화재공학

Part II

Chapter 1 화재 의 정의 및 발생현황( )火災

Chapter 2 화재의 종류와 특성

Chapter 3 폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

Chapter 4 폭발의 종류

Chapter 5 유류 저장탱크에서 발생되는 현상

Chapter 6 방폭전기설비

84 화재공학Part II

화재(火災의 정의 및)발생현황

1 화재의 정의

국민안전처 화재조사 및 보고규정 제 조 제 호1) 2 1

화재( )火災란 ldquo사람의 의도에 반하거나 고의에 의해 발생하는 연소현상으로서 소화시설 등을

사용하여 소화할 필요가 있거나 또는 화학적인 폭발현상 을 말한다rdquo

(1) lsquo반하거나의 뜻은 과실에 의한 화재를 의미하는 것으로 화기취급 중 발생하는rsquo 실화뿐만

아니라 부작위에 의한 자연발화까지 포함하며 lsquo고의에 의해라는 뜻은 사람의 의도에 의한rsquo

방화를 의미한다

(2) lsquo연소현상은rsquo 가연성 물질이 공기 중의 산소와 만나 빛과 열을 수반하며 급격히 산화하는 현상을

의미한다

(3) 소화시설 등을 사용하여lsquo 소화할 필요가 있다rsquo 라는 것은 사회공익을 해치거나 경제적인

손실 및 인명피해를 가져오기 쉬우므로 이를 방지할 필요성이 있다는 것을 의미한다

(4) lsquo폭발현상은 착화까지는 연소와 동일하나rsquo 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴

를 수반하는 현상을 의미한다

화재에 대한 여러 가지 정의2)

학문적 정의(1)

가연성물질이 산소와 반응하여 열과 빛을 발생하면서 연소하는 현상으로 인간에게 물질

적 신체적인 손해를 주는 재해이다

국제표준화기구(2) (ISO)

시간적 공간적으로 제어되지 않고 확 되는 급격한 연소현상이다

미국 실무서(3) USFA National Fire Incident Reporting System

파괴적이고 통제되지 않는 가연성 고체 액체 기체의 연소를 말하며 폭발을 포함한다

일본 화재보고취급요령 제 총칙(4) 1 2

인간의 의도에 반하여 발생 혹은 확 되거나 방화에 의하여 발생되어 소화의 필요가 있

는 연소현상으로서 이것을 소화하기 위하여 소화시설 또는 이것과 같은 정도의 효과가

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 85

있는 것의 이용을 필요로 하는 것 또는 인간의 의도에 반하여 발생 또는 확 된 폭발현

상을 말한다

화재의 특성

우발성 확 성 불안정성 bull

화재로 인한 피해 감소 대책

화재의 예방 화재의 발견 화재의 진압 bull

2 국내화재의 발생현황

발화요인별 화재발생현황1)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황을 살펴보면 총 건의 화재가 발생하였는데 발화요인별 화재 발생현황을 나401318

타내면 다음과 같다

그림[ 21] 발화요인별 화재발생현황

86 화재공학Part II

발화

요인

실화자연적

요인

방화

미상 합계전기적

요인

기계적

요인

화학적

요인

가스

누출

교통

사고부주의 기타 방화

방화

의심

화재건수

93163 35623 2803 1759 5225 191756 8447 2618 4975 16610 38339 401319

비율 2321 888 070 044 130 4778 210 065 124 414 955 100

발화요인별 화재발생현황을 살펴보면 부주의가 건로 가장 높은 발생률을 보였고4778(191756 )

다음으로 전기적요인 건 미상 건 기계적요인 건2321(93163 ) 955(38339 ) 888(35623 ) 방화

와 방화의심 538(21585)순으로 발생하였다

2) 부주의 화재발생현황

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황 중 부주의에 의해 발생된 화재는 총 건으로 부주의에 의한 화재발생 원인을191756

나타내면 다음과 같다

그림[ 22] 부주의 화재발생 현황

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 87

부주의담배

꽁초

음식물

조리불장난

용접

절단

연마

불씨

불꽃

화원

쓰레기

소각

빨래

삶기

가연물

근접

방치

논임야

태우기

유류

취급

폭죽

놀이기타 합계

화재건수

58929 29630 11393 11827 22977 24951 1483 7683 8075 854 339 13615 190060

비율 3073 1545 594 617 1198 1301 077 401 421 045 018 710 100

부주의에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 담배꽁초 건로 가장 높은 발생률을 보3073(58929 )

였고 음식물 조리 건 쓰레기 소각 건 불씨 1545(29277 ) 1301(24951 ) 불꽃 화원 1198

건 기타 건(22977 ) 710(13615 )순으로 발생하였다

전기적 요인별 화재발생현황3)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황 중 전기적 요인에 의해 발생된 화재는 총 건으로 전기적 요인별 화재발생 원93163

인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 23] 전기적 요인별 화재발생 현황

88 화재공학Part II

전기적

요인

누전

지락

과부하

과전류

단락

반단선 미확인 기타 합계접촉

불량

절연

열화

압착

손상층간 트래킹

화재건수

4454 10488 9576 21898 6062 1068 5815 1402 24123 8277 93163

비율 478 1126 1028 2350 651 115 624 150 2589 889 100

전기적 요인별 발화원인을 살펴보면 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한 절연열화에 의한 단락

이 건로 가장 높은 발생률을 보였고 다음으로 과부하2350(21898 ) 과전류 건1126(10488 )

접촉불량에 의한 단락 건 기타 건 압착1028(9576 ) 889(8278 ) 손상에 의한 단락 651

건(6062 )순으로 발생하였다

방화 동기별 화재발생현황4)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

의 발생현황 중 방화 및 방화의심에 의해 발생된 화재는 총 건으로 방화동기별 화재발21392

생 원인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 24] 방화동기별 화재발생현황

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 89

방화

동기

단순

우발적

불만

해소

가정

불화

정신

이상싸움

비관

자살

보험

사기

보복

손해(

목적)

범죄

은폐

사회적

반감

채권

채무시위 미상 기타 합계

화재건수

2199 954 1239 687 443 622 15 173 239 111 121 63 12410 2116 21392

비율 1028 446 579 321 207 291 007 081 112 052 057 029 5801 989 100

방화에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 미상 건로 가장 높은 발생률을 보였고5805(12410 )

단순우발적 건 기타 건 가정불화 건 불만해소1028(2199 ) 989(2116 ) 579(1239 ) 446

건(954 )순으로 발생하였다

화재의 발생현황

발화요인별 부주의① 전기적요인 미상 기계적요인 방화 방화의심

부주의요인별 담배꽁초② 음식물조리 쓰레기소각 불씨 불꽃 화원 기타

전기적요인별 미확인③ 단락절연절화 과부하 과전류 단락접촉불량 기타

방화요인별 미상④ 단순우발적 기타 가정불화 불만해소

장소별 주택⑤ 차량 아파트 음식점 공장 점포 창고

계절별 겨울⑥ 봄 가을 여름

90 화재공학Part II

화재의 종류와 특성

1 화재의 종류

국가별 화재분류 기준1)

화재 분류국 내

일본미국

(NFPA 10)

국제표준화

(ISO 7165)색상

검정기준 기준KS 가스법

일반보통 화재( ) 급A 급A 급A 급A 급A 백색

유류 화재 급B 급B 급B 급B급B

황색급 가스C ( )

전기 화재 급C 급C 급C 급C 청색

금속 화재 － 급D － 급D 급D 무색

가스 화재 급E 황색

식용유 화재 － － － 급K 급F

국내(1)

국내에서는 화재구분을 수동식소화기의 형식승인 및 검정기술기준에 따라 급A B C①

화재로 분류한다

그러나 한국산업규격 기준에서는 검정기술기준에다 금속화재를 급으로 고압가 (KS) D ②

스안전관리법 시행규칙 제 조에서는 가스화재를 급으로 규정하고 있다2 E

의 경우(2) NFPA

에서는 화재구분을 급화재로 분류하고 있으며 국내의 검정NFPA 10 A B C D K ①

기술기준에는 없는 급과 급 화재를 별도로 규정하고 있다D K

급 화재는 금속화재로서 다른 화재에 비해 발생빈도는 높지 않으나 화재 시 높은D②

온도가 발생하며 발화 후 소화가 어려운 관계로 별도의 소화약제를 개발하기 위하여

제정하였다

급 화재란 식용유 화재로서 제 종 분말소화약제인 분말 소화기로 소화가 곤란K 3 ABC③

한 화재인 관계로 별도의 화재로 구분하고 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 91

국제표준화기구 의 경우(3) (ISO 7165)

유류화재에서 에서는 가연성 가스의 화재까지 포함시킨 반면 에서는 가스NFPA ISO①

화재를 별도의 화재로 분류를 하였으며 통전중인 전기로 인한 화재는 분류되지 않고

있다 즉 급을 전기화재가 아닌 가스화재로 분류하고 있다 C

또한 식용류 화재에서 는 급으로 가연성 요리재료를 포함하는 요리기구 화재 NFPA K②

까지 포함시킨 반면 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분류하고 있다ISO F

일반2) 화재 급 화재(A )

일반 화재의 개요(1)

일반화재는① 보통화재라고도 하며 산소와 친화력이 강한 물질에 의한 화재로 생성된

연기가 백색이며 연소 후 재를 남기고 다량의 물과 물을 포함하는 액체의 냉각작용이

가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

특수가연물면화류 종이 등 합성수지열경화성 열가소성 섬유천연 합성 나무( ) ( ) ( )②

등 우리 생활주변에 가장 많이 존재하는 가연물에 의한 화재로 다른 화재에 비해 발

생빈도 및 피해액이 가장 높으며 생활주변에서 흔히 볼 수 있는 화재이다

일반 화재의 발생원인(2)

일반 화재는 주택 아파트 공장 백화점 고층건축물 등에서 많이 발생되며 유류 전기

등의 취급 및 사용 시의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다

불을 취급 사용하는 시설의 취급 부주의①

타다 남은 불티의 취급 부주의②

화기 및 열원을 취급 사용하는 장소에서의 담뱃불 취급 부주의③

어린이들의 불장난④

개인의 감정에 의한 방화⑤

유류 및 전기로 인한 주택 공장 화재⑥

일반 화재의 예방 책(3)

① 일반화재를 일으키는 가연물의 종류와 수는 매우 다양하므로 화기 또는 열원의 취

급 사용 시에는 화재를 일으킬 우려가 있는 가연물의 접촉을 멀리하고 가연물은 항

상 지정된 장소에 저장 또는 보관하여야 한다

특히 화기 또는 열원의 취급② 사용 시에는 화기취급 책임자의 지시에 따라 관리 및

운영이 되어야 하며 안전수칙을 항상 준수하도록 하여야 한다

유류3) 화재 급 화재(B )

유류 화재의 개요(1)

유류화재는 액체 가연물가연성액체 포함의 취급 부주의에 의한 화재로 생성된 연기( )①

92 화재공학Part II

가 황색 또는 흑색일반적으로이며( ) 연소 후 재를 남기지 않고 공기의 차단효과인 질식

작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인 특수인화물류 석유류 알코올류1 4 ②

동식물류 등의 인화성 액체와 가연성 액체에 의한 화재로 일반 화재보다 화재의 위험

성이 크고 연소성이 좋기 때문에 매우 위험한 화재이다

유류 화재의 발생원인(2)

유류 화재를 발생시키는 액체 가연물은 부분 상온 이하의 인하점을 가지므로 상온에서

가연성혼합기발생된 가연성 증기와 공기가 혼합되어 연소범위에 들어간 상태를 형성하( )

기 쉬운데 가연성혼합기를 형성한 상태에서 점화원인 열이나 화기에 접촉되면 쉽게 발

화되어 화재가 발생할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

유류 표면으로부터 발생된 증기가 공기와 적당히 혼합되어 연소범위 내에 있는 상태①

가연성 혼합기 형성에서 점화원인 열 또는 화기에 접촉되었을 때( )

유류나 난방 기기② 기구의 취급 사용 시 부주의로 흘러나온 유류에 점화원인 열 또는

화기에 접촉되었을 때

유류나 난방 기기③ 기구를 장시간 과열시켜 놓고 자리를 비우거나 관리가 소홀하여

부근의 가연성 물질에 인화되었을 때

연소나 난방기구의 전도 가연성물질의 낙하 등에 의해 발화되었을 때④

유류 화재의 예방 책(3)

열기구는 본래의 사용목적 이외의 다른 용도로 사용하지 말아야 하며 열기구 주변이①

나 가까운 장소에 가연성 물질을 비치해서는 안 된다

또한 한 방향으로 열기가 나가도록 되어 있는 열기구의 경우에는 가연물을 그 방향②

으로부터 이상의 이격거리를 유지한다1 m

유류는 유류이외의 다른 물질과 함께 저장해서는 아니 되며 열 또는 화기를 절 로③

가까이 해서는 안 된다 특히 가솔린 등 인화성이 높은 물질은 적당한 용도에 맞게

사용하여야 한다

액체 가연물로부터 발생되는 증기의 양을 억제시켜야 하며 가연성혼합기가공기 중 (④

에서 연소범위의 농도가 형성되지 않도록 환기시설을 하거나 통풍을 양호하게 해야)

한다

전기4) 화재 급 화재(C )

전기 화재의 개요(1)

