【위험물산업기사】 7강. 연소이론

7강. 연소이론

 

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1. 용어 [본문]

2. 온도에 따른 불꽃색 [본문]

3. 연소의 3요소 [본문]

4. 위험물의 연소형태 [본문]

5. 르샤틀리에 법칙 [본문]

6. 폭발 [본문]

7. 오버현상 [본문]

8. 자연발화 [본문]

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1. 용어 [목차]

⑴ 연소 : 물질이 발열과 빛을 수반하는 급격한 산화 현상

⑵ 인화점 : 가연물을 가열할 때 가연성 증기가 연소범위 하한에 달하는 최저온도

⑶ 연소점 : 연소가 계속되기 위한 온도, 인화점보다 대략 10 ℃ 정도 높음

⑷ 착화점(발화점) : 가연물을 가열할 때 점화원 없이 가열된 열만을 가지고 스스로 연소가 시작되는 최저온도

⑸ 연소범위(연소한계, 폭발범위·한계, 가연범위·한계) : 연소에 필요한 가연성 기체와 산소와의 혼합가스 농도 범위

⑹ 단열불꽃온도(AFT, adiabatic flame temperature) : 천연가스가 공기와 함께 연소될 때 이론적으로 도달할 수 있는 최대 온도

 

 

2. 온도에 따른 불꽃색 [목차]

⑴ 온도에 따른 불꽃색 (불꽃반응)

① 담암적색(522 ℃)

② 암적색(700 ℃)

③ 적색(800 ℃)

④ 휘적색(950 ℃)

⑤ 황적색(1100 ℃)

⑥ 백적색(1300 ℃)

⑦ 휘백색(1500 ℃)

⑵ 온도에 따른 불꽃색(흑체복사)

① 적색(3500 ℃ 이하)

② 주황색(3500 ~ 5000 ℃)

③ 황색(5000 ~ 6000 ℃)

④ 황백색(6000 ~ 7500 ℃)

⑤ 백색(7500 ~ 11000 ℃)

⑥ 청백색(11000 ~ 25000 ℃)

⑦ 청색(25000 ℃)

⑶ 유기화합물 불꽃색

① 방향족 탄화수소는 지방족 탄화수소에 비해 매우 많은 그을음을 동반하며 연소 (∵ 탄소 밀도 ↑)

② 탄화수소의 불꽃은 황색 불꽃을 내며 연소 (∵ 불완전연소)

○ 불완전연소는 항상 CO의 생성을 동반

③ 산소를 함유한 유기화합물(예. 에테르, 케톤, 알데히드, 에스테르)은 밝은 청색 불꽃을 내며 연소 (∵ 완전연소)

3. 연소의 3요소 [목차]

⑴ 요소 1. 가연물 : 발열량 ↑, 열전도율 ↓, 활성화에너지 ↓

① 발열량 : 연쇄반응과 관련

② 열전도율 : 열 축적과 관련

③ 활성화에너지 : 반응문턱과 관련

⑵ 요소 2. 산소공급원 : 공기, 산화제, 자기 자신(즉, 자기반응성 물질의 경우)

① F의 전기음성도는 4.0, O의 전기음성도는 3.5로 전자를 매우 좋아함

② F2 또는 O2는 산화제로서 강력한 산화반응을 일으켜 빛 또는 열을 방출

③ 자연상에는 F2가 드물어서 일반적으로 연소의 조건으로 산소만 언급 

⑶ 요소 3. 점화원 : 전기불꽃, 정전기불꽃, 마찰/충격불꽃, 단열압축, 고열물, 산화열, 낙뢰

⑷ 정전기 방지법

① 지하 3 m 이상으로 접지할 것

② 공기 중 상대습도를 70% 이상으로 할 것

○ 주위 온도를 낮춰도 상대습도를 높일 수 있음을 상기하자.

③ 공기를 이온화할 것, 즉 반대극성의 전하 주입

⑸ 피뢰설비 : 낙뢰의 방지법

① 돌침부

○ 재질 : 구리봉 또는 알루미늄 도금을 한 철봉, 이와 동등 이상의 강도와 성능을 갖는 것

○ 모양 : 중심뿔 주위에 3개의 뿔이 60° 각도로 원추형

○ 설치 높이 : 건물최선단으로부터 25 cm 이상

○ 보호각 : 1개를 설치할 경우 사방 45도 보호, 2개 설치할 경우 외각 45°, 내각 60° 보호

② 피뢰도선 및 인하도선 : 2개 이상

③ 접지전극 : 지하 3 m에 설치, 저항 10 Ω 이하

 

 

4. 위험물의 연소형태 [목차]

⑴ 기체연소(= 불꽃연소, 확산연소) : 불꽃은 있으나 불티가 없음

⑵ 액체연소(= 증발연소) : 액체표면에 발생된 증기의 연소

⑶ 고체연소

① 분해연소 : 목재, 종이, 석탄, 플라스틱, 제3석유류, 자기연소를 하는 물질

○ 자기연소 : 화합물 자체가 산소를 함유해 산소 없이도 연소를 하는 것, 제5류 위험물 (예 : 셀룰로이드)

