소방학 / 연소생성물

연소생성물

화재 시 발생하는 연소생성물은 일반적으로 연소가스, 화염, 열, 연기 4가지로 분류한다.

1. 연소가스

(1) 서설

연소 반응이 일어날 때 발생하는 연소 가스는 연소를 가능하게 하는 가연성 가스와 인체에 유독한 독성가스로 나누어 생각해 볼 수 있다. 가연성 가스는 앞서 연소범위에서 다루었고 여기에서는 연소 시 발생하는 독성가스에 대해 알아보도록 한다.

(2) 독성가스

허용농도가 LC50을 기준으로 5,000ppm 이하인 가스를 독성가스라고 하고 독성이 큰 순서대로 분류하면, 아크롤레인, 포스젠, 이산화질소, 염화수소, 아황산가스, 황화수소, 사이안화수소, 암모니아 등이 있다.

① 일산화탄소 : 탄화수소 셀룰로스로 구성된 가연성 물질인 석유류 나무 고무류 종이류 석탄 등이 불완전 연소할 때 발생하는 유독성 가스이다. 독성의 허용농도는 50ppm이고 일산화탄소는 무취 무미의 환원성이 강한 가스로서 상온에서 염소와 작용하여 유독성 가스인 포스젠을 생성하기도 하며, 인체 내의 헤모글로빈과 결합하여 산소의 운반기능을 약화해 질식게 한다.

② 이산화탄소 
ⓐ 탄화수소 셀룰로스 구성된 가연성 물질인 종이 나무 석탄 석유류 고무류 등이 완전 연소할 때 발생하는 연소생성물로 독성이 5,000ppm이다. 또한 이산화탄소는 무색 무미의 기체로서 비중이 공기보다 무거우며, 불연성이고 지연성도 없다.

ⓑ 이산화탄소 자체는 독성이 거의 없으나 다량이 존재할 때 사람의 호흡속도를 증가시키고 혼합된 유해가스의 흡입을 증가시켜 위험을 가중한다. 이산화탄소 농도가 5%일 경우 호흡이 과중해지고 심한 고통을 느끼며, 9% 정도일 경우는 10분 이내에 의식을 잃게 된다.

③ 황화수소 : 고무 동물의 텅 가죽 등 유황이 함유되어 있는 물질이 불완전 연소할 때 발생하며, 계란 썩는 듯한 냄새가 후각을 마비시켜 유해가스의 흡입을 증가시킨다. (허용농도 10ppm)

④ 아황산가스 : 유황이 함유되어 있는 물질인 중질유 동물의 털 고무 등이 연소할 때 발생하는 연소생성물로서 무색의 유독성이 있어 눈 및 호흡기 등에 점막을 상하게 하고 질식사할 우려가 있다. 0.05% 농도에 단시간 노출되어도 위험하므로 유황을 저장 또는 취급하는 공장에서는 호흡을 방지하고 화재에 유의하여야 한다.

⑤ 암모니아 : 질소 함유물이 연소할 때 발생하는 연소생성물로서 유독성이 있으며, 상온 상압에서 강한 자극성을 가진 무색의 기체로서 물에 잘 용해된다. 특히 비료공장 냉매공업 분야에 많이 사용되고 있으므로 이러한 공장에서는 암모니아를 흡입하지 않도록 주의하여야 한다.

⑥ 사이안화수소 : 청산 가스라고도 불리는 사이안화수소는 질소 성분을 가지고 있는 합성수지, 동물의 털, 인조견, 모직물 등의 섬유가 불완전 연소할 때 발생하는 무색의 맹독성 가스이며 가연성 가스이다. 독성은 시안화이온이 생체조직의 탄화 효소에 영향을 주기 때문에 일산화탄소와 달리 헤모글로빈과 결합하지 않고도 호흡의 저해를 통한 질식을 유발한다. 화재에서 발생한 사이안화수소를 한 번만 마시면 독성 때문에 기도와 폐가 부어 숨을 제대로 못 쉬고 정신이 혼미해지며 기도나 폐가 연기 증기에 의해 손상을 입는 흡인 화상 및 이로 인한 폐부조의 기도 부족 등의 증상을 보이게 되므로 구조된 후에도 여러 가지 합병증을 유발한다. 사이안화수소의 독성의 허용농도는 10ppm으로서 0.3% 이상의 농도에서는 즉시 사망한다.

⑦ 아크롤레인 : 석유제품 유지류 등이 연소할 때 발생하는 연소생성물로서 자극적인 냄새가 나는 무색의 액체성 물질이고 산화하기 쉬우며, 공기와 접촉하면 아크릴산으로 된다. 인체에 대한 허용농도는 0.1ppm이고 10ppm 이상의 농도에서는 거의 즉사할 수 있다. 

⑧ 불화수소 : 합성수지인 불소수지가 연소할 때 발생하며 무색의 자극성 기체로 유독성이 강하다. 특히 물에 잘 녹고 부식성이 있으며, 인화성 폭발성 가스를 발생시킨다. 독성의 허용농도는 3ppm이다.

⑨염화수소 염소 성분이 함유된 염화비닐수지, 건축물에 설치된 전선의 피복이 연소할 때 발생하며, 유독성이 있어 독성 가스로 취급하고 있다. 특히, 염화수소는 물에 녹아 염산이 되는 것으로 독성의 허용농도는 5ppm이고, 향료 염료 의약 농약 등의 제조에 이용되고 있으며, 부식성이 강하여 철근콘크리트 내의 철근을 녹슬게도 한다.

2. 열

(1) 열의 용어

①비열 : 어떤 물체의 질량 1kg을 1C 올리는 데 필요한 열량을 비열이라고 한다. 즉 비열이 작을수록 온도가 잘 올라가고 비열이 클수록 온도가 잘 올라가지 않는다.
② 열량 : 온도가 다른 두 물체를 접속하면 열이 고온에서 저온의 물체로 이동하여 두 무채의 온도가 같아져 열평형상태에 도달하게 된다. 이때 이동한 영의 양을 열량이라고 하며 단위는 cal 또는 kcal을 사용한다.
③ 열용량 : 물체의 온도를 1K 올리는데 필요한 열량을 그 물체의 열용량이라고 한다. 단위는 kcal/K를 사용한다.
④ 헌혈 : 열의 출입이 상변화에 사용되지 않고 온도변화 현상으로 나타나는 열을 헌혈이라 한다.
⑤ 잠열 : 열의 출입이 온도변화 현상으로 나타나지 않고 상변화로 흡수, 방출되는 열을 잠열이라고 한다.

(2) 열이 인체에 미치는 영향

인간이 방사열을 받았을 때 견딜 수 있는 시간은 방사열의 제곱에 반비례하며, 인체의 열 관성에 비례하고, 온도 차의 제곱에 비례한다고 한다.

①화상의 분류
ⓐ1도 화상 : 변화가 피부의 표틍에 나타나며, 최외각의 피부가 빨갛게 되고 통증을 수반한다.
ⓑ2도 화상 : 표피와 진피의 일부까지 도달하는 화상이며, 화상으로 물집이 생기고 통증이 심하다.
ⓒ3도 화상 : 말초신경까지 기능이 죽은 상태이며, 화상 부위는 통증을 거의의 못 느끼는 상태이다.
ⓓ4도 화상 : 피하지방, 근육 또는 뼈까지 도달하는 화상이며, 주로 전기화재에서 많이 발생한다.