전기화재는 전기 자체가 유인 되어 발화한다는 의미의 화재가 아니고( )誘因① 전기에 의

한 기기 기구의 발열체가 발화원이 되는 화재로 생성된 연기가 청색이며 공기의 차단효

과인 질식작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

84 화재공학Part II

화재(火災의 정의 및)발생현황

1 화재의 정의

국민안전처 화재조사 및 보고규정 제 조 제 호1) 2 1

화재( )火災란 ldquo사람의 의도에 반하거나 고의에 의해 발생하는 연소현상으로서 소화시설 등을

사용하여 소화할 필요가 있거나 또는 화학적인 폭발현상 을 말한다rdquo

(1) lsquo반하거나의 뜻은 과실에 의한 화재를 의미하는 것으로 화기취급 중 발생하는rsquo 실화뿐만

아니라 부작위에 의한 자연발화까지 포함하며 lsquo고의에 의해라는 뜻은 사람의 의도에 의한rsquo

방화를 의미한다

(2) lsquo연소현상은rsquo 가연성 물질이 공기 중의 산소와 만나 빛과 열을 수반하며 급격히 산화하는 현상을

의미한다

(3) 소화시설 등을 사용하여lsquo 소화할 필요가 있다rsquo 라는 것은 사회공익을 해치거나 경제적인

손실 및 인명피해를 가져오기 쉬우므로 이를 방지할 필요성이 있다는 것을 의미한다

(4) lsquo폭발현상은 착화까지는 연소와 동일하나rsquo 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴

를 수반하는 현상을 의미한다

화재에 대한 여러 가지 정의2)

학문적 정의(1)

가연성물질이 산소와 반응하여 열과 빛을 발생하면서 연소하는 현상으로 인간에게 물질

적 신체적인 손해를 주는 재해이다

국제표준화기구(2) (ISO)

시간적 공간적으로 제어되지 않고 확 되는 급격한 연소현상이다

미국 실무서(3) USFA National Fire Incident Reporting System

파괴적이고 통제되지 않는 가연성 고체 액체 기체의 연소를 말하며 폭발을 포함한다

일본 화재보고취급요령 제 총칙(4) 1 2

인간의 의도에 반하여 발생 혹은 확 되거나 방화에 의하여 발생되어 소화의 필요가 있

는 연소현상으로서 이것을 소화하기 위하여 소화시설 또는 이것과 같은 정도의 효과가

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 85

있는 것의 이용을 필요로 하는 것 또는 인간의 의도에 반하여 발생 또는 확 된 폭발현

상을 말한다

화재의 특성

우발성 확 성 불안정성 bull

화재로 인한 피해 감소 대책

화재의 예방 화재의 발견 화재의 진압 bull

2 국내화재의 발생현황

발화요인별 화재발생현황1)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황을 살펴보면 총 건의 화재가 발생하였는데 발화요인별 화재 발생현황을 나401318

타내면 다음과 같다

그림[ 21] 발화요인별 화재발생현황

86 화재공학Part II

발화

요인

실화자연적

요인

방화

미상 합계전기적

요인

기계적

요인

화학적

요인

가스

누출

교통

사고부주의 기타 방화

방화

의심

화재건수

93163 35623 2803 1759 5225 191756 8447 2618 4975 16610 38339 401319

비율 2321 888 070 044 130 4778 210 065 124 414 955 100

발화요인별 화재발생현황을 살펴보면 부주의가 건로 가장 높은 발생률을 보였고4778(191756 )

다음으로 전기적요인 건 미상 건 기계적요인 건2321(93163 ) 955(38339 ) 888(35623 ) 방화

와 방화의심 538(21585)순으로 발생하였다

2) 부주의 화재발생현황

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황 중 부주의에 의해 발생된 화재는 총 건으로 부주의에 의한 화재발생 원인을191756

나타내면 다음과 같다

그림[ 22] 부주의 화재발생 현황

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 87

부주의담배

꽁초

음식물

조리불장난

용접

절단

연마

불씨

불꽃

화원

쓰레기

소각

빨래

삶기

가연물

근접

방치

논임야

태우기

유류

취급

폭죽

놀이기타 합계

화재건수

58929 29630 11393 11827 22977 24951 1483 7683 8075 854 339 13615 190060

비율 3073 1545 594 617 1198 1301 077 401 421 045 018 710 100

부주의에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 담배꽁초 건로 가장 높은 발생률을 보3073(58929 )

였고 음식물 조리 건 쓰레기 소각 건 불씨 1545(29277 ) 1301(24951 ) 불꽃 화원 1198

건 기타 건(22977 ) 710(13615 )순으로 발생하였다

전기적 요인별 화재발생현황3)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황 중 전기적 요인에 의해 발생된 화재는 총 건으로 전기적 요인별 화재발생 원93163

인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 23] 전기적 요인별 화재발생 현황

88 화재공학Part II

전기적

요인

누전

지락

과부하

과전류

단락

반단선 미확인 기타 합계접촉

불량

절연

열화

압착

손상층간 트래킹

화재건수

4454 10488 9576 21898 6062 1068 5815 1402 24123 8277 93163

비율 478 1126 1028 2350 651 115 624 150 2589 889 100

전기적 요인별 발화원인을 살펴보면 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한 절연열화에 의한 단락

이 건로 가장 높은 발생률을 보였고 다음으로 과부하2350(21898 ) 과전류 건1126(10488 )

접촉불량에 의한 단락 건 기타 건 압착1028(9576 ) 889(8278 ) 손상에 의한 단락 651

건(6062 )순으로 발생하였다

방화 동기별 화재발생현황4)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

의 발생현황 중 방화 및 방화의심에 의해 발생된 화재는 총 건으로 방화동기별 화재발21392

생 원인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 24] 방화동기별 화재발생현황

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 89

방화

동기

단순

우발적

불만

해소

가정

불화

정신

이상싸움

비관

자살

보험

사기

보복

손해(

목적)

범죄

은폐

사회적

반감

채권

채무시위 미상 기타 합계

화재건수

2199 954 1239 687 443 622 15 173 239 111 121 63 12410 2116 21392

비율 1028 446 579 321 207 291 007 081 112 052 057 029 5801 989 100

방화에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 미상 건로 가장 높은 발생률을 보였고5805(12410 )

단순우발적 건 기타 건 가정불화 건 불만해소1028(2199 ) 989(2116 ) 579(1239 ) 446

건(954 )순으로 발생하였다

화재의 발생현황

발화요인별 부주의① 전기적요인 미상 기계적요인 방화 방화의심

부주의요인별 담배꽁초② 음식물조리 쓰레기소각 불씨 불꽃 화원 기타

전기적요인별 미확인③ 단락절연절화 과부하 과전류 단락접촉불량 기타

방화요인별 미상④ 단순우발적 기타 가정불화 불만해소

장소별 주택⑤ 차량 아파트 음식점 공장 점포 창고

계절별 겨울⑥ 봄 가을 여름

90 화재공학Part II

화재의 종류와 특성

1 화재의 종류

국가별 화재분류 기준1)

화재 분류국 내

일본미국

(NFPA 10)

국제표준화

(ISO 7165)색상

검정기준 기준KS 가스법

일반보통 화재( ) 급A 급A 급A 급A 급A 백색

유류 화재 급B 급B 급B 급B급B

황색급 가스C ( )

전기 화재 급C 급C 급C 급C 청색

금속 화재 － 급D － 급D 급D 무색

가스 화재 급E 황색

식용유 화재 － － － 급K 급F

국내(1)

국내에서는 화재구분을 수동식소화기의 형식승인 및 검정기술기준에 따라 급A B C①

화재로 분류한다

그러나 한국산업규격 기준에서는 검정기술기준에다 금속화재를 급으로 고압가 (KS) D ②

스안전관리법 시행규칙 제 조에서는 가스화재를 급으로 규정하고 있다2 E

의 경우(2) NFPA

에서는 화재구분을 급화재로 분류하고 있으며 국내의 검정NFPA 10 A B C D K ①

기술기준에는 없는 급과 급 화재를 별도로 규정하고 있다D K

급 화재는 금속화재로서 다른 화재에 비해 발생빈도는 높지 않으나 화재 시 높은D②

온도가 발생하며 발화 후 소화가 어려운 관계로 별도의 소화약제를 개발하기 위하여

제정하였다

급 화재란 식용유 화재로서 제 종 분말소화약제인 분말 소화기로 소화가 곤란K 3 ABC③

한 화재인 관계로 별도의 화재로 구분하고 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 91

국제표준화기구 의 경우(3) (ISO 7165)

유류화재에서 에서는 가연성 가스의 화재까지 포함시킨 반면 에서는 가스NFPA ISO①

화재를 별도의 화재로 분류를 하였으며 통전중인 전기로 인한 화재는 분류되지 않고

있다 즉 급을 전기화재가 아닌 가스화재로 분류하고 있다 C

또한 식용류 화재에서 는 급으로 가연성 요리재료를 포함하는 요리기구 화재 NFPA K②

까지 포함시킨 반면 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분류하고 있다ISO F

일반2) 화재 급 화재(A )

일반 화재의 개요(1)

일반화재는① 보통화재라고도 하며 산소와 친화력이 강한 물질에 의한 화재로 생성된

연기가 백색이며 연소 후 재를 남기고 다량의 물과 물을 포함하는 액체의 냉각작용이

가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

특수가연물면화류 종이 등 합성수지열경화성 열가소성 섬유천연 합성 나무( ) ( ) ( )②

등 우리 생활주변에 가장 많이 존재하는 가연물에 의한 화재로 다른 화재에 비해 발

생빈도 및 피해액이 가장 높으며 생활주변에서 흔히 볼 수 있는 화재이다

일반 화재의 발생원인(2)

일반 화재는 주택 아파트 공장 백화점 고층건축물 등에서 많이 발생되며 유류 전기

등의 취급 및 사용 시의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다

불을 취급 사용하는 시설의 취급 부주의①

타다 남은 불티의 취급 부주의②

화기 및 열원을 취급 사용하는 장소에서의 담뱃불 취급 부주의③

어린이들의 불장난④

개인의 감정에 의한 방화⑤

유류 및 전기로 인한 주택 공장 화재⑥

일반 화재의 예방 책(3)

① 일반화재를 일으키는 가연물의 종류와 수는 매우 다양하므로 화기 또는 열원의 취

급 사용 시에는 화재를 일으킬 우려가 있는 가연물의 접촉을 멀리하고 가연물은 항

상 지정된 장소에 저장 또는 보관하여야 한다

특히 화기 또는 열원의 취급② 사용 시에는 화기취급 책임자의 지시에 따라 관리 및

운영이 되어야 하며 안전수칙을 항상 준수하도록 하여야 한다

유류3) 화재 급 화재(B )

유류 화재의 개요(1)

유류화재는 액체 가연물가연성액체 포함의 취급 부주의에 의한 화재로 생성된 연기( )①

92 화재공학Part II

가 황색 또는 흑색일반적으로이며( ) 연소 후 재를 남기지 않고 공기의 차단효과인 질식

작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인 특수인화물류 석유류 알코올류1 4 ②

동식물류 등의 인화성 액체와 가연성 액체에 의한 화재로 일반 화재보다 화재의 위험

성이 크고 연소성이 좋기 때문에 매우 위험한 화재이다

유류 화재의 발생원인(2)

유류 화재를 발생시키는 액체 가연물은 부분 상온 이하의 인하점을 가지므로 상온에서

가연성혼합기발생된 가연성 증기와 공기가 혼합되어 연소범위에 들어간 상태를 형성하( )

기 쉬운데 가연성혼합기를 형성한 상태에서 점화원인 열이나 화기에 접촉되면 쉽게 발

화되어 화재가 발생할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

유류 표면으로부터 발생된 증기가 공기와 적당히 혼합되어 연소범위 내에 있는 상태①

가연성 혼합기 형성에서 점화원인 열 또는 화기에 접촉되었을 때( )

유류나 난방 기기② 기구의 취급 사용 시 부주의로 흘러나온 유류에 점화원인 열 또는

화기에 접촉되었을 때

유류나 난방 기기③ 기구를 장시간 과열시켜 놓고 자리를 비우거나 관리가 소홀하여

부근의 가연성 물질에 인화되었을 때

연소나 난방기구의 전도 가연성물질의 낙하 등에 의해 발화되었을 때④

유류 화재의 예방 책(3)

열기구는 본래의 사용목적 이외의 다른 용도로 사용하지 말아야 하며 열기구 주변이①

나 가까운 장소에 가연성 물질을 비치해서는 안 된다

또한 한 방향으로 열기가 나가도록 되어 있는 열기구의 경우에는 가연물을 그 방향②

으로부터 이상의 이격거리를 유지한다1 m

유류는 유류이외의 다른 물질과 함께 저장해서는 아니 되며 열 또는 화기를 절 로③

가까이 해서는 안 된다 특히 가솔린 등 인화성이 높은 물질은 적당한 용도에 맞게

사용하여야 한다

액체 가연물로부터 발생되는 증기의 양을 억제시켜야 하며 가연성혼합기가공기 중 (④

에서 연소범위의 농도가 형성되지 않도록 환기시설을 하거나 통풍을 양호하게 해야)

한다

전기4) 화재 급 화재(C )

전기 화재의 개요(1)

전기화재는 전기 자체가 유인 되어 발화한다는 의미의 화재가 아니고( )誘因① 전기에 의

한 기기 기구의 발열체가 발화원이 되는 화재로 생성된 연기가 청색이며 공기의 차단효

과인 질식작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 85

있는 것의 이용을 필요로 하는 것 또는 인간의 의도에 반하여 발생 또는 확 된 폭발현

상을 말한다

화재의 특성

우발성 확 성 불안정성 bull

화재로 인한 피해 감소 대책

화재의 예방 화재의 발견 화재의 진압 bull

2 국내화재의 발생현황

발화요인별 화재발생현황1)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황을 살펴보면 총 건의 화재가 발생하였는데 발화요인별 화재 발생현황을 나401318

타내면 다음과 같다

그림[ 21] 발화요인별 화재발생현황

86 화재공학Part II

발화

요인

실화자연적

요인

방화

미상 합계전기적

요인

기계적

요인

화학적

요인

가스

누출

교통

사고부주의 기타 방화

방화

의심

화재건수

93163 35623 2803 1759 5225 191756 8447 2618 4975 16610 38339 401319

비율 2321 888 070 044 130 4778 210 065 124 414 955 100

발화요인별 화재발생현황을 살펴보면 부주의가 건로 가장 높은 발생률을 보였고4778(191756 )