② 표면연소 : 코크스, 목탄, 금속분

③ 증발연소 : 황, 나프탈렌, 파라핀

 

 

5. 르샤틀리에 법칙 [목차]

⑴ 개요

① 일반화학에서의 르샤틀리에 법칙

② 위험물산업기사에서 르샤틀리에 법칙은 2가지 이상의 가연성 가스가 혼합되어 있을 때로 한정

⑵ 가연성 가스의 폭발범위

① 가연성 가스가 하한계보다 적으면 연소에 충분한 가연물이 없어 연소 불가

② 가연성 가스가 상한계보다 많으면 산소의 농도가 상대적으로 부족해 연소 불가

 

물질명	하한계(%)	상한계 (%)
메탄	5.0	15.0
에탄	3.0	12.4
프로판	2.1	9.5
부판	1.8	8.4
에틸렌	2.7	36.0
아세틸렌	2.5	81.0
황화수소	4.3	45.4
수소	4.0	75.0
암모니아	15.0	28.0
아세트알데히드	4.1	57.0
디메틸에테르	1.9	48.0
산화에틸렌	3.0	80.0
벤젠	1.4	7.1
톨루엔	1.4	6.7
이황화탄소	1.2	44.0
메틸알코올	7.3	36.0
에틸알코올	4.3	19.0
일산화탄소	12.0	74.0

 

⑶ 르샤틀리에 법칙

100 / L = V1 / L1 + V2 / L2 + ··· (단, Vi / Li : i 번째 가스의 위험도)

L : 혼합가스의 연소 하한값 또는 상한값

V1, V2, ··· : 각 성분의 체적 %

L1, L2, ··· : 각 성분기체의 연소 하한값 또는 상한값

 

 

6. 폭발 [목차]

⑴ 폭연(Deflagration) : 압력파가 음속보다 느리게 이동하는 연소현상

① 폭발의 연소속도 : 0.1 m/s ~ 10 m/s

⑵ 폭굉(Detonation) : 압력파가 음속보다 빠르게 이동하는 연소현상

① 폭굉의 연소속도 : 1,000 m/s ~ 3,500 m/s

⑶ 폭굉유도거리(DID, Detonation Induced Distance) : 최초의 완만한 연소부터 폭굉까지 이르는 필요거리

① DID가 짧아지는 조건 : 점화에너지 ↑, 연소속도 ↑, 관경 ↓(관경이 좁으면 유속 ↑), 압력 ↑, 주위 온도 ↑

 

 

7. 오버현상 : 고비점 액체 위험물에서 발생 [목차]

⑴ 보일오버(Boil Over) : 유류탱크 등 화재시 탱크 내 물의 비등으로 액체가 넘치는 현상

⑵ 슬롭오버(Slop Over) : 유류탱크 등 화재시 소화약제 내 물의 비등으로 액체가 넘치는 현상

⑶ 후로스오버(Froth Over) : 화재가 아닌 경우에 탱크 내 물의 비등으로 액체가 넘치는 현상

 

8. 자연발화 [목차]

⑴ 자연발화 : 물질이 서서히 산화되어 축적된 산화열이 서서히 발열·발화하는 현상

⑵ 자연발화의 종류 : 산화열, 분해열, 흡착열, 미생물에 의한 발열

⑶ 자연발화의 조건 : 발열량 ↑, 열전도율 ↓, 주위온도 ↑, 표면적 ↑, 습도 ↑

① 방지 : 습도 ↓, 저장실 온도 ↓, 통풍, 퇴적/수납시 열이 쌓이지 않게 함

② 열전도율 ↓ ☞ 자연발화율 ↑ : 열을 재빨리 퍼트리지 못하면 열이 축적되어 자연발화 ↑

③ 습도 ↑ ☞ 자연발화율 ↑ : 미생물의 증식이 더욱 원활해져서 자연발화 ↑ 

⑷ 준자연발화

① 황린(P4)

○ 공기 중 자연발화

○ 보호액 : pH 9 물(∵ 유독가스인 포스핀가스(PH3)의 발생 억제)

○ 연소생성가스 : 오산화린(P2O5)

② 칼륨(K), 나트륨(Na)

○ 물 또는 습기와 접촉하여 급격히 발화

○ 보호액 : 석유(파라핀, 경유, 등유 등)

○ 연소생성가스 : 수소(H2)

③ 알킬알루미늄 

○ 공기 또는 물과 반응하여 발화, 피부접촉시 화상

○ 희석액 : 벤젠, 헥산(Hexane)

○ 소화제 : 팽창질석, 팽창진주암

④ 이황화탄소

○ 보호액 : 물

참고. 이황화탄소는 가연성 증기 발생을 억제하기 위해 물에 저장

⑤ 니트로셀룰로오스

○ 보호액 : 알코올

 

입력: 2018.02.03 09:20