물 소화약제에 대하여 알아보자

오늘은 물 소화 약제에 대하여 알아보는 시간을 가져보겠습니다,

 

소화약제로서의 물

 

물은 오래 전부터 널리 사용되어 오고 있는 소화약제로 대부분의 화재는 물로써 소화가 가능하다. 최근에는 각종 소화약제 및 소화 설비들이 개발되어 화재를 효과적으로 진압하고 있으나 아직까지도 물은 중요한 소화약제로 사용되고 있다. 물이 소화약제로 널리 사용되고 있는 가장 큰 이유는 우선 구하기가 쉽고, 비열과 증발 잠열이 커서 냉각 효과가 우수하며, 펌프, 파이프, 호스 등을 사용하여 쉽게 운송할 수 있기 때문이다. 그러나 사용 후 2차 피해인 수손이 발생하고 추운 곳에서는 사용할 수 없는 단점도 있다. 특별한 경우를 제외하고는 주로 일반화재(A급 화재)에만 사용된다.

 

물의 물리적 성질

 

① 물은 상온에서 비교적 안정한 액체로 자연 상태에서는 기체(수증기), 액체 고체(얼음)의 세 가지 형태로 존재한다.

② 0℃의 얼음 1g이 0℃의 액체 물로 변하는 데 필요한 용융열(용융 잠열)은 79.7㎈/g이다([표 3] 참고).

③ 100℃의 액체 물 1g을 100℃의 수증기로 만드는 데 필요한 열량인 증발 잠열(기화열)은 539.6㎈/g으로 다른 물질에 비해 매우 큰 편이다([표 3] 참고).

④ 물 1g을 1℃ 올리는 데 필요한 열량인 비열은 1㎈/g․℃로 다른 물질에 비해 상당히 큰 편이다([표 4] 참고). 따라서 20℃의 물 1g을 100℃까지 가열하기 위해서는 80㎈의 열이 필요하다.

⑤ 대기압 하에서 100℃의 물이 액체에서 수증기로 바뀌면 체적은 약 1600배 정도 증가 한다(100℃의 포화수와 건조포화수증기의 비체적은 각각 0.001044ℓ/g, 1.673ℓ/g).

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[표 1] 물질의 용융열과 증발 잠열

물 질 명	용융열 (㎈/g)	증발 잠열 (㎈/g)	물 질 명	용융열 (㎈/g)	증발 잠열 (㎈/g)
물	79.7	539.6	에틸알코올	24.9	204.0
아 세 톤	23.4	124.5	납	5.4	222.6
벤 젠	30.1	94.3	파라핀왁스	35.0	-
사염화탄소	4.1	46.3	L P G	-	98.0

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[표 2] 물질의 비열

물 질 명	비열(㎈/g․℃)	물 질 명	비열(㎈/g․℃)
물(얼음, 0℃)	1.000(0.487)	구 리	0.019
아 세 톤	0.528	유 리	0.161
공 기	0.240	철	0.113
알루미늄	0.217	수 은	0.033
부 탄	0.549	나 무	0.420

⑥ 1atm에서 물의 빙점(융점)은 0℃, 비점은 100℃이다. 이들 값은 압력에 따라 변한다.

⑦ 물의 비중은 1atm을 기준으로 4℃일 때 0.999972로 가장 무거우며 4℃보다 높거나 낮아도 이 값보다 작아진다.

⑧ 물은 압력을 받으면 약간은 압축되나 기체에 비하면 무시해도 좋을 정도이므로 비압축성 유체로 간주할 수 있다. 온도에 따라 다르기는 하지만 1㎏/㎠의 압력 증가에 평균 3.0×10-10～5.0×10-10씩 부피가 감소한다.

⑨ 물의 점도는 1atm, 20℃에서 1.0cP(1 centipoise=0.01g/㎝․sec)이며 온도가 올라가면 점도는 작아진다(50℃에서는 0.55cP).

⑩ 물의 표면 장력은 20℃에서 72.75dyne/㎝이며 온도가 상승하면 표면 장력은 작아진다(40℃에서는 69.48dyne/㎝).

 

물의 화학적 성질

① 물은 수소 2원자와 산소 1원자로 이루어져 있으며 이들 사이의 화학결합은 극성 공유 결합이다.