다음으로 전기적요인 건 미상 건 기계적요인 건2321(93163 ) 955(38339 ) 888(35623 ) 방화

와 방화의심 538(21585)순으로 발생하였다

2) 부주의 화재발생현황

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황 중 부주의에 의해 발생된 화재는 총 건으로 부주의에 의한 화재발생 원인을191756

나타내면 다음과 같다

그림[ 22] 부주의 화재발생 현황

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 87

부주의담배

꽁초

음식물

조리불장난

용접

절단

연마

불씨

불꽃

화원

쓰레기

소각

빨래

삶기

가연물

근접

방치

논임야

태우기

유류

취급

폭죽

놀이기타 합계

화재건수

58929 29630 11393 11827 22977 24951 1483 7683 8075 854 339 13615 190060

비율 3073 1545 594 617 1198 1301 077 401 421 045 018 710 100

부주의에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 담배꽁초 건로 가장 높은 발생률을 보3073(58929 )

였고 음식물 조리 건 쓰레기 소각 건 불씨 1545(29277 ) 1301(24951 ) 불꽃 화원 1198

건 기타 건(22977 ) 710(13615 )순으로 발생하였다

전기적 요인별 화재발생현황3)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황 중 전기적 요인에 의해 발생된 화재는 총 건으로 전기적 요인별 화재발생 원93163

인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 23] 전기적 요인별 화재발생 현황

88 화재공학Part II

전기적

요인

누전

지락

과부하

과전류

단락

반단선 미확인 기타 합계접촉

불량

절연

열화

압착

손상층간 트래킹

화재건수

4454 10488 9576 21898 6062 1068 5815 1402 24123 8277 93163

비율 478 1126 1028 2350 651 115 624 150 2589 889 100

전기적 요인별 발화원인을 살펴보면 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한 절연열화에 의한 단락

이 건로 가장 높은 발생률을 보였고 다음으로 과부하2350(21898 ) 과전류 건1126(10488 )

접촉불량에 의한 단락 건 기타 건 압착1028(9576 ) 889(8278 ) 손상에 의한 단락 651

건(6062 )순으로 발생하였다

방화 동기별 화재발생현황4)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

의 발생현황 중 방화 및 방화의심에 의해 발생된 화재는 총 건으로 방화동기별 화재발21392

생 원인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 24] 방화동기별 화재발생현황

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 89

방화

동기

단순

우발적

불만

해소

가정

불화

정신

이상싸움

비관

자살

보험

사기

보복

손해(

목적)

범죄

은폐

사회적

반감

채권

채무시위 미상 기타 합계

화재건수

2199 954 1239 687 443 622 15 173 239 111 121 63 12410 2116 21392

비율 1028 446 579 321 207 291 007 081 112 052 057 029 5801 989 100

방화에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 미상 건로 가장 높은 발생률을 보였고5805(12410 )

단순우발적 건 기타 건 가정불화 건 불만해소1028(2199 ) 989(2116 ) 579(1239 ) 446

건(954 )순으로 발생하였다

화재의 발생현황

발화요인별 부주의① 전기적요인 미상 기계적요인 방화 방화의심

부주의요인별 담배꽁초② 음식물조리 쓰레기소각 불씨 불꽃 화원 기타

전기적요인별 미확인③ 단락절연절화 과부하 과전류 단락접촉불량 기타

방화요인별 미상④ 단순우발적 기타 가정불화 불만해소

장소별 주택⑤ 차량 아파트 음식점 공장 점포 창고

계절별 겨울⑥ 봄 가을 여름

90 화재공학Part II

화재의 종류와 특성

1 화재의 종류

국가별 화재분류 기준1)

화재 분류국 내

일본미국

(NFPA 10)

국제표준화

(ISO 7165)색상

검정기준 기준KS 가스법

일반보통 화재( ) 급A 급A 급A 급A 급A 백색

유류 화재 급B 급B 급B 급B급B

황색급 가스C ( )

전기 화재 급C 급C 급C 급C 청색

금속 화재 － 급D － 급D 급D 무색

가스 화재 급E 황색

식용유 화재 － － － 급K 급F

국내(1)

국내에서는 화재구분을 수동식소화기의 형식승인 및 검정기술기준에 따라 급A B C①

화재로 분류한다

그러나 한국산업규격 기준에서는 검정기술기준에다 금속화재를 급으로 고압가 (KS) D ②

스안전관리법 시행규칙 제 조에서는 가스화재를 급으로 규정하고 있다2 E

의 경우(2) NFPA

에서는 화재구분을 급화재로 분류하고 있으며 국내의 검정NFPA 10 A B C D K ①

기술기준에는 없는 급과 급 화재를 별도로 규정하고 있다D K

급 화재는 금속화재로서 다른 화재에 비해 발생빈도는 높지 않으나 화재 시 높은D②

온도가 발생하며 발화 후 소화가 어려운 관계로 별도의 소화약제를 개발하기 위하여

제정하였다

급 화재란 식용유 화재로서 제 종 분말소화약제인 분말 소화기로 소화가 곤란K 3 ABC③

한 화재인 관계로 별도의 화재로 구분하고 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 91

국제표준화기구 의 경우(3) (ISO 7165)

유류화재에서 에서는 가연성 가스의 화재까지 포함시킨 반면 에서는 가스NFPA ISO①

화재를 별도의 화재로 분류를 하였으며 통전중인 전기로 인한 화재는 분류되지 않고

있다 즉 급을 전기화재가 아닌 가스화재로 분류하고 있다 C

또한 식용류 화재에서 는 급으로 가연성 요리재료를 포함하는 요리기구 화재 NFPA K②

까지 포함시킨 반면 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분류하고 있다ISO F

일반2) 화재 급 화재(A )

일반 화재의 개요(1)

일반화재는① 보통화재라고도 하며 산소와 친화력이 강한 물질에 의한 화재로 생성된

연기가 백색이며 연소 후 재를 남기고 다량의 물과 물을 포함하는 액체의 냉각작용이

가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

특수가연물면화류 종이 등 합성수지열경화성 열가소성 섬유천연 합성 나무( ) ( ) ( )②

등 우리 생활주변에 가장 많이 존재하는 가연물에 의한 화재로 다른 화재에 비해 발

생빈도 및 피해액이 가장 높으며 생활주변에서 흔히 볼 수 있는 화재이다

일반 화재의 발생원인(2)

일반 화재는 주택 아파트 공장 백화점 고층건축물 등에서 많이 발생되며 유류 전기

등의 취급 및 사용 시의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다

불을 취급 사용하는 시설의 취급 부주의①

타다 남은 불티의 취급 부주의②

화기 및 열원을 취급 사용하는 장소에서의 담뱃불 취급 부주의③

어린이들의 불장난④

개인의 감정에 의한 방화⑤

유류 및 전기로 인한 주택 공장 화재⑥

일반 화재의 예방 책(3)

① 일반화재를 일으키는 가연물의 종류와 수는 매우 다양하므로 화기 또는 열원의 취

급 사용 시에는 화재를 일으킬 우려가 있는 가연물의 접촉을 멀리하고 가연물은 항

상 지정된 장소에 저장 또는 보관하여야 한다

특히 화기 또는 열원의 취급② 사용 시에는 화기취급 책임자의 지시에 따라 관리 및

운영이 되어야 하며 안전수칙을 항상 준수하도록 하여야 한다

유류3) 화재 급 화재(B )

유류 화재의 개요(1)

유류화재는 액체 가연물가연성액체 포함의 취급 부주의에 의한 화재로 생성된 연기( )①

92 화재공학Part II

가 황색 또는 흑색일반적으로이며( ) 연소 후 재를 남기지 않고 공기의 차단효과인 질식

작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인 특수인화물류 석유류 알코올류1 4 ②

동식물류 등의 인화성 액체와 가연성 액체에 의한 화재로 일반 화재보다 화재의 위험

성이 크고 연소성이 좋기 때문에 매우 위험한 화재이다

유류 화재의 발생원인(2)

유류 화재를 발생시키는 액체 가연물은 부분 상온 이하의 인하점을 가지므로 상온에서

가연성혼합기발생된 가연성 증기와 공기가 혼합되어 연소범위에 들어간 상태를 형성하( )

기 쉬운데 가연성혼합기를 형성한 상태에서 점화원인 열이나 화기에 접촉되면 쉽게 발

화되어 화재가 발생할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

유류 표면으로부터 발생된 증기가 공기와 적당히 혼합되어 연소범위 내에 있는 상태①

가연성 혼합기 형성에서 점화원인 열 또는 화기에 접촉되었을 때( )

유류나 난방 기기② 기구의 취급 사용 시 부주의로 흘러나온 유류에 점화원인 열 또는

화기에 접촉되었을 때

유류나 난방 기기③ 기구를 장시간 과열시켜 놓고 자리를 비우거나 관리가 소홀하여

부근의 가연성 물질에 인화되었을 때

연소나 난방기구의 전도 가연성물질의 낙하 등에 의해 발화되었을 때④

유류 화재의 예방 책(3)

열기구는 본래의 사용목적 이외의 다른 용도로 사용하지 말아야 하며 열기구 주변이①

나 가까운 장소에 가연성 물질을 비치해서는 안 된다

또한 한 방향으로 열기가 나가도록 되어 있는 열기구의 경우에는 가연물을 그 방향②

으로부터 이상의 이격거리를 유지한다1 m

유류는 유류이외의 다른 물질과 함께 저장해서는 아니 되며 열 또는 화기를 절 로③

가까이 해서는 안 된다 특히 가솔린 등 인화성이 높은 물질은 적당한 용도에 맞게

사용하여야 한다

액체 가연물로부터 발생되는 증기의 양을 억제시켜야 하며 가연성혼합기가공기 중 (④

에서 연소범위의 농도가 형성되지 않도록 환기시설을 하거나 통풍을 양호하게 해야)

한다

전기4) 화재 급 화재(C )

전기 화재의 개요(1)

전기화재는 전기 자체가 유인 되어 발화한다는 의미의 화재가 아니고( )誘因① 전기에 의

한 기기 기구의 발열체가 발화원이 되는 화재로 생성된 연기가 청색이며 공기의 차단효

과인 질식작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

86 화재공학Part II

발화

요인

실화자연적

요인

방화

미상 합계전기적

요인

기계적

요인

화학적

요인

가스

누출

교통

사고부주의 기타 방화

방화

의심

화재건수

93163 35623 2803 1759 5225 191756 8447 2618 4975 16610 38339 401319

비율 2321 888 070 044 130 4778 210 065 124 414 955 100

발화요인별 화재발생현황을 살펴보면 부주의가 건로 가장 높은 발생률을 보였고4778(191756 )

다음으로 전기적요인 건 미상 건 기계적요인 건2321(93163 ) 955(38339 ) 888(35623 ) 방화

와 방화의심 538(21585)순으로 발생하였다

2) 부주의 화재발생현황

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황 중 부주의에 의해 발생된 화재는 총 건으로 부주의에 의한 화재발생 원인을191756

나타내면 다음과 같다

그림[ 22] 부주의 화재발생 현황

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 87

부주의담배

꽁초

음식물

조리불장난

용접

절단

연마

불씨

불꽃

화원

쓰레기

소각

빨래

삶기

가연물

근접

방치

논임야

태우기

유류

취급

폭죽

놀이기타 합계

화재건수

58929 29630 11393 11827 22977 24951 1483 7683 8075 854 339 13615 190060

비율 3073 1545 594 617 1198 1301 077 401 421 045 018 710 100

부주의에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 담배꽁초 건로 가장 높은 발생률을 보3073(58929 )

였고 음식물 조리 건 쓰레기 소각 건 불씨 1545(29277 ) 1301(24951 ) 불꽃 화원 1198

건 기타 건(22977 ) 710(13615 )순으로 발생하였다

전기적 요인별 화재발생현황3)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황 중 전기적 요인에 의해 발생된 화재는 총 건으로 전기적 요인별 화재발생 원93163

인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 23] 전기적 요인별 화재발생 현황

88 화재공학Part II

전기적

요인

누전

지락

과부하

과전류

단락

반단선 미확인 기타 합계접촉

불량

절연

열화

압착

손상층간 트래킹

화재건수

4454 10488 9576 21898 6062 1068 5815 1402 24123 8277 93163

비율 478 1126 1028 2350 651 115 624 150 2589 889 100

전기적 요인별 발화원인을 살펴보면 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한 절연열화에 의한 단락

이 건로 가장 높은 발생률을 보였고 다음으로 과부하2350(21898 ) 과전류 건1126(10488 )

접촉불량에 의한 단락 건 기타 건 압착1028(9576 ) 889(8278 ) 손상에 의한 단락 651

건(6062 )순으로 발생하였다

방화 동기별 화재발생현황4)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

의 발생현황 중 방화 및 방화의심에 의해 발생된 화재는 총 건으로 방화동기별 화재발21392

생 원인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 24] 방화동기별 화재발생현황

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 89

방화

동기

단순

우발적

불만

해소

가정

불화

정신

이상싸움

비관

자살

보험

사기

보복

손해(

목적)

범죄

은폐

사회적

반감

채권

채무시위 미상 기타 합계

화재건수

2199 954 1239 687 443 622 15 173 239 111 121 63 12410 2116 21392

비율 1028 446 579 321 207 291 007 081 112 052 057 029 5801 989 100

방화에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 미상 건로 가장 높은 발생률을 보였고5805(12410 )

단순우발적 건 기타 건 가정불화 건 불만해소1028(2199 ) 989(2116 ) 579(1239 ) 446

건(954 )순으로 발생하였다

화재의 발생현황

발화요인별 부주의① 전기적요인 미상 기계적요인 방화 방화의심

부주의요인별 담배꽁초② 음식물조리 쓰레기소각 불씨 불꽃 화원 기타

전기적요인별 미확인③ 단락절연절화 과부하 과전류 단락접촉불량 기타

방화요인별 미상④ 단순우발적 기타 가정불화 불만해소

장소별 주택⑤ 차량 아파트 음식점 공장 점포 창고

계절별 겨울⑥ 봄 가을 여름

90 화재공학Part II

화재의 종류와 특성

1 화재의 종류

국가별 화재분류 기준1)

