Cup Burner를 이용한 불활성 가스의 소화농도에 관한 연구

Abstract

인류는 인명과 재산을 위협하는 화재를 효율적으로 진화(鎭火)하려는 노력을 지속해 왔다. 특히 산업사회에서 발생되는 화재는 원시(原始)의 화재와는 달리 그 종류가 다양해졌다. 가연물, 산소, 점화원으로 구분되는 연소의 3요소 중 가연물의 성상과 종류에 따라 화재의 종류별 급수를 정하고 있으며, 대부분의 나라에서는 A, B, C, D, E급으로 분류하고 있다.1) 특히 가연물의 수송·저장·취급 시에 대한 공정안전과 손실예방을 위한 연구는 지속적인 관심사가 되고 있다. 이들 가연물에 대한 위험 특성치로는 인화점, 발화점, 폭발한계, 최소산소농도 등이 있으며, 이 중에서도 연소범위 안에서 공정안전을 확보하기 위해서 최소산소농도(MOC:Minimum Oxygen Concentration)가 대단히 중요하다. 가연성가스 또는 가연성증기에 불활성가스를 주입하여 산소의 농도를 MOC 이하로 낮추는 작업을 치환(Purging)이라고 하는데, 이를 위한 노력은 지속적으로 이루어져왔으며, 화재를 진화하기 위한 가스계 소화약제의 개발이 다양하게 발전되었다. 특히 할로겐 화합물 소화약제는 화학적, 물리적으로 안정성이 있기 때문에 B급 및 C급 화재에 대한 우수한 소화 성능을 갖춘 청정 소화약제로서 가장 널리 사용되어졌다. 청정 소화약제라 함은 할로겐화합물 및 불활성기체로서 전기적으로 비전도성이며 휘발성이 있거나 증발 후 잔여물을 남기지 않는 소화약제를 말한다.2) 또한 인체에 미치는 영향이 낮고 그 소화능력이 뛰어나서 가장 널리 사용되어졌다. 그러나 이들 소화약제가 1987년 몬트리올 의정서(Montreol Protocol)에서 오존층 파괴 원인물질로 알려지면서 그 사용이 단계적으로 제한되기 시작했으며, 교토의정서(Kyoto Protocol)에서는 2008～2012년 기간 중에 선진국 전체의 배출총량을 ‘90년 수준보다 최소 5% 감축할 것’을 표명했다3). 이와 같이 Halon이 성층권의 오존층 파괴에 영향을 미친다는 점에서 국제적인 협의에 의해 규제되고 있으며, 환경친화적인 연소억제제를 연구할 필요성이 대두되었다. 이들 약제의 대체물로서 질소와 같은 불활성 가스의 혼합물을 이용하는 방법이 계속 진행되고 있다. 그러나 이들 불활성 가스는 무독성이고 전기 전도성이 없으며 깨끗한 연소억제제로 그 장점을 가지지만, Halon 계열에 비해 소화능력이 떨어진다는 점과 용기 및 설비 등에 저장시 그 부피가 Halon에 비해 11～13배 정도 더 크므로 비효율적인 면을 지니고 있다4). 그러므로 불활성 가스에 효과적인 소화 억제제를 추가하여 소화농도를 증가시키거나 불활성 가스 간에 적절한 혼합비를 구성하여 소화능력과 효율성을 향상시키기 위한 노력이 지속되어져야 한다. 이에 관한 연구를 수행하기 위해 이용되는 대표적인 실험장치로는 소화농도측정장치(fire extinguishing concentration system)있는데, 소화능력을 실험하기 위해서는 국제적인 기준이 필요하다. 그러므로 본 실험에서는 NFPA(National Fire Protection Association) 2001 Standard에서 권장하는 방법과 동일하고5) 이를 표준에 맞게 장치를 제작하여 불활성가스에 대한 소화능력을 연구하였다. 또한 소화한계측정에 관한 연구가 부족함으로 이에 대한 연구의 필요성을 분석하고 청정소화약제의 개발 및 화재·폭발사고의 예방을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.

To investigate extinguishing concentration by amount air flow for n-Heptane, Kerosene and Gasoline, this investigation was studied. The experimental results obtained were as follows; 1) At a standard amount of air flow was 40ℓ/min, The extinguishing concentration of Argon, Nitrogen, Carbon dioxide and Helium for n-Heptane was 42.0%, 28.6%, 20.8%, 12.7% respectively. 2) Kerosene was 36.5%, 27.3%, 17.4%, 12.3% with same inert gas. 3) Gasoline was 31.6%, 25.2%, 14.5%, 11.5%. 4) The best extinguishing gas among Argon, Nitrogen, Carbon dioxide, Helium for n-Heptane, Kerosene, Gasoline was Helium. 5) According to the results for extinguishing concentration experiment by amount air flow; The higher air flow increased, the higher extinguishing concentration increased.