② 물은 극성 분자이기 때문에 분자간의 결합은 쌍극자 - 쌍극자 상호 작용(극성 분자의 양의 말단과 다른 극성 분자의 음의 말단 사이에 작용하는 정전기적 인력)의 일종인 수소 결합(hydrogen bond)에 의해 이루어진다. 물의 비정상적인 성질은 대부분 이 수소 결합의 결과이다. 물이 비교적 큰 표면 장력을 갖는 것도 분자간의 인력의 세기와 직접적인 관계가 있으며, 비교적 큰 비열도 수소 결합을 끊는데 큰 에너지가 필요하기 때문이다.

 

3-1-2 소화제로서의 주수방법

봉상 주수	•화재시 화세가 강하여 빠른 시간에 소화가 필요한 경우에 사용 •냉각소화효과가 있으며, 전기전도성이 있으므로 전기화재(C급화재)에 부적합
적상 주수	•스프링클러소화설비, 연결살수설비 등에 적용 •봉상주수와 마찬가지의 효과
무상 주수	•봉상 및 적상주수에 비해 냉각소화가 좋으며, 제4류 위험물의 제3석유류인 중유화재시 무상주수하면 유류 표면에 엷은 수막층이 형성되어 공기중의 산소공급을 차단하는 유화효과도 있다. •물분무소화설비 등에 적용 •무상의 입자형태는 전기전도성이 없어(물의 입자가 서로 이격되어 있어 방전의 효과가 있다.) 전기화재에 적합 •질식소화효과가 있어 유류화재에도 적합하다.

3-13 미분무수 소화설비

미분무소화설비의 화재안전기준(NFSC 104A)

[시행 2017. 7. 26.] [소방청고시 제2017-1호, 2017. 7. 26., 타법개정]

소방청 소방청(화재예방과) 044-205-7457

제1조(목적) 이 기준은 「화재예방, 소방시설 설치·유지 및 안전관리에 관한 법률」제9조제1항에 따라 소방청장에게 위임한 사항 중 미분무소화설비의 설치·유지 및 안전관리에 관한 사항을 규정함을 목적으로 한다. <개정 2014. 8. 18., 2015. 1. 23., 2017. 7. 26.>

제2조(적용범위)「화재예방, 소방시설 설치·유지 및 안전관리에 관한 법률 시행령」(이하 "영"이라 한다) 별표 5 제1호바목에 따른 물분무등소화설비 중 미분무소화설비는 이 기준에서 정하는 규정에 따라 설비를 설치하고 유지·관리하여야 한다.<개정 2014. 8. 18., 2015. 1. 23., 2017. 7. 26.>

제3조(정의) 이 기준에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다.

1. "미분무소화설비"란 가압된 물이 헤드 통과 후 미세한 입자로 분무됨으로써 소화성능을 가지는 설비를 말하며, 소화력을 증가시키기 위해 강화액 등을 첨가할 수 있다.

2. "미분무"란 물만을 사용하여 소화하는 방식으로 최소설계압력에서 헤드로부터 방출되는 물입자 중 99 %의 누적체적분포가 400 ㎛ 이하로 분무되고 A,B,C급화재에 적응성을 갖는 것을 말한다.

3. "미분무헤드"란 하나 이상의 오리피스를 가지고 미분무소화설비에 사용되는 헤드를 말한다.

4. "개방형 미분무헤드"란 감열체 없이 방수구가 항상 열려져 있는 헤드를 말한다.

5. "폐쇄형 미분무헤드"란 정상상태에서 방수구를 막고 있는 감열체가 일정온도에서 자동적으로 파괴·용융 또는 이탈됨으로써 방수구가 개방되는 헤드를 말한다.

6. "저압 미분무 소화설비"란 최고사용압력이 1.2 ㎫ 이하인 미분무소화설비를 말한다.

7. "중압 미분무 소화설비"란 사용압력이 1.2 ㎫을 초과하고 3.5 ㎫ 이하인 미분무소화설비를 말한다.

8. "고압 미분무 소화설비"란 최저사용압력이 3.5 ㎫을 초과하는 미분무소화설비를 말한다.

9. "폐쇄형 미분무소화설비"란 배관 내에 항상 물 또는 공기 등이 가압되어 있다가 화재로 인한 열로 폐쇄형 미분무헤드가 개방되면서 소화수를 방출하는 방식의 미분무소화설비를 말한다.

10. "개방형 미분무소화설비"란 화재감지기의 신호를 받아 가압송수장치를 동작시켜 미분무수를 방출하는 방식의 미분무소화설비를 말한다.

11. "유수검지장치(패들형을 포함한다.)"란 본체내의 유수현상을 자동적으로 검지하여 신호 또는 경보를 발하는 장치를 말한다.