화재 분류국 내

일본미국

(NFPA 10)

국제표준화

(ISO 7165)색상

검정기준 기준KS 가스법

일반보통 화재( ) 급A 급A 급A 급A 급A 백색

유류 화재 급B 급B 급B 급B급B

황색급 가스C ( )

전기 화재 급C 급C 급C 급C 청색

금속 화재 － 급D － 급D 급D 무색

가스 화재 급E 황색

식용유 화재 － － － 급K 급F

국내(1)

국내에서는 화재구분을 수동식소화기의 형식승인 및 검정기술기준에 따라 급A B C①

화재로 분류한다

그러나 한국산업규격 기준에서는 검정기술기준에다 금속화재를 급으로 고압가 (KS) D ②

스안전관리법 시행규칙 제 조에서는 가스화재를 급으로 규정하고 있다2 E

의 경우(2) NFPA

에서는 화재구분을 급화재로 분류하고 있으며 국내의 검정NFPA 10 A B C D K ①

기술기준에는 없는 급과 급 화재를 별도로 규정하고 있다D K

급 화재는 금속화재로서 다른 화재에 비해 발생빈도는 높지 않으나 화재 시 높은D②

온도가 발생하며 발화 후 소화가 어려운 관계로 별도의 소화약제를 개발하기 위하여

제정하였다

급 화재란 식용유 화재로서 제 종 분말소화약제인 분말 소화기로 소화가 곤란K 3 ABC③

한 화재인 관계로 별도의 화재로 구분하고 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 91

국제표준화기구 의 경우(3) (ISO 7165)

유류화재에서 에서는 가연성 가스의 화재까지 포함시킨 반면 에서는 가스NFPA ISO①

화재를 별도의 화재로 분류를 하였으며 통전중인 전기로 인한 화재는 분류되지 않고

있다 즉 급을 전기화재가 아닌 가스화재로 분류하고 있다 C

또한 식용류 화재에서 는 급으로 가연성 요리재료를 포함하는 요리기구 화재 NFPA K②

까지 포함시킨 반면 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분류하고 있다ISO F

일반2) 화재 급 화재(A )

일반 화재의 개요(1)

일반화재는① 보통화재라고도 하며 산소와 친화력이 강한 물질에 의한 화재로 생성된

연기가 백색이며 연소 후 재를 남기고 다량의 물과 물을 포함하는 액체의 냉각작용이

가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

특수가연물면화류 종이 등 합성수지열경화성 열가소성 섬유천연 합성 나무( ) ( ) ( )②

등 우리 생활주변에 가장 많이 존재하는 가연물에 의한 화재로 다른 화재에 비해 발

생빈도 및 피해액이 가장 높으며 생활주변에서 흔히 볼 수 있는 화재이다

일반 화재의 발생원인(2)

일반 화재는 주택 아파트 공장 백화점 고층건축물 등에서 많이 발생되며 유류 전기

등의 취급 및 사용 시의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다

불을 취급 사용하는 시설의 취급 부주의①

타다 남은 불티의 취급 부주의②

화기 및 열원을 취급 사용하는 장소에서의 담뱃불 취급 부주의③

어린이들의 불장난④

개인의 감정에 의한 방화⑤

유류 및 전기로 인한 주택 공장 화재⑥

일반 화재의 예방 책(3)

① 일반화재를 일으키는 가연물의 종류와 수는 매우 다양하므로 화기 또는 열원의 취

급 사용 시에는 화재를 일으킬 우려가 있는 가연물의 접촉을 멀리하고 가연물은 항

상 지정된 장소에 저장 또는 보관하여야 한다

특히 화기 또는 열원의 취급② 사용 시에는 화기취급 책임자의 지시에 따라 관리 및

운영이 되어야 하며 안전수칙을 항상 준수하도록 하여야 한다

유류3) 화재 급 화재(B )

유류 화재의 개요(1)

유류화재는 액체 가연물가연성액체 포함의 취급 부주의에 의한 화재로 생성된 연기( )①

92 화재공학Part II

가 황색 또는 흑색일반적으로이며( ) 연소 후 재를 남기지 않고 공기의 차단효과인 질식

작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인 특수인화물류 석유류 알코올류1 4 ②

동식물류 등의 인화성 액체와 가연성 액체에 의한 화재로 일반 화재보다 화재의 위험

성이 크고 연소성이 좋기 때문에 매우 위험한 화재이다

유류 화재의 발생원인(2)

유류 화재를 발생시키는 액체 가연물은 부분 상온 이하의 인하점을 가지므로 상온에서

가연성혼합기발생된 가연성 증기와 공기가 혼합되어 연소범위에 들어간 상태를 형성하( )

기 쉬운데 가연성혼합기를 형성한 상태에서 점화원인 열이나 화기에 접촉되면 쉽게 발

화되어 화재가 발생할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

유류 표면으로부터 발생된 증기가 공기와 적당히 혼합되어 연소범위 내에 있는 상태①

가연성 혼합기 형성에서 점화원인 열 또는 화기에 접촉되었을 때( )

유류나 난방 기기② 기구의 취급 사용 시 부주의로 흘러나온 유류에 점화원인 열 또는

화기에 접촉되었을 때

유류나 난방 기기③ 기구를 장시간 과열시켜 놓고 자리를 비우거나 관리가 소홀하여

부근의 가연성 물질에 인화되었을 때

연소나 난방기구의 전도 가연성물질의 낙하 등에 의해 발화되었을 때④

유류 화재의 예방 책(3)

열기구는 본래의 사용목적 이외의 다른 용도로 사용하지 말아야 하며 열기구 주변이①

나 가까운 장소에 가연성 물질을 비치해서는 안 된다

또한 한 방향으로 열기가 나가도록 되어 있는 열기구의 경우에는 가연물을 그 방향②

으로부터 이상의 이격거리를 유지한다1 m

유류는 유류이외의 다른 물질과 함께 저장해서는 아니 되며 열 또는 화기를 절 로③

가까이 해서는 안 된다 특히 가솔린 등 인화성이 높은 물질은 적당한 용도에 맞게

사용하여야 한다

액체 가연물로부터 발생되는 증기의 양을 억제시켜야 하며 가연성혼합기가공기 중 (④

에서 연소범위의 농도가 형성되지 않도록 환기시설을 하거나 통풍을 양호하게 해야)

한다

전기4) 화재 급 화재(C )

전기 화재의 개요(1)

전기화재는 전기 자체가 유인 되어 발화한다는 의미의 화재가 아니고( )誘因① 전기에 의

한 기기 기구의 발열체가 발화원이 되는 화재로 생성된 연기가 청색이며 공기의 차단효

과인 질식작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 87

부주의담배

꽁초

음식물

조리불장난

용접

절단

연마

불씨

불꽃

화원

쓰레기

소각

빨래

삶기

가연물

근접

방치

논임야

태우기

유류

취급

폭죽

놀이기타 합계

화재건수

58929 29630 11393 11827 22977 24951 1483 7683 8075 854 339 13615 190060

비율 3073 1545 594 617 1198 1301 077 401 421 045 018 710 100

부주의에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 담배꽁초 건로 가장 높은 발생률을 보3073(58929 )

였고 음식물 조리 건 쓰레기 소각 건 불씨 1545(29277 ) 1301(24951 ) 불꽃 화원 1198

건 기타 건(22977 ) 710(13615 )순으로 발생하였다

전기적 요인별 화재발생현황3)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

발생현황 중 전기적 요인에 의해 발생된 화재는 총 건으로 전기적 요인별 화재발생 원93163

인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 23] 전기적 요인별 화재발생 현황

88 화재공학Part II

전기적

요인

누전

지락

과부하

과전류

단락

반단선 미확인 기타 합계접촉

불량

절연

열화

압착

손상층간 트래킹

화재건수

4454 10488 9576 21898 6062 1068 5815 1402 24123 8277 93163

비율 478 1126 1028 2350 651 115 624 150 2589 889 100

전기적 요인별 발화원인을 살펴보면 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한 절연열화에 의한 단락

이 건로 가장 높은 발생률을 보였고 다음으로 과부하2350(21898 ) 과전류 건1126(10488 )

접촉불량에 의한 단락 건 기타 건 압착1028(9576 ) 889(8278 ) 손상에 의한 단락 651

건(6062 )순으로 발생하였다

방화 동기별 화재발생현황4)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

의 발생현황 중 방화 및 방화의심에 의해 발생된 화재는 총 건으로 방화동기별 화재발21392

생 원인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 24] 방화동기별 화재발생현황

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 89

방화

동기

단순

우발적

불만

해소

가정

불화

정신

이상싸움

비관

자살

보험

사기

보복

손해(

목적)

범죄

은폐

사회적

반감

채권

채무시위 미상 기타 합계

화재건수

2199 954 1239 687 443 622 15 173 239 111 121 63 12410 2116 21392

비율 1028 446 579 321 207 291 007 081 112 052 057 029 5801 989 100

방화에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 미상 건로 가장 높은 발생률을 보였고5805(12410 )

단순우발적 건 기타 건 가정불화 건 불만해소1028(2199 ) 989(2116 ) 579(1239 ) 446

건(954 )순으로 발생하였다

화재의 발생현황

발화요인별 부주의① 전기적요인 미상 기계적요인 방화 방화의심

부주의요인별 담배꽁초② 음식물조리 쓰레기소각 불씨 불꽃 화원 기타

전기적요인별 미확인③ 단락절연절화 과부하 과전류 단락접촉불량 기타

방화요인별 미상④ 단순우발적 기타 가정불화 불만해소

장소별 주택⑤ 차량 아파트 음식점 공장 점포 창고

계절별 겨울⑥ 봄 가을 여름

90 화재공학Part II

화재의 종류와 특성

1 화재의 종류

국가별 화재분류 기준1)

화재 분류국 내

일본미국

(NFPA 10)

국제표준화

(ISO 7165)색상

검정기준 기준KS 가스법

일반보통 화재( ) 급A 급A 급A 급A 급A 백색

유류 화재 급B 급B 급B 급B급B

황색급 가스C ( )

전기 화재 급C 급C 급C 급C 청색

금속 화재 － 급D － 급D 급D 무색

가스 화재 급E 황색

식용유 화재 － － － 급K 급F

국내(1)

국내에서는 화재구분을 수동식소화기의 형식승인 및 검정기술기준에 따라 급A B C①

화재로 분류한다

그러나 한국산업규격 기준에서는 검정기술기준에다 금속화재를 급으로 고압가 (KS) D ②

스안전관리법 시행규칙 제 조에서는 가스화재를 급으로 규정하고 있다2 E

의 경우(2) NFPA

에서는 화재구분을 급화재로 분류하고 있으며 국내의 검정NFPA 10 A B C D K ①

기술기준에는 없는 급과 급 화재를 별도로 규정하고 있다D K

급 화재는 금속화재로서 다른 화재에 비해 발생빈도는 높지 않으나 화재 시 높은D②

온도가 발생하며 발화 후 소화가 어려운 관계로 별도의 소화약제를 개발하기 위하여

제정하였다

급 화재란 식용유 화재로서 제 종 분말소화약제인 분말 소화기로 소화가 곤란K 3 ABC③

한 화재인 관계로 별도의 화재로 구분하고 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 91

국제표준화기구 의 경우(3) (ISO 7165)

유류화재에서 에서는 가연성 가스의 화재까지 포함시킨 반면 에서는 가스NFPA ISO①

화재를 별도의 화재로 분류를 하였으며 통전중인 전기로 인한 화재는 분류되지 않고

있다 즉 급을 전기화재가 아닌 가스화재로 분류하고 있다 C

또한 식용류 화재에서 는 급으로 가연성 요리재료를 포함하는 요리기구 화재 NFPA K②

까지 포함시킨 반면 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분류하고 있다ISO F

일반2) 화재 급 화재(A )

일반 화재의 개요(1)

일반화재는① 보통화재라고도 하며 산소와 친화력이 강한 물질에 의한 화재로 생성된

연기가 백색이며 연소 후 재를 남기고 다량의 물과 물을 포함하는 액체의 냉각작용이

가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

특수가연물면화류 종이 등 합성수지열경화성 열가소성 섬유천연 합성 나무( ) ( ) ( )②

등 우리 생활주변에 가장 많이 존재하는 가연물에 의한 화재로 다른 화재에 비해 발

생빈도 및 피해액이 가장 높으며 생활주변에서 흔히 볼 수 있는 화재이다

일반 화재의 발생원인(2)

일반 화재는 주택 아파트 공장 백화점 고층건축물 등에서 많이 발생되며 유류 전기

등의 취급 및 사용 시의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다

불을 취급 사용하는 시설의 취급 부주의①

타다 남은 불티의 취급 부주의②

화기 및 열원을 취급 사용하는 장소에서의 담뱃불 취급 부주의③

어린이들의 불장난④

개인의 감정에 의한 방화⑤

유류 및 전기로 인한 주택 공장 화재⑥

일반 화재의 예방 책(3)

① 일반화재를 일으키는 가연물의 종류와 수는 매우 다양하므로 화기 또는 열원의 취

급 사용 시에는 화재를 일으킬 우려가 있는 가연물의 접촉을 멀리하고 가연물은 항

상 지정된 장소에 저장 또는 보관하여야 한다

특히 화기 또는 열원의 취급② 사용 시에는 화기취급 책임자의 지시에 따라 관리 및

운영이 되어야 하며 안전수칙을 항상 준수하도록 하여야 한다

유류3) 화재 급 화재(B )

유류 화재의 개요(1)

