소방학 / 연소의 조건 / 연소의 범위

 

연소의 조건

연소의 조건  

1. 연소범위(폭발범위 = 연소한계 = 폭발한계 = 용량비의 백분율)  

(1) 의의   

① 가연성 가스가 공기와 혼합하여 연소반응을 일으킬 수 있는 적정한 농도범위를 연소범위라고 한다. 이러한 연소범위는 가연성 가스의 종류마다 다르다. 또한 연소범위를 연소한계, 폭발범위, 폭발한계라고도 한다.   
② 연소범위를 나타내는 단위로는 일반적으로 부피 백분율로 나타낸다.   
③ 연소범위에서 농도가 낮은 쪽은 연소범위의 하한계라고 하고 농도가 높은 쪽을 연소범위의 상한계라고 한다. 그리고 이 상한계와 하한계 사이, 즉 연소범위 내에서만 연소 반응이 일어나고 연소범위를 벗어나면 연소반응이 일어나지 않는다.
④ 연소범위가 넓을수록 연소범위의 하한계가 낮읈록 연소범위의 상한계가 높을수록 가연성 가스의 위험성은 증가한다.

(2) 연소범위에 대한 영향 인자
 ① 산소 농도 : 산소 농도가 증가하면 하한계의 변화는 거의 없고, 상한계가 넓어져 연소범위가 넓어진다.
 ② 온도 : 온도가 올라가면 분자의 운동이 활발해져서 분자 간 유효충돌 가능성이 커지기 때문에 연소범위는 넓어진다.
 ③ 압력
  ⓐ 일반적으로 압력이 높아지면 분자 간의 평균거리가 축소되어 유효충돌이 증가되며 화염의 전달이 용이하여 연소한계는 넓어진다
  ⓑ 연소하한은 크게 변하지 않으나 상한이 높아져 전체적으로 범위가 넓어진다.
  ⓒ 예외적으로 수소는 압력이 낮거나 높을 때 일시적으로 연소범위가 좁아진다.
  ⓓ 예외적으로 일산화탄소는 압력이 증가하면 연소범위가 좁아진다.
 ④ 비활성 가스 : 비활성 가스를 투입하면 공기 중 산소농도가 저하되므로 연소상한은 크게 변화하고 하한은 작게 변화하여 전체적으로 연소범위가 좁아진다.

(3) 위험도 
 ① 위험도는 연소범위를 여너범위 하한계 값으로 나눈 값으로 위험도가 클수록 위험하다.
 ② 각종 가연성 가스의 위험성을 나타낸 척도로 사용한다.
 ③ 위험도는 이황화탄소가 크지만, 폭발범위는 아세틸렌이 크다.

2. 인화점, 발화점, 연소점

 (1) 인화점
 ① 가연물에 점화원을 가하였을 때 불이 붙을 수 있는 최저온도를 인화점이라고 한다.
 ② 인화점은 인화성 액체의 위험성을 나타내는 기준으로 사용되고 있으며 액체 가연물에 있어서 가연성 증기를 연소범위 하한계로 증발시킬 수 있는 최저의 온도를 의미하기도 한다. 이때 인화점을 하부인화점이라고 한다.

 (2) 연소점

 ① 연소점은 점화원을 제거한 후에도 계속적으로 연소를 일으킬 수 있는 최저온도를 말한다. 좀 더 자세히 살펴본다면 외부의 에너지를 제거해도 발열반응의 연소열에 의해 미반응 부분의 연쇄반응이 지속적으로 일어나는 온도로써 자력에 의해 연소를 지속할 수 있는 온도를 의미한다.
 ② 일반적으로 연소점은 이화점보다 약 10도 이상 높다

 (3) 발화점

 ① 공기 중에서 가연성 물질을 가열했을 때 여기에 화염 등을 근접시키지 않아도 발화하며, 연소를 개시하는 최저의 온도를 발화점이라고 한다.
 ② 가연성 혼합기체를 다시 가열하면 계통 내의 온도 상승에 따라 에너지를 주지 않아도 연소가 되는 경우가 있는데 이를 "발화" 또는 "자연발화"라고 하며 이때의 온도를 "발화점"이라고 한다.
 ③점화원 없이도 스스로 불이 붙을 수 있는 최저의 온도이다.