12. "전역방출방식"이란 고정식 미분무소화설비에 배관 및 헤드를 고정 설치하여 구획된 방호구역 전체에 소화수를 방출하는 설비를 말한다.

13. "국소방출방식"이란 고정식 미분무소화설비에 배관 및 헤드를 설치하여 직접 화점에 소화수를 방출하는 설비로서 화재발생 부분에 집중적으로 소화수를 방출하도록 설치하는 방식을 말한다.

14. "호스릴방식"이란 미분무건을 소화수 저장용기 등에 연결하여 사람이 직접 화점에 소화수를 방출하는 소화설비를 말한다.

15. "교차회로방식"이란 하나의 방호구역 내에 2 이상의 화재감지기회로를 설치하고 인접한 2 이상의 화재감지기가 동시에 감지되는 때에는 미분무 소화설비가 작동하여 소화수가 방출되는 방식을 말한다.

16. "가압수조"란 가압원인 압축공기 또는 불연성 고압기체에 의해 소방용수를 가압시키는 수조를 말한다.

17. "개폐표시형밸브"란 밸브의 개폐여부를 외부에서 식별이 가능한 밸브를 말한다.

18. "연소할 우려가 있는 개구부"란 각 방화구획을 관통하는 컨베이어·에스컬레이터 또는 이와 유사한 시설의 주위로서 방화구획을 할 수 없는 부분을 말한다.

19. "설계도서"란 특정소방대상물의 점화원, 연료의 특성과 형태 등에 따라서 발생할 수 있는 화재의 유형이 고려되어 작성된 것을 말한다.

 

3-1-4 냉각소화작용

연소물을 냉각하면 착화온도 이하가 되어서 연소할 수 없도록 하는 소화방법이다. 이 방식에는 물을 가장 보편적으로 사용하고 있으며, 이것은 물이 증발잠열이 커서 화점에서 물을 수증기로 변하면서 많을 열을 빼앗아 착화온도 이하로 낮출 수 있기 때문이다. 일반적으로 봉상주수 방법이 사용되고 있으나 물방울 입자를 미세하게 하여 액표면적을 보다 크게 하여 열을 흡수하기 쉽도록 하기 위해 분무형상으로 효과를 높이려고 하는 무상주수 방법도 있다.

 

Ⅰ. 냉각소화원리

1) 화재시의 연소는 발열, 산화반응에서 발생되는 막대한 열중에 상당한 부분은 전도, 대류, 복사 등의 열전달 방식에 따라 외부공간으로 발산된다.

2) 그러나 일부는 귀화하여 미 반응 물질들(연료와 산소)의 산화반응을 위한 충분한 활성에너지원이 되기 때문에 연소가 지속된다.

3) 따라서 발생되는 열을 어떤 수단을 사용하여 제거함으로서 귀환열을 활성화에너지의 수준이하가 되게 할 수 있으면 연소가 중단된다.

4) 열을 제거한다는 것은 곧 냉각을 뜻하며 냉각을 위해서는 열을 식혀주는 물질 곧 냉매가 있어야 한다. 그 냉매로 사용되는 것이 곧 물이다.

5) 물의 냉각효과는 귀환열의 감소에만 기여하는 것뿐만 아니라 연료로부터의 가연성 증기나 기체들의 발생율도 감소 또는 중단시켜줌으로서 소화효과를 더욱 촉진케 한다.

6) 주수되는 물은 주수대상에 대한 냉각과 아울러, 그 자신이 흡수한 열로 인해 많은 양의 수증기를 발생하며 산소의 농도를 저하시키는 다소간의 질식, 희석효과도 있다.

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2. 냉각에 의한 소화

1) 타고 있는 물체가 냉각되어 가연증기가 연소 하한계 이하로 농도가 떨어지면 화열은 소화한다.

2) 상온보다 낮은 인화점의 가스 및 액체 소화에는 물 소화방법을 적용하기 곤란하다 →실란(SiH4)

3) 얼마나 빨리 소화되느냐는 얼마나 빨리 물이 공급되느냐에 달려있다.

4) 물은 증발하면서 가장 열을 많이 흡수하는데 이는 봉상주수보다 무상주수가 더욱 효과적이다. → 비표면적이 커짐

5) 분무된 물은 다음 원칙에 따라 화염을 냉각한다.

① 열 전달량은 공급되는 물의 표면적에 비례한다.

② 열 전달량은 두 유체의 온도차에 비례한다.

③ 열 전달량은 수증기 분압의 영향을 받는다.