유류화재는 액체 가연물가연성액체 포함의 취급 부주의에 의한 화재로 생성된 연기( )①

92 화재공학Part II

가 황색 또는 흑색일반적으로이며( ) 연소 후 재를 남기지 않고 공기의 차단효과인 질식

작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인 특수인화물류 석유류 알코올류1 4 ②

동식물류 등의 인화성 액체와 가연성 액체에 의한 화재로 일반 화재보다 화재의 위험

성이 크고 연소성이 좋기 때문에 매우 위험한 화재이다

유류 화재의 발생원인(2)

유류 화재를 발생시키는 액체 가연물은 부분 상온 이하의 인하점을 가지므로 상온에서

가연성혼합기발생된 가연성 증기와 공기가 혼합되어 연소범위에 들어간 상태를 형성하( )

기 쉬운데 가연성혼합기를 형성한 상태에서 점화원인 열이나 화기에 접촉되면 쉽게 발

화되어 화재가 발생할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

유류 표면으로부터 발생된 증기가 공기와 적당히 혼합되어 연소범위 내에 있는 상태①

가연성 혼합기 형성에서 점화원인 열 또는 화기에 접촉되었을 때( )

유류나 난방 기기② 기구의 취급 사용 시 부주의로 흘러나온 유류에 점화원인 열 또는

화기에 접촉되었을 때

유류나 난방 기기③ 기구를 장시간 과열시켜 놓고 자리를 비우거나 관리가 소홀하여

부근의 가연성 물질에 인화되었을 때

연소나 난방기구의 전도 가연성물질의 낙하 등에 의해 발화되었을 때④

유류 화재의 예방 책(3)

열기구는 본래의 사용목적 이외의 다른 용도로 사용하지 말아야 하며 열기구 주변이①

나 가까운 장소에 가연성 물질을 비치해서는 안 된다

또한 한 방향으로 열기가 나가도록 되어 있는 열기구의 경우에는 가연물을 그 방향②

으로부터 이상의 이격거리를 유지한다1 m

유류는 유류이외의 다른 물질과 함께 저장해서는 아니 되며 열 또는 화기를 절 로③

가까이 해서는 안 된다 특히 가솔린 등 인화성이 높은 물질은 적당한 용도에 맞게

사용하여야 한다

액체 가연물로부터 발생되는 증기의 양을 억제시켜야 하며 가연성혼합기가공기 중 (④

에서 연소범위의 농도가 형성되지 않도록 환기시설을 하거나 통풍을 양호하게 해야)

한다

전기4) 화재 급 화재(C )

전기 화재의 개요(1)

전기화재는 전기 자체가 유인 되어 발화한다는 의미의 화재가 아니고( )誘因① 전기에 의

한 기기 기구의 발열체가 발화원이 되는 화재로 생성된 연기가 청색이며 공기의 차단효

과인 질식작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

88 화재공학Part II

전기적

요인

누전

지락

과부하

과전류

단락

반단선 미확인 기타 합계접촉

불량

절연

열화

압착

손상층간 트래킹

화재건수

4454 10488 9576 21898 6062 1068 5815 1402 24123 8277 93163

비율 478 1126 1028 2350 651 115 624 150 2589 889 100

전기적 요인별 발화원인을 살펴보면 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한 절연열화에 의한 단락

이 건로 가장 높은 발생률을 보였고 다음으로 과부하2350(21898 ) 과전류 건1126(10488 )

접촉불량에 의한 단락 건 기타 건 압착1028(9576 ) 889(8278 ) 손상에 의한 단락 651

건(6062 )순으로 발생하였다

방화 동기별 화재발생현황4)

국민안전처 국가화재정보시스템의 최근 년간 년 월10 (2006 1 ~ 년 월 기준 국내화재2015 12 )

의 발생현황 중 방화 및 방화의심에 의해 발생된 화재는 총 건으로 방화동기별 화재발21392

생 원인을 나타내면 다음과 같다

그림[ 24] 방화동기별 화재발생현황

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 89

방화

동기

단순

우발적

불만

해소

가정

불화

정신

이상싸움

비관

자살

보험

사기

보복

손해(

목적)

범죄

은폐

사회적

반감

채권

채무시위 미상 기타 합계

화재건수

2199 954 1239 687 443 622 15 173 239 111 121 63 12410 2116 21392

비율 1028 446 579 321 207 291 007 081 112 052 057 029 5801 989 100

방화에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 미상 건로 가장 높은 발생률을 보였고5805(12410 )

단순우발적 건 기타 건 가정불화 건 불만해소1028(2199 ) 989(2116 ) 579(1239 ) 446

건(954 )순으로 발생하였다

화재의 발생현황

발화요인별 부주의① 전기적요인 미상 기계적요인 방화 방화의심

부주의요인별 담배꽁초② 음식물조리 쓰레기소각 불씨 불꽃 화원 기타

전기적요인별 미확인③ 단락절연절화 과부하 과전류 단락접촉불량 기타

방화요인별 미상④ 단순우발적 기타 가정불화 불만해소

장소별 주택⑤ 차량 아파트 음식점 공장 점포 창고

계절별 겨울⑥ 봄 가을 여름

90 화재공학Part II

화재의 종류와 특성

1 화재의 종류

국가별 화재분류 기준1)

화재 분류국 내

일본미국

(NFPA 10)

국제표준화

(ISO 7165)색상

검정기준 기준KS 가스법

일반보통 화재( ) 급A 급A 급A 급A 급A 백색

유류 화재 급B 급B 급B 급B급B

황색급 가스C ( )

전기 화재 급C 급C 급C 급C 청색

금속 화재 － 급D － 급D 급D 무색

가스 화재 급E 황색

식용유 화재 － － － 급K 급F

국내(1)

국내에서는 화재구분을 수동식소화기의 형식승인 및 검정기술기준에 따라 급A B C①

화재로 분류한다

그러나 한국산업규격 기준에서는 검정기술기준에다 금속화재를 급으로 고압가 (KS) D ②

스안전관리법 시행규칙 제 조에서는 가스화재를 급으로 규정하고 있다2 E

의 경우(2) NFPA

에서는 화재구분을 급화재로 분류하고 있으며 국내의 검정NFPA 10 A B C D K ①

기술기준에는 없는 급과 급 화재를 별도로 규정하고 있다D K

급 화재는 금속화재로서 다른 화재에 비해 발생빈도는 높지 않으나 화재 시 높은D②

온도가 발생하며 발화 후 소화가 어려운 관계로 별도의 소화약제를 개발하기 위하여

제정하였다

급 화재란 식용유 화재로서 제 종 분말소화약제인 분말 소화기로 소화가 곤란K 3 ABC③

한 화재인 관계로 별도의 화재로 구분하고 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 91

국제표준화기구 의 경우(3) (ISO 7165)

유류화재에서 에서는 가연성 가스의 화재까지 포함시킨 반면 에서는 가스NFPA ISO①

화재를 별도의 화재로 분류를 하였으며 통전중인 전기로 인한 화재는 분류되지 않고

있다 즉 급을 전기화재가 아닌 가스화재로 분류하고 있다 C

또한 식용류 화재에서 는 급으로 가연성 요리재료를 포함하는 요리기구 화재 NFPA K②

까지 포함시킨 반면 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분류하고 있다ISO F

일반2) 화재 급 화재(A )

일반 화재의 개요(1)

일반화재는① 보통화재라고도 하며 산소와 친화력이 강한 물질에 의한 화재로 생성된

연기가 백색이며 연소 후 재를 남기고 다량의 물과 물을 포함하는 액체의 냉각작용이

가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

특수가연물면화류 종이 등 합성수지열경화성 열가소성 섬유천연 합성 나무( ) ( ) ( )②

등 우리 생활주변에 가장 많이 존재하는 가연물에 의한 화재로 다른 화재에 비해 발

생빈도 및 피해액이 가장 높으며 생활주변에서 흔히 볼 수 있는 화재이다

일반 화재의 발생원인(2)

일반 화재는 주택 아파트 공장 백화점 고층건축물 등에서 많이 발생되며 유류 전기

등의 취급 및 사용 시의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다

불을 취급 사용하는 시설의 취급 부주의①

타다 남은 불티의 취급 부주의②

화기 및 열원을 취급 사용하는 장소에서의 담뱃불 취급 부주의③

어린이들의 불장난④

개인의 감정에 의한 방화⑤

유류 및 전기로 인한 주택 공장 화재⑥

일반 화재의 예방 책(3)

① 일반화재를 일으키는 가연물의 종류와 수는 매우 다양하므로 화기 또는 열원의 취

급 사용 시에는 화재를 일으킬 우려가 있는 가연물의 접촉을 멀리하고 가연물은 항

상 지정된 장소에 저장 또는 보관하여야 한다

특히 화기 또는 열원의 취급② 사용 시에는 화기취급 책임자의 지시에 따라 관리 및

운영이 되어야 하며 안전수칙을 항상 준수하도록 하여야 한다

유류3) 화재 급 화재(B )

유류 화재의 개요(1)

유류화재는 액체 가연물가연성액체 포함의 취급 부주의에 의한 화재로 생성된 연기( )①

92 화재공학Part II

가 황색 또는 흑색일반적으로이며( ) 연소 후 재를 남기지 않고 공기의 차단효과인 질식

작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인 특수인화물류 석유류 알코올류1 4 ②

동식물류 등의 인화성 액체와 가연성 액체에 의한 화재로 일반 화재보다 화재의 위험

성이 크고 연소성이 좋기 때문에 매우 위험한 화재이다

유류 화재의 발생원인(2)

유류 화재를 발생시키는 액체 가연물은 부분 상온 이하의 인하점을 가지므로 상온에서

가연성혼합기발생된 가연성 증기와 공기가 혼합되어 연소범위에 들어간 상태를 형성하( )

기 쉬운데 가연성혼합기를 형성한 상태에서 점화원인 열이나 화기에 접촉되면 쉽게 발

화되어 화재가 발생할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

유류 표면으로부터 발생된 증기가 공기와 적당히 혼합되어 연소범위 내에 있는 상태①

가연성 혼합기 형성에서 점화원인 열 또는 화기에 접촉되었을 때( )

유류나 난방 기기② 기구의 취급 사용 시 부주의로 흘러나온 유류에 점화원인 열 또는

화기에 접촉되었을 때

유류나 난방 기기③ 기구를 장시간 과열시켜 놓고 자리를 비우거나 관리가 소홀하여

부근의 가연성 물질에 인화되었을 때

연소나 난방기구의 전도 가연성물질의 낙하 등에 의해 발화되었을 때④

유류 화재의 예방 책(3)

열기구는 본래의 사용목적 이외의 다른 용도로 사용하지 말아야 하며 열기구 주변이①

나 가까운 장소에 가연성 물질을 비치해서는 안 된다

또한 한 방향으로 열기가 나가도록 되어 있는 열기구의 경우에는 가연물을 그 방향②

으로부터 이상의 이격거리를 유지한다1 m

유류는 유류이외의 다른 물질과 함께 저장해서는 아니 되며 열 또는 화기를 절 로③

가까이 해서는 안 된다 특히 가솔린 등 인화성이 높은 물질은 적당한 용도에 맞게

사용하여야 한다

액체 가연물로부터 발생되는 증기의 양을 억제시켜야 하며 가연성혼합기가공기 중 (④

에서 연소범위의 농도가 형성되지 않도록 환기시설을 하거나 통풍을 양호하게 해야)

한다

전기4) 화재 급 화재(C )

전기 화재의 개요(1)

전기화재는 전기 자체가 유인 되어 발화한다는 의미의 화재가 아니고( )誘因① 전기에 의

한 기기 기구의 발열체가 발화원이 되는 화재로 생성된 연기가 청색이며 공기의 차단효

과인 질식작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재 의 정의 및 발생현황Chapter 1 ( )火災 89

방화

동기

단순

우발적

불만

해소

가정

불화

정신

이상싸움

비관

자살

보험

사기

보복

손해(

목적)

범죄

은폐

사회적

반감

채권

채무시위 미상 기타 합계

화재건수

2199 954 1239 687 443 622 15 173 239 111 121 63 12410 2116 21392

비율 1028 446 579 321 207 291 007 081 112 052 057 029 5801 989 100

방화에 의한 화재발생 원인을 살펴보면 미상 건로 가장 높은 발생률을 보였고5805(12410 )

단순우발적 건 기타 건 가정불화 건 불만해소1028(2199 ) 989(2116 ) 579(1239 ) 446

건(954 )순으로 발생하였다

화재의 발생현황

발화요인별 부주의① 전기적요인 미상 기계적요인 방화 방화의심

부주의요인별 담배꽁초② 음식물조리 쓰레기소각 불씨 불꽃 화원 기타

전기적요인별 미확인③ 단락절연절화 과부하 과전류 단락접촉불량 기타

방화요인별 미상④ 단순우발적 기타 가정불화 불만해소

장소별 주택⑤ 차량 아파트 음식점 공장 점포 창고

계절별 겨울⑥ 봄 가을 여름

90 화재공학Part II

화재의 종류와 특성

1 화재의 종류

국가별 화재분류 기준1)

화재 분류국 내

일본미국

(NFPA 10)

국제표준화

(ISO 7165)색상

검정기준 기준KS 가스법

일반보통 화재( ) 급A 급A 급A 급A 급A 백색

유류 화재 급B 급B 급B 급B급B

황색급 가스C ( )

전기 화재 급C 급C 급C 급C 청색

금속 화재 － 급D － 급D 급D 무색

가스 화재 급E 황색

식용유 화재 － － － 급K 급F

국내(1)

국내에서는 화재구분을 수동식소화기의 형식승인 및 검정기술기준에 따라 급A B C①

화재로 분류한다

그러나 한국산업규격 기준에서는 검정기술기준에다 금속화재를 급으로 고압가 (KS) D ②

스안전관리법 시행규칙 제 조에서는 가스화재를 급으로 규정하고 있다2 E

의 경우(2) NFPA

에서는 화재구분을 급화재로 분류하고 있으며 국내의 검정NFPA 10 A B C D K ①

기술기준에는 없는 급과 급 화재를 별도로 규정하고 있다D K

급 화재는 금속화재로서 다른 화재에 비해 발생빈도는 높지 않으나 화재 시 높은D②

온도가 발생하며 발화 후 소화가 어려운 관계로 별도의 소화약제를 개발하기 위하여

제정하였다

급 화재란 식용유 화재로서 제 종 분말소화약제인 분말 소화기로 소화가 곤란K 3 ABC③

한 화재인 관계로 별도의 화재로 구분하고 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 91

국제표준화기구 의 경우(3) (ISO 7165)

유류화재에서 에서는 가연성 가스의 화재까지 포함시킨 반면 에서는 가스NFPA ISO①

화재를 별도의 화재로 분류를 하였으며 통전중인 전기로 인한 화재는 분류되지 않고

있다 즉 급을 전기화재가 아닌 가스화재로 분류하고 있다 C

또한 식용류 화재에서 는 급으로 가연성 요리재료를 포함하는 요리기구 화재 NFPA K②

까지 포함시킨 반면 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분류하고 있다ISO F

일반2) 화재 급 화재(A )

일반 화재의 개요(1)

일반화재는① 보통화재라고도 하며 산소와 친화력이 강한 물질에 의한 화재로 생성된

연기가 백색이며 연소 후 재를 남기고 다량의 물과 물을 포함하는 액체의 냉각작용이

가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

특수가연물면화류 종이 등 합성수지열경화성 열가소성 섬유천연 합성 나무( ) ( ) ( )②

등 우리 생활주변에 가장 많이 존재하는 가연물에 의한 화재로 다른 화재에 비해 발

생빈도 및 피해액이 가장 높으며 생활주변에서 흔히 볼 수 있는 화재이다

일반 화재의 발생원인(2)

일반 화재는 주택 아파트 공장 백화점 고층건축물 등에서 많이 발생되며 유류 전기

등의 취급 및 사용 시의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다

불을 취급 사용하는 시설의 취급 부주의①

타다 남은 불티의 취급 부주의②

화기 및 열원을 취급 사용하는 장소에서의 담뱃불 취급 부주의③

어린이들의 불장난④

개인의 감정에 의한 방화⑤

유류 및 전기로 인한 주택 공장 화재⑥

일반 화재의 예방 책(3)

① 일반화재를 일으키는 가연물의 종류와 수는 매우 다양하므로 화기 또는 열원의 취

급 사용 시에는 화재를 일으킬 우려가 있는 가연물의 접촉을 멀리하고 가연물은 항

상 지정된 장소에 저장 또는 보관하여야 한다

특히 화기 또는 열원의 취급② 사용 시에는 화기취급 책임자의 지시에 따라 관리 및

운영이 되어야 하며 안전수칙을 항상 준수하도록 하여야 한다

유류3) 화재 급 화재(B )

유류 화재의 개요(1)

유류화재는 액체 가연물가연성액체 포함의 취급 부주의에 의한 화재로 생성된 연기( )①

92 화재공학Part II

가 황색 또는 흑색일반적으로이며( ) 연소 후 재를 남기지 않고 공기의 차단효과인 질식

작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인 특수인화물류 석유류 알코올류1 4 ②

동식물류 등의 인화성 액체와 가연성 액체에 의한 화재로 일반 화재보다 화재의 위험

성이 크고 연소성이 좋기 때문에 매우 위험한 화재이다

유류 화재의 발생원인(2)

유류 화재를 발생시키는 액체 가연물은 부분 상온 이하의 인하점을 가지므로 상온에서

가연성혼합기발생된 가연성 증기와 공기가 혼합되어 연소범위에 들어간 상태를 형성하( )

기 쉬운데 가연성혼합기를 형성한 상태에서 점화원인 열이나 화기에 접촉되면 쉽게 발

화되어 화재가 발생할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

유류 표면으로부터 발생된 증기가 공기와 적당히 혼합되어 연소범위 내에 있는 상태①

가연성 혼합기 형성에서 점화원인 열 또는 화기에 접촉되었을 때( )

유류나 난방 기기② 기구의 취급 사용 시 부주의로 흘러나온 유류에 점화원인 열 또는

화기에 접촉되었을 때

유류나 난방 기기③ 기구를 장시간 과열시켜 놓고 자리를 비우거나 관리가 소홀하여

부근의 가연성 물질에 인화되었을 때

연소나 난방기구의 전도 가연성물질의 낙하 등에 의해 발화되었을 때④

유류 화재의 예방 책(3)

열기구는 본래의 사용목적 이외의 다른 용도로 사용하지 말아야 하며 열기구 주변이①

나 가까운 장소에 가연성 물질을 비치해서는 안 된다

또한 한 방향으로 열기가 나가도록 되어 있는 열기구의 경우에는 가연물을 그 방향②

으로부터 이상의 이격거리를 유지한다1 m

유류는 유류이외의 다른 물질과 함께 저장해서는 아니 되며 열 또는 화기를 절 로③

가까이 해서는 안 된다 특히 가솔린 등 인화성이 높은 물질은 적당한 용도에 맞게

사용하여야 한다

액체 가연물로부터 발생되는 증기의 양을 억제시켜야 하며 가연성혼합기가공기 중 (④

에서 연소범위의 농도가 형성되지 않도록 환기시설을 하거나 통풍을 양호하게 해야)

한다

전기4) 화재 급 화재(C )

전기 화재의 개요(1)

전기화재는 전기 자체가 유인 되어 발화한다는 의미의 화재가 아니고( )誘因① 전기에 의

한 기기 기구의 발열체가 발화원이 되는 화재로 생성된 연기가 청색이며 공기의 차단효

과인 질식작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

90 화재공학Part II

화재의 종류와 특성

1 화재의 종류

국가별 화재분류 기준1)

화재 분류국 내

일본미국

(NFPA 10)

국제표준화

(ISO 7165)색상

검정기준 기준KS 가스법

일반보통 화재( ) 급A 급A 급A 급A 급A 백색

유류 화재 급B 급B 급B 급B급B

황색급 가스C ( )

전기 화재 급C 급C 급C 급C 청색

금속 화재 － 급D － 급D 급D 무색

가스 화재 급E 황색

식용유 화재 － － － 급K 급F

국내(1)

국내에서는 화재구분을 수동식소화기의 형식승인 및 검정기술기준에 따라 급A B C①

화재로 분류한다

그러나 한국산업규격 기준에서는 검정기술기준에다 금속화재를 급으로 고압가 (KS) D ②

스안전관리법 시행규칙 제 조에서는 가스화재를 급으로 규정하고 있다2 E

의 경우(2) NFPA

에서는 화재구분을 급화재로 분류하고 있으며 국내의 검정NFPA 10 A B C D K ①

기술기준에는 없는 급과 급 화재를 별도로 규정하고 있다D K

급 화재는 금속화재로서 다른 화재에 비해 발생빈도는 높지 않으나 화재 시 높은D②

온도가 발생하며 발화 후 소화가 어려운 관계로 별도의 소화약제를 개발하기 위하여

제정하였다

급 화재란 식용유 화재로서 제 종 분말소화약제인 분말 소화기로 소화가 곤란K 3 ABC③

한 화재인 관계로 별도의 화재로 구분하고 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 91

국제표준화기구 의 경우(3) (ISO 7165)

유류화재에서 에서는 가연성 가스의 화재까지 포함시킨 반면 에서는 가스NFPA ISO①

화재를 별도의 화재로 분류를 하였으며 통전중인 전기로 인한 화재는 분류되지 않고

있다 즉 급을 전기화재가 아닌 가스화재로 분류하고 있다 C

또한 식용류 화재에서 는 급으로 가연성 요리재료를 포함하는 요리기구 화재 NFPA K②

까지 포함시킨 반면 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분류하고 있다ISO F

일반2) 화재 급 화재(A )

일반 화재의 개요(1)

일반화재는① 보통화재라고도 하며 산소와 친화력이 강한 물질에 의한 화재로 생성된

연기가 백색이며 연소 후 재를 남기고 다량의 물과 물을 포함하는 액체의 냉각작용이

가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

특수가연물면화류 종이 등 합성수지열경화성 열가소성 섬유천연 합성 나무( ) ( ) ( )②

등 우리 생활주변에 가장 많이 존재하는 가연물에 의한 화재로 다른 화재에 비해 발

생빈도 및 피해액이 가장 높으며 생활주변에서 흔히 볼 수 있는 화재이다

일반 화재의 발생원인(2)

일반 화재는 주택 아파트 공장 백화점 고층건축물 등에서 많이 발생되며 유류 전기

등의 취급 및 사용 시의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다

불을 취급 사용하는 시설의 취급 부주의①

타다 남은 불티의 취급 부주의②

화기 및 열원을 취급 사용하는 장소에서의 담뱃불 취급 부주의③

어린이들의 불장난④

개인의 감정에 의한 방화⑤

유류 및 전기로 인한 주택 공장 화재⑥

일반 화재의 예방 책(3)

① 일반화재를 일으키는 가연물의 종류와 수는 매우 다양하므로 화기 또는 열원의 취

급 사용 시에는 화재를 일으킬 우려가 있는 가연물의 접촉을 멀리하고 가연물은 항

상 지정된 장소에 저장 또는 보관하여야 한다

특히 화기 또는 열원의 취급② 사용 시에는 화기취급 책임자의 지시에 따라 관리 및

운영이 되어야 하며 안전수칙을 항상 준수하도록 하여야 한다

유류3) 화재 급 화재(B )

유류 화재의 개요(1)

유류화재는 액체 가연물가연성액체 포함의 취급 부주의에 의한 화재로 생성된 연기( )①

92 화재공학Part II

가 황색 또는 흑색일반적으로이며( ) 연소 후 재를 남기지 않고 공기의 차단효과인 질식

작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인 특수인화물류 석유류 알코올류1 4 ②

동식물류 등의 인화성 액체와 가연성 액체에 의한 화재로 일반 화재보다 화재의 위험

성이 크고 연소성이 좋기 때문에 매우 위험한 화재이다

유류 화재의 발생원인(2)

유류 화재를 발생시키는 액체 가연물은 부분 상온 이하의 인하점을 가지므로 상온에서

가연성혼합기발생된 가연성 증기와 공기가 혼합되어 연소범위에 들어간 상태를 형성하( )

기 쉬운데 가연성혼합기를 형성한 상태에서 점화원인 열이나 화기에 접촉되면 쉽게 발

화되어 화재가 발생할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

유류 표면으로부터 발생된 증기가 공기와 적당히 혼합되어 연소범위 내에 있는 상태①

가연성 혼합기 형성에서 점화원인 열 또는 화기에 접촉되었을 때( )

유류나 난방 기기② 기구의 취급 사용 시 부주의로 흘러나온 유류에 점화원인 열 또는

화기에 접촉되었을 때

유류나 난방 기기③ 기구를 장시간 과열시켜 놓고 자리를 비우거나 관리가 소홀하여

부근의 가연성 물질에 인화되었을 때

연소나 난방기구의 전도 가연성물질의 낙하 등에 의해 발화되었을 때④

유류 화재의 예방 책(3)

열기구는 본래의 사용목적 이외의 다른 용도로 사용하지 말아야 하며 열기구 주변이①

나 가까운 장소에 가연성 물질을 비치해서는 안 된다

또한 한 방향으로 열기가 나가도록 되어 있는 열기구의 경우에는 가연물을 그 방향②

으로부터 이상의 이격거리를 유지한다1 m

유류는 유류이외의 다른 물질과 함께 저장해서는 아니 되며 열 또는 화기를 절 로③

가까이 해서는 안 된다 특히 가솔린 등 인화성이 높은 물질은 적당한 용도에 맞게

사용하여야 한다

액체 가연물로부터 발생되는 증기의 양을 억제시켜야 하며 가연성혼합기가공기 중 (④

에서 연소범위의 농도가 형성되지 않도록 환기시설을 하거나 통풍을 양호하게 해야)

한다

전기4) 화재 급 화재(C )

전기 화재의 개요(1)

전기화재는 전기 자체가 유인 되어 발화한다는 의미의 화재가 아니고( )誘因① 전기에 의

한 기기 기구의 발열체가 발화원이 되는 화재로 생성된 연기가 청색이며 공기의 차단효

과인 질식작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재의 종류와 특성Chapter 2 91

국제표준화기구 의 경우(3) (ISO 7165)

유류화재에서 에서는 가연성 가스의 화재까지 포함시킨 반면 에서는 가스NFPA ISO①

화재를 별도의 화재로 분류를 하였으며 통전중인 전기로 인한 화재는 분류되지 않고

있다 즉 급을 전기화재가 아닌 가스화재로 분류하고 있다 C

또한 식용류 화재에서 는 급으로 가연성 요리재료를 포함하는 요리기구 화재 NFPA K②

까지 포함시킨 반면 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분류하고 있다ISO F

일반2) 화재 급 화재(A )

일반 화재의 개요(1)

일반화재는① 보통화재라고도 하며 산소와 친화력이 강한 물질에 의한 화재로 생성된

연기가 백색이며 연소 후 재를 남기고 다량의 물과 물을 포함하는 액체의 냉각작용이

가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

특수가연물면화류 종이 등 합성수지열경화성 열가소성 섬유천연 합성 나무( ) ( ) ( )②

등 우리 생활주변에 가장 많이 존재하는 가연물에 의한 화재로 다른 화재에 비해 발

생빈도 및 피해액이 가장 높으며 생활주변에서 흔히 볼 수 있는 화재이다

일반 화재의 발생원인(2)

일반 화재는 주택 아파트 공장 백화점 고층건축물 등에서 많이 발생되며 유류 전기

등의 취급 및 사용 시의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다

불을 취급 사용하는 시설의 취급 부주의①

타다 남은 불티의 취급 부주의②

화기 및 열원을 취급 사용하는 장소에서의 담뱃불 취급 부주의③

어린이들의 불장난④

개인의 감정에 의한 방화⑤

유류 및 전기로 인한 주택 공장 화재⑥

일반 화재의 예방 책(3)

① 일반화재를 일으키는 가연물의 종류와 수는 매우 다양하므로 화기 또는 열원의 취

급 사용 시에는 화재를 일으킬 우려가 있는 가연물의 접촉을 멀리하고 가연물은 항

상 지정된 장소에 저장 또는 보관하여야 한다

특히 화기 또는 열원의 취급② 사용 시에는 화기취급 책임자의 지시에 따라 관리 및

운영이 되어야 하며 안전수칙을 항상 준수하도록 하여야 한다

유류3) 화재 급 화재(B )

유류 화재의 개요(1)

유류화재는 액체 가연물가연성액체 포함의 취급 부주의에 의한 화재로 생성된 연기( )①

92 화재공학Part II

가 황색 또는 흑색일반적으로이며( ) 연소 후 재를 남기지 않고 공기의 차단효과인 질식

작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인 특수인화물류 석유류 알코올류1 4 ②

동식물류 등의 인화성 액체와 가연성 액체에 의한 화재로 일반 화재보다 화재의 위험

성이 크고 연소성이 좋기 때문에 매우 위험한 화재이다

유류 화재의 발생원인(2)

유류 화재를 발생시키는 액체 가연물은 부분 상온 이하의 인하점을 가지므로 상온에서

가연성혼합기발생된 가연성 증기와 공기가 혼합되어 연소범위에 들어간 상태를 형성하( )

기 쉬운데 가연성혼합기를 형성한 상태에서 점화원인 열이나 화기에 접촉되면 쉽게 발

화되어 화재가 발생할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

유류 표면으로부터 발생된 증기가 공기와 적당히 혼합되어 연소범위 내에 있는 상태①

가연성 혼합기 형성에서 점화원인 열 또는 화기에 접촉되었을 때( )

유류나 난방 기기② 기구의 취급 사용 시 부주의로 흘러나온 유류에 점화원인 열 또는

화기에 접촉되었을 때

유류나 난방 기기③ 기구를 장시간 과열시켜 놓고 자리를 비우거나 관리가 소홀하여

부근의 가연성 물질에 인화되었을 때

연소나 난방기구의 전도 가연성물질의 낙하 등에 의해 발화되었을 때④

유류 화재의 예방 책(3)

열기구는 본래의 사용목적 이외의 다른 용도로 사용하지 말아야 하며 열기구 주변이①

나 가까운 장소에 가연성 물질을 비치해서는 안 된다

또한 한 방향으로 열기가 나가도록 되어 있는 열기구의 경우에는 가연물을 그 방향②

으로부터 이상의 이격거리를 유지한다1 m

유류는 유류이외의 다른 물질과 함께 저장해서는 아니 되며 열 또는 화기를 절 로③

가까이 해서는 안 된다 특히 가솔린 등 인화성이 높은 물질은 적당한 용도에 맞게

사용하여야 한다

액체 가연물로부터 발생되는 증기의 양을 억제시켜야 하며 가연성혼합기가공기 중 (④

에서 연소범위의 농도가 형성되지 않도록 환기시설을 하거나 통풍을 양호하게 해야)

한다

전기4) 화재 급 화재(C )

전기 화재의 개요(1)

전기화재는 전기 자체가 유인 되어 발화한다는 의미의 화재가 아니고( )誘因① 전기에 의

한 기기 기구의 발열체가 발화원이 되는 화재로 생성된 연기가 청색이며 공기의 차단효

과인 질식작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

92 화재공학Part II

가 황색 또는 흑색일반적으로이며( ) 연소 후 재를 남기지 않고 공기의 차단효과인 질식

작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인 특수인화물류 석유류 알코올류1 4 ②

동식물류 등의 인화성 액체와 가연성 액체에 의한 화재로 일반 화재보다 화재의 위험

성이 크고 연소성이 좋기 때문에 매우 위험한 화재이다

유류 화재의 발생원인(2)

유류 화재를 발생시키는 액체 가연물은 부분 상온 이하의 인하점을 가지므로 상온에서

가연성혼합기발생된 가연성 증기와 공기가 혼합되어 연소범위에 들어간 상태를 형성하( )

기 쉬운데 가연성혼합기를 형성한 상태에서 점화원인 열이나 화기에 접촉되면 쉽게 발

화되어 화재가 발생할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

유류 표면으로부터 발생된 증기가 공기와 적당히 혼합되어 연소범위 내에 있는 상태①

가연성 혼합기 형성에서 점화원인 열 또는 화기에 접촉되었을 때( )

유류나 난방 기기② 기구의 취급 사용 시 부주의로 흘러나온 유류에 점화원인 열 또는

화기에 접촉되었을 때

유류나 난방 기기③ 기구를 장시간 과열시켜 놓고 자리를 비우거나 관리가 소홀하여

부근의 가연성 물질에 인화되었을 때

연소나 난방기구의 전도 가연성물질의 낙하 등에 의해 발화되었을 때④

유류 화재의 예방 책(3)

열기구는 본래의 사용목적 이외의 다른 용도로 사용하지 말아야 하며 열기구 주변이①

나 가까운 장소에 가연성 물질을 비치해서는 안 된다

또한 한 방향으로 열기가 나가도록 되어 있는 열기구의 경우에는 가연물을 그 방향②

으로부터 이상의 이격거리를 유지한다1 m

유류는 유류이외의 다른 물질과 함께 저장해서는 아니 되며 열 또는 화기를 절 로③

가까이 해서는 안 된다 특히 가솔린 등 인화성이 높은 물질은 적당한 용도에 맞게

사용하여야 한다

액체 가연물로부터 발생되는 증기의 양을 억제시켜야 하며 가연성혼합기가공기 중 (④

에서 연소범위의 농도가 형성되지 않도록 환기시설을 하거나 통풍을 양호하게 해야)

한다

전기4) 화재 급 화재(C )

전기 화재의 개요(1)

전기화재는 전기 자체가 유인 되어 발화한다는 의미의 화재가 아니고( )誘因① 전기에 의

한 기기 기구의 발열체가 발화원이 되는 화재로 생성된 연기가 청색이며 공기의 차단효

과인 질식작용이 가장 중요한 소화방법인 상물의 화재를 말한다

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재의 종류와 특성Chapter 2 93

전기화재는 그 형태가 매우 다양하고 원인규명이 곤란한 화재로 전기에너지를 이용②

하는 각종 기계류의 설계 부적합 구조적인 결함 시설의 취급소홀 사용자의 부주의

안전수칙 미준수 등에 의해서 발생되고 있다

전기 화재의 발생원인(2)

전기 화재의 주요 발화원인은 전기기기 기구의 불량 또는 과열 배선 불량 이동식 절연

기전기장판 전기난로 다리미 등 및 고정식 절연기건조기 전기로의 취급 및 사용 시( ) ( )

의 부주의로 발생하는 등 다양한 원인이 있다 이 중 원인을 알 수 없는 미확인을 제외한

전기기기 기구의 절연열화 등에 의한 단락이 가장 많은 부분을 차지하며 그 다음으로

과부하 과전류 누전 지락의 순으로 발생하였고 이 외에 접속부 과열 열적경과 불꽃방

전 등이 있다(Spark)

단락합선에 의한 발화발생원인 중 가장 높을 비율을 차지( ) ( )①

과전류② 과부하에 의한 발화

누전에 의한 발화③

지락에 의한 발화④

도체 접속부 과열에 의한 발화⑤

불꽃방전 에 의한 발화(Spark)⑥

전기 화재의 예방 책(3)

적당한 용량의 전기기기① 기구의 전기제품을 선택해야 한다

전기 개폐기용 퓨즈는 적정용량의 것을 사용한다②

전열기용 전선은 비닐절연전선 신 열에 잘 견딜 수 있는 내열 고무절연전선을 사용③

한다

플러그와 콘센트는 견고하게 제조되어 있어야 하며 서로 접촉하는 부분의 연결이 잘④

될 수 있는 것을 선택하여 사용한다

하나의 콘센트에 여러 가지 선을 연결하거나 다량의 전기기기⑤ 기구를 사용하지 않도

록 한다문어발식 배선 금지( )

플러그를 제거할 때에는 전선을 잡아당기지 말고 반드시 몸체를 잡고 제거한다 ⑥

금속5) 화재 급 화재(D )

금속 화재의 개요(1)

금속 화재는① 금속 및 금속의 분 박 리본 등에 의해서 발생되는 화재로 생성된 연기는

무색이며 물과 반응하여 수소 (H2 아세틸렌) (C2H2 등과 같은 가연성 가스를 발생하)

는 금수성 물질의 화재로 물 및 물을 포함한 소화약제를 사용하여 소화해서는 안 되

는 화재이다(주수소화 금지)

위험물안전관리법 시행령 별표 의 제 류 위험물인1 1② 산화성 고체의 무기과산화물 제 류 2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

94 화재공학Part II

위험물인 가연성 고체의 철분 마그네슘 금속분 등 제 류 위험물인 3 금수성 및 자연발화

성 물질인 칼륨 나트륨 알킬알루미늄 등에 의한 화재로 일반 화재나 유류 화재에 비해

서 발생 빈도는 적지만 적절한 소화 책도 부족하여 다른 화재에 비해 예방 책이 더

중요한 화재이다

가장 적응성이 좋은 소화제는③ 건조사마른모래( )이며 특히 알킬기 (CnH2n+1 와 알루미늄)

의 유기금속화합물(R3 인 알킬알루미늄 화재 시 가장 적합한 소화약제는Al) 팽창질석

이나 팽창진주암이다

금속 화재의 발생원인(2)

금속 화재는 금속 가공 시 발생되는 많은 열의 축적과 금속의 분진에 의해서 화재가 발생

할 수 있는데 이것을 나타내면 다음과 같다

금속의 정밀가공 시에 축적되는 열이 금속표면에 붙어 있는 금속가루분에 가해져( )①

발열이 방열보다 커지면 화재가 발생된다

마그네슘 칼륨 나트륨은 발화점이 낮은데 미세한 분말의 경우 수분과 접촉 시 수분 ②

의 촉매작용으로 인해 화재가 발생할 위험성이 높다

금속 화재의 예방 책(3)

금속의 가공 시 금속분분(① 박 리본의 발생을 억제한다)

금속의 가공 시 발생되는 열의 축적을 방지한다②

금속의 가공 작업장에는 금속분분(③ 박 리본이 공기 중에 부유하지 않도록 환기시설)

을 설치한다

금속의 가공 작업장에는 건조한 상태가 되지 않도록 적정한 습도를 유지한다금수성(④

물질은 제외한다)

자연발화성의 금속은 보호액 또는 저장용기에 넣어 밀전하여야 한다⑤

⑥ 금수성의 금속 및 금속분 분( 박 리본 은 물 또는 습기와 접촉하지 않도록 하여야)

한다

가스6) 화재 급 화재(E )

가스 화재의 개요(1)

가스 화재는 에너지의 원천이 되는① 연료용 가스에 의해서 주로 발생되고 있으며 이를

취급 및 사용하는 사람의 부주의나 불안정한 상태에 기인해서 발생되는데 폭발과 함

께 폭굉을 동반하기 때문에 많은 사상자가 발생되는 화재이다

가스 화재를 일으키는 가연성 가스는 상태에 따라 압축 액화 용해가스로 존재한다 ②

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재의 종류와 특성Chapter 2 95

구 분 설 명 종 류

압축가스

∙상온에서 압축하여도 액화하기 어려운 가스로 임계온도1)가 상온보다

낮아 상온에서 압축시켜도 액화되지 않고 단지 기체 상태로 압축된

가스

∙일정한 압력에 의하여 압축되어 있는 가스

∙용기에 충전할 때 압축가스의 압력은 약 이상12Mpa

∙상용온도2) 또는 에서 게이지 압력이 이상의 기체상태의35 1Mpa

가스

수소

산소

질소

메탄

액화가스

∙상온에서 가압 또는 냉각에 의해 비교적 쉽게 액화되는 가스로 임계

온도가 상온보다 높아 상온에서 비교적 쉽게 액화되어 액체 상태로

용기에 충전하는 가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 기압에서의 비점이 이하 또40－

는 상용온도 이하

∙사용온도에서 압력이 가 되는 경우의 온도가 이하인02Mpa 35

가스

암모니아

염소

산화에틸렌

이산화탄소

가스LP

용해가스

∙고압가스 용기 속에 다공물질을 충전한 후 용제를 넣고 그 안에 가스

를 고압으로 용해시켜 저장한 가스

∙아세틸렌 가스는 압축하거나 액화시키면 분해폭발을 일으키므로 용기

에 다공물질과 가스를 잘 녹이는 용제아세톤 디메틸폼아미[ DMF(

드 를 넣어 용해시켜 충전한다)]

∙ 온도에서 압력이 를 초과하는 가스15 0Mpa

아세틸렌

가스는 부분 기체 상태로 존재하며 불규칙하게 운동하고 있으므로 저장③ 취급이 곤

란하며 연소범위가 넓어 점화원이 존재하면 화재를 일으킬 위험성이 다른 가연성 물

질보다 높은 편이다

가스를 연소성에 따라 분류하면 가연성 불연성 지연성 가스로 분류한다 ④

구 분 설 명 종 류

가연성가스

∙고압가스안전관리법 시행규칙 제 조 제 항 제 호2 1 1

∙수소 메탄 에탄 프로판 등 종과 공기중에 연소하는 가스로서 32

폭발 한계 하한이 이하10 인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가

이상인 것20

수소 메탄

에탄 부탄

프로판 등

불연성가스

∙자기 스스로 연소하지 못하고 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지

않는 가스

∙연소와 무관한 가스이다

질소

이산화탄소

아르곤

조연성가스

∙다른 가연성 물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있

도록 도움을 주는 가스

∙지연성 가스라고도 한다

공기

산소

염소

1) 임계온도 기체가 액체로 되기 위한 최고온도2) 상용온도 운반하거나 조작하는 상태에서의 최고온도

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

96 화재공학Part II

가스 화재의 발생원인(2)

