주로 밀폐된 공간에서 산소농도를 낮추어 소화. 소화성능을 발휘할 수 있는 약제의 농도에서도 사람의 호흡에 문제가 없는 장점이다.

 IG－541 특성

분말 소화약제

 소화 원리

분말 소화제는 화염에 방사되었을 때에 흡열반응에 의한 냉각효과와 열분해 반응으로 생성된 이산화탄소가 발생하여 질식효과가 있다. 또한 더 많은 분말소화약제의 방사로 인하여 연소의 연쇄반응을 저지하는 부촉매 효과 등의 복합작용에 의해 소화한다.

• 분해 － 흡열반응(냉각작용)

• 생성물 － 질식, 희석 및 연쇄반응 억제(부촉매 효과), CO2, H2O 등

 분말 소화약제의 성상

분말 소화약제

 구비조건

① 내습성이 좋아야 한다. 예를 들면, 분말약제의 일정량의 시료를 수면위에 뿌리고 1시간 이내에 가라앉지 않아야 하며 방지법으로는 공기접촉을 최소화하여야 한다.

공기중에는 수분이 포함되어 있기 때문이다.

② 소화성능을 발휘하기 위해 방사효율 및 유동성이 좋고 비고화 경향성(非固化傾向性)이 있어야 함.

③ 입도는 소화효과를 위해 10～75 정도이다(최적 크기 입도 20～25micron).

특히, 겉보기 비중은 0.820g/mL으로 일정하여야 한다. 비중이 작으면 약제를 담는 소화기기의 설계가 커져 경제성이 떨어진다.

④ 부식성과 독성이 없어야 하며 경년기간이 길고, 안정성이 높아야 한다.

⑤ 비표면적이 커야 한다.

Thank you very much for listening

25