 

 

3-1-5 제거소화작용

 

가연물, 이연물 등을 제거해서 소화하는 방법을 말하다. 즉 연소를 계속시키는 물질을 공급하지 않으면 자연히 연소하지 못하고 꺼져버린다. 특히, 산불을 소화하려면 이 방식이 이용되고 있다. 또 가스누설에 의한 화재를 소화하려면, 먼저 메인 밸브를 잠가서 그 연소하는 근원을 차단하는 것은 이 원리에 의한 것이다.

 

3-1-6 질식소화작용

 

연소시키려면 공기(산소)가 필요하다. 따라서 공기의 공급을 차단하면 자연히 연소를 계속할 수 없게 된다. 이 원리를 이용한 소화방법을 질식소화라고 한다. 공기의 공급을 차단하려면 개방부분의 폐쇄에 의한 차단, 탄산가스 또는 거품 등으로 연소하는 근원과 공기와의 차단을 해서 소화하는 것이 그 예이다.

 

3-1-7 유화소화작용

유화작용(에멀젼 효과) : 기름표면을 방사시킴으로써 불연성의 유화층을 형성하게 되므로 유면을 덮는 유화작용을 하게 된다. 즉, 석유, 그리스 등 불용성의 가연성 액체의 표명에 불연성의 증기층을 형성하여 소화한다.

 

3-1-8 희석소화작용

 

희석소화(농도 한계에 바탕을 둔 소화)

기체, 액체, 고체에서 나오는 분해가스의 농도를 엷게 하여 연소를 중지시키는 것을 말한다.

 

-가연성 액체의 농도 희석 : 연소 중인 액체를 불연성의 다른 액으로 엷게 하면 액면상의 증발하는 가연성 증기량이 감소하고

결국 연소 하한계 이하로 떨어지게 되어 연소하지 않게 된다.

 

-가스의 농도 희석 : 바람을 불면 가연성의 증기가 바람에 날려 농도가 엷어지면서 소화하는 방법도 희석소화에 해당한다 할 수 있다.

 

3-1-9 물소화약제의 첨가물

 

소화능력을 향상시키기 위한 첨가제의 종류

 

➀침투제 : 침투력을 증가시키기 위해 물의 표면장력을 낮추어 심부화재 등에 적응성을 가지도록 한 계면활성제 등을 말한다.

➁증점제 : 물의 부착력을 증가시켜 산불 등에 적응성을 높이기 위한 붕산염, 유기질 계통의 셀룰로오스 등이 있다.

➂강화액 : 주로 자동식 소화기에 많이 쓰며 동결 및 소화성능을 향상시킨 것으로 탄산카륨 등을 주로 쓴다.

➃유화제 : 고비점 유류 등의 화재시 사용하는 것으로 포소화약제 등을 말한다.

➄동결방지제 : 부동액을 넣어 동결을 방지하여 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등이 사용된다.

 

3-1-10 방호구역

1) 방화구획

화재를 수동적 방법으로 차단하는 개념으로 건축물의 면적을 일정규모이하로 제한하여 위험이 확산되지 않도록 하는 방법으로 건축적인 측면에서 일정면적이하로 나누어 구획하는 것입니다. 나누는 방법은 벽과 방화문등으로 건물을 실제로 막는 것입니다.

예 : 층별 방화구획, 면적별 방화구획(1,000㎡, 또는 3,000㎡마다 방화구획)

 

2) 방호구역

면적을 일정이하로 제한하지만 수동적, 건축적 측면에서 나누는 것이 아니고 소화설비가 담당할 수 있는 면적이하로 나누는 것입니다. 방화구획과 달리 소화설비가 담당하는 구역만 제한하는 것이지 물리적으로 건물을 막는것은 아닙니다.

예 : 하론설비의 방호구역(당해 하론설비가 담당하는 소방대상 면적)

 

3) 방수구역

방호구역과 같은 개념이지만 스프링클러나 물분무설비와 같이 소화약제가 물인 경우에 방수구역 이라고 합니다.

예 : 스프링클러 유수검지장치 1개가 담당하는 방수구역 3,000㎡등

 

4) 완전구역(참고)

방화구역과 마찬가지로 건축적인 구획이지만 방화구획과의 차이점은 방화구획은 방화문등을 설치하여 출입이 가능한구조이며, 완전구획은 출입문이 전혀 없이 완전히 벽(내화구조)으로 차단된 구조임.

 

 

 

오늘은 물 소화약제에 대하여 알아보았습니다 다음에는 더 많고 유익한 정보로 돌아오겠습니다 감사합니다.