가스 화재는 도시가스 천연가스 수소가스 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스가 배관 LP

이나 기타 설비에서 누설되어 공기 중의 산소와 만나 가연성 혼합기를 형성한 상태에서

점화원에 의해 착화되어 연소되는 화재이다

가스의 사용 및 취급 시 부주의에 의해 발생①

가스기구② 기기 및 설비 등의 불량제품에 의해 발생

가스기구③ 기기 및 설비 등의 취급 시 부주의에 의해 발생

가스기구④ 기기 및 설비 등의 관리 소홀로 인한 가스누설에 의해 발생

가스배관의 부식으로 인한 가스배관의 폭발에 의해 발생⑤

가스 화재의 예방 책(3)

가스기구① 기기 및 설비 등에 적합한 연료만을 사용한다

가스기구② 기기 및 설비 등의 통풍을 양호하게 한다

③ 가스사용 시설의 밸브 콕 부분에 비누거품을 발라 가스의 누설여부를 확인 (Cock)

한다

④ 가스 누설 시 창문을 열어 환기를 시킨다 이때 환기를 위한 배기팬이나 다른 전기기

구의 사용은 스파크 등의 점화원을 발생시키는 역할을 하므로 사용하지 말아야

한다

식용류7) 화재 급 화재(K F )

식용류 화재의 개요(1)

식용류 화재란 미국방화협회 에서는 급으로 가연성 튀김기름을 포함한(NFPA 10) K①

요리재료식물성 또는 동물성 기름 및 지방를 포함하는 요리기구 화재까지 포함시킨( )

화재를 말하며 국제표준화기구 에서는 급으로 조리에 의한 화재로만 분 (ISO 7165) F

류하고 있다

식용유 화재는 인화성 액체 가연성 액체 등의 유류화재인 급 화재와 화재 메카니즘 B②

이 달라 별도의 책이 필요하다 즉 유류화재는 유면상의 화염을 제거하면 소화가

되지만 식용류 화재는 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 곧바

로 재발화한다

식용류 화재와 유류 화재의 비교(2)

유류 화재는 흡열 증발 혼합 연소 배출의 연소 메카니즘을 갖고 복사열에 의한① rarr rarr rarr rarr

액면의 증발을 통해 연소가 진행되기 때문에 화염이 제거되면 복사열에 의한 증발이

없어 재발화 가능성이 없다 즉 유류는 발화점이 비점보다 높아 비점 이상의 온도에

서만 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화염이 꺼지면 재발화 하지 않는다

식용류 화재는② 인화점과 발화점의 차이가 적고 발화점이 이[288 (550 )~385 (725 )]

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재의 종류와 특성Chapter 2 97

비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 액면상의 증발을 통해 발화할 수 있으므로 화

염을 제거해도 식용류의 온도가 발화점 이상인 상태가 되므로 곧 바로 재발화 할 수 있

다 식용류화재는 자체 발화온도보다 이상 낮게 유지하여야 재발화를 방지할 수 50degF

있다

식용류 화재의 소화 책(3)

중탄산나트륨(NaHCO① 3 의 비누화 소화효과 이용)

제 종 분말소화약제1 (NaHCO3 방출 시 나트륨 이온이 금속비누를 만들고 이 비누가)

거품을 형성하여 질식효과를 갖는 현상으로 생성된 비누상 물질은 가연성 액체의 표

면을 덮어 질식소화 효과와 함께 재발화 억제효과를 나타내며 수증기와 비누가 포를

형성하여 소화를 돕는다

강화액 소화기인 급 소화기 사용K②

거품 형태의 폼 방사③

냄비 뚜껑 방석 등으로 덮어 공기 공급을 차단한다질식소화 ( )④

배추 등의 야채를 넣어 식용류의 온도를 낮춘다냉각소화( )⑤

2 이재정도에 의한 화재분류

구 분 소손 정도 설 명

전 소 이상70

∙건물의 이상이 소손된 것70

∙ 미만이어도 잔존부분에 보수를 하여도 재사용할 수70

없는 것

반 소이상30

미만70건물의 이상 미만이 소손된 것30 70

부분소 미만30 전소 및 반소에 해당하지 않는 것

즉 소화재발생 즉시 소화된 화재로 인명피해가 없고 피해액이 경미한 동산 부동산을 포함하여( 50

만원 미만 화재로 화재건수에 이를 포함한다)

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

98 화재공학Part II

3 중요화재의 특성

초고층1) 건축물의 화재

개요(1)

최근 건축물의 형화 고층화 심도화 인텔리전트화 밀폐화 됨에 따라 화재의 양상 ①

이 복잡해지고 화재의 발생빈도도 증가하고 있다

고층 건축물은 층수가 층 이상이거나 높이가 이상인 건축물을 말하며 준30 120[m] ②

초고층 건축물은 초고층이 아닌 건축물층수가 층 이상 층 이하이거나 높이가( 30 49

이상 미만을 말하며 초고층건물은 층수가 층 이상이거나 높이가120[m] 200[m] ) 50

이상인 건축물을 말한다200[m]

고층건물에서 화재발생시 지상으로의 피난과 격리되어 있고 외부에서의 진입과 창을③

통한 소화 및 구조 활동의 제약 등 인명안전에 치명적인 약점이 있으므로 이를 극복

할 수 있는 예방 책 발화방지 및 초기소화 책 연소확 방지 책 피난 책 등 종합적

인 책을 확립하는 것이 중요하다

초고층건물의 화재특성(2)

일반특성①

가 화재발생 시 피난과 소화활동 곤란)

나 규모적인 패닉현상 발생)

다 연소생성물이 많이 발생하고 연소확 속도가 빠름)

라 인명 및 재산피해가 크며 직) 간접 피해도 크다

마 점화원과 가연물이 공존)

공간특성②

가 무창층심층화 축열효과로 인한 와 발생 가능) ( ) Flash over Back draft985103나 수직관통부 로 인한 연소확 우려) Stack effect大 985103다 고성능콘크리트 사용 폭렬로 인한 내화성 감소) 985103라 환기지배형 화재로 화재가혹도가 크다)

연소특성③

가 강제적인 급배기 에 의해 연기와 유독가스 확산 가속화) System

나 가연물량이 많아 연속확 속도가 빠름)

다 엘리베이터의 에 의해 연소 가속화) Piston effect

라 등의 에 의해 연소 가속화) Shaft Stack effect

마 고층부 강풍에 의해 연기가 복도층으로 밀려 연소확 시킴)

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재의 종류와 특성Chapter 2 99

바 계단실 등에 에 의해 방화문의 개폐와 연기제어 장해) Draft effect

초고층건물의 피난 및 소화활동상의 문제점(3)

지상의 자연환경과 격리되어 있어 피난에 따른 차 피해 발생2①

창을 통한 피난 및 소화활동 제약②

연기가 복도로 유출된 경우 배출이 어렵고 피난도 곤란③

패쇄성이 높은 복도 채용으로 피난경로가 복잡④

최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해 증가⑤

불완전연소에 의한 다량의 연소와 독성가스 발생으로 피난 및 소화활동 곤란⑥

초고층건물의 방재 책(4)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 종합방재센터에서 종합관리)

바 소방안전에 한 국민 홍보 및 강화)

사 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

아 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

발화방지 및 초기소화 책②

가 실내장식물의 난연화 및 불연화)

나 화기 및 전기 사용 제한건물 중앙 집중방식 채택) ( )

다 조기감지 및 초기소화특수감지기 속동형 설치) ( SP )

라 약품 등에 한 출화방지)

마 누전 비 과부하 비 설치) ELB MCCB

바 가스누설경보기 및 긴급차단밸브의 설치)

연소확 방지 책③

가 방화 방연구획 강화 면적별 층별 용도별 수직관통부별) 985103나 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치)

다 방 배연계획으로 열 및 연기의 확 방지)

라 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저계단실 가압방식 채택 등) ( )

마 배관 케이블 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저)

피난 책④

가 유도등) 유도표지 비상조명등 중 하나를 규정에 따라 설치

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

100 화재공학Part II

나 비상경보설비 비상방송설비를 규정에 따라 설치) or

다 통로 복도에 피난유도선 설치) or

라 양방향 피난이 가능하고 가능한 공간구성을 단순하게 함)

마 복도나 계단 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정)

바 안전한 피난을 확보하기 위하여 인당 점유면적의 적정한 산정) 1

사 발코니 구조변경에 따른 양방향 피난 및 상층으로의 연소확 방지 고려)

아) RSET 확보 필요ASET

현장에서의 실질적인 책⑤

가 커튼월 구조에 한 책 수립)

나 스카이 브리지 검토)

다 비상전원용량 분 부족으로 인한 피난유도시스템 구축) 60

라 하이브리드 로봇 사용)

마 고가수조와 펌프 방식 겸용)

바 옥외계단 설치 고려)

사 중간층마다 피난층 확보 무선통신보조설비 구축) CCTV

아 헬리포트 설치 고려)

자 피난계단 중간층마다 지그재그 설치)

차 피난용 승강기를 피난수단으로 사용)

고려사항(5)

고층건물은① 축열효과와 연돌효과가 있는 장소로 무창층인 경우와 다창층인 경우로 나누어

서 생각할 수 있다 무창층인 경우 축열효과에 의한 불완전연소로 와 독성가스가 CO

발생되어 패닉과 질식의 우려가 있고 다창층인 경우 연돌효과에 의한 상층으로의 연

소확 위험이 있어 소화활동상의 장애를 준다 따라서 을 강화할 필 Active System

요가 있으며 수동식 보다는 자동식인 수계나 가스계 시스템을 적용하는 것이 바람직

할 것이다

초고층건물에서 화재가 발생하면 피해가 막 하므로 피해를 줄일 수 있는 PBD②

성능위주 설계 책이 필요하다 즉 성능위주 방화설(Performance-Based Design )

계를 통한 피난과 방화의 관점에서 화재 메커니즘을 제어할 필요가 있다

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재의 종류와 특성Chapter 2 101

2) 산불화재

개요(1)

산불은 연료의 형태에 따라① 땅속의 유기물이 타는 지중화 화재인 훈소(Smoldering fire)

풀 낙엽 등 지표화 화재인 표면화재(Surface 줄기와 윗가지까지 타들어가는 수간화와fire)

수관화 화재인 상부층 화재(Crown 비화fire) 로 나뉘는데 연소속도는 상부층 화재

(Crown fire) 표면 화재(Surface fire) 훈소 순이다(Smoldering fire)

활엽수림이면 수관화와 비화 로 발전되지 않고 발전이 되더라도 지속시간이(Spotting)②

짧아 형산불의 우려가 적은 반면 침엽수림은 수관화와 비화로 발전되어 산불이

형화 된다 우리나라 산불이 형 산불로 진행되는 근본원인은 화재에 약한 침엽수인

소나무가 주종을 이루고 수고가 평균 6 ~ 로 수관화 형태로 불타기 쉽고8[m]

이상의 강풍으로 산불연소는 급속도로 형화되고 있다15[msec]

따라서 잡관목 제거 등 임내 관리를 하지 않았을 경우 이것들이 지표화 에서( )地表火③

수관화 로 연결되는 사다리형 가연물( ) (ladder樹冠火 이 될 수 있어 위험성이fuel)

단히 높아진다

최근의 산불피해는 산림지 가 아닌 야산지 에서 발생하여 산림자원뿐만 아니라 인④

명 재산 가축 산업시설의 피해까지 속출되고 있다 또한 최근의 산불은 피해규모가

점차 형화 되고 있으며 어느 한지역에 국한된 것이 아니라 전국화 되는 것이 특징

이다

산불화재의 특성(2)

화재발생시 소화활동 곤란①

형화재로의 확 용이②

연소생성물이 많이 발생하고 외부조건인 바람에 따라 연소확 속도가 빠름③

인명 보다는 재산피해가 크며 직 간접 피해도 크다 ④

점화원관리 필요가연물이 상시 존재하므로( )⑤

지리적 특성으로 초기진압 곤란⑥

점차 연중화 되어가는 추세이다⑦

산불화재의 원인 및 문제점(3)

원인 문제점

가옥화재시 산으로의 비화화기취급 부주의산에서의 잔화처리 미숙낙뢰 캠프파이어쥐불놀이

생태계의 파괴 산림훼손 등985103산사태 등의 수해 표토층이 약해짐985103공기정화기능 감소안전위협 유원지 사찰 등 위협985103

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

102 화재공학Part II

산불화재의 형태(4)

그림[ 25] 산불화재의 형태

구 분 형 태 화 재

지중화 산림 지중에 있는 이탄층 갈탄층의 유기물이 타는 것 훈 소

지표화 산림 지면에 떨어져 있는 낙엽 관목이 타는 것 표면화재

수간화 나무의 줄기가 타는 것 Crown fire

수관화 나무의 가지부분꼭대기이 타는 것( ) Crown fire

비 화 강풍 복사 등에 의해 불꽃이 날아가 타는 것

산불화재의 방재 책(5)

예방 책①

가 정기적인 유지관리 및 점검)

나 가연물 및 점화원 관리)

다 책) 3E (Education Engineering Enforcement)

라 조직적인 방화관리체계 구성)

마 소방안전에 한 국민홍보 및 강화)

바 자율안전에 한 인식 및 의식 전환)

사 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축)

소방 책②

가 체계 구축) ICS

나 타화 생잎 나뭇가지 이용) 985103다 공중살포 헬기로 입체적 소화) 985103라 수동의 호스라인 및 노즐 사용)

마 소화약제 책)

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재의 종류와 특성Chapter 2 103

종 류 특 성

공중용 소화약제증점제를 첨가하여 물의 점성을 높임약제로는 사용CMC DAP