 (4) 인화점과 연소점, 발화점의 비교
 ① 일반적인 온도 관계는 인화점 < 연소점 < 발화점이다.
 ② 일화점, 연소점, 발화점의 온도가 낮을수록 위험도는 증가한다.
 ③ 일화점이 낮으면 반드시 발화점이 낮아지는 것은 아니고, 인화점과 발화점은 관계가 없다.
 ④ 분무 된 액체는 인화점 이하에서 촥화될 수 있다.
 ⑤ 가열된 증기발생속도가 연소속도보다 빠를 때를 연소점이라 한다.

4. 연소의 3상 분류

 1. 기체의 연소
  기체의 가연물은 고체와 액체에 비하여 연소가 잘 일어나며, 빠른 시간에 가연물이 공기와 혼합되어 폭발범위 이내로 된다. 그렇기 때문에 작은 고기비라도 완전연소가 가능하며, 폭발의 위험이 상존하는 것이 특징이다.

 (1) 확산연소
  기체 연소의 가장 일반적인 연소로써 연료가스와 공기가 혼합하면서 연소하는 형태로서 산소가 들어온 부분만큼밖에 반응이 일어나지 않기 때문에 연소는 충분하지 않다.
  ① 연소속도는 공기와의 혼합과정이 필요하기 때문에 예혼합연소보다 느리다.
  ② 화염은 황색이나 적색을 나타내고 화염의 온도도 예혼합연소에 비해 낮다.

 (2) 예혼합연소
  가연성 기체와 공기가 미리 연소범위 내에 균일하게 혼합되어 있는 기상 중에서의 연소를 말한다. 어느 부분에서나 동일    한 농도의 혼합기가 균일하게 연소되므로 균질연소라고도 한다.
  ① 화염의 전파속도와 연소속도가 빠르다.
  ② 화염은 청색이나 백색을 나타내고 화염의 온도도 확산연소에 비해 높다.
  ③ 연소속도가 빠를 경우 비정상 연소인 역화 우려가 있다.
  ④ 예혼합연소의 예로 분젠버너의 연소, 불꽃점화식의 내연기관 연소실 내에서의 연소가 있다.

  (3) 부분 예혼한연소
   확산연소와 예혼합연소의 중간적인 성질을 가진 연소를 말한다.

  (4) 폭발연소
   기체의 연소 특징은 가연성 기체가 일시에 폭발적인 연소현상을 일으키는 비정상연소를 하고, 폭굉이나, 폭발을 수반 한   다는 것이다.

 2. 액체의 연소
  (1) 증발연소
  ① 액체 연소의 가장 일반적인 형태로 액체 가연물질의 연소는 액체표면에서 증발된 증기만이 연소하는 것으로서 액체 자체의 연소는 그렇게 높지 않으며, 지범에 도달하지는 않는다.
  ② 액체 가연물질의 표면은 연소열에 의하여 차차 온도가 상승하지만 이 역웅 액체 가연물질을 아래 위로 정 주면 차가운 액체가 액체표면으로 올라와 증발이 감소되어 불이 꺼지는 수도 있다.
  ③ 그러나 액체의 온도가 인화점 이상이 되면 액체표면으로부터 많은 양의 증기가 증발되므로 외히려 연소가 활발해 진다. 이를 액면연소라고 한다.
  ④ 증발 연소하는 물질은 휘발유, 등유, 경유, 알코올 등으로 1석유류, 2석유류, 알코올류가 많다.

  (2) 분해연소 
  ① 점도가 높고, 비중이 큰 중질유인 중유를 열분해시켜 탄소의 수가 적은 등유 가솔린 등으로 변경하여 증기를 발생케 함으로써 연소가 잘 이루어진 하는 연소의 형태이다.
  ② 분해연소는 상온에서 고체상태로 존재하고 있는 고체 가연물질의 연소형태이나 중유와 같이 비중이 크고 점도가 높은 액체 가연물질의 경우에도 분해연소의 형태를 보여준다.
  ③ 분해연소하는 물질은 분자량이 비교적 큰 중유, 글리세린, 벙커C유 등으로 3석유류, 4석유류 동식물유류가 많다.

  (3) 등심연소
  연료를 모세관 현상에 의해 등심선단으로 빨아 올려 등심의 표면에서 증발시켜 확산연소를 행하는 것으호서, 심지 상하식 버너와 석유램픅 ㅏ있다.

  (4) 분무연소
  ① 인화점 이하에도 연소가 가능하다
  ② 공업적으로 가장 많이 사용하는 것으로 액체연료를 무수한 액적으로 하여 증발 표면적을 증가시켜 연소하는 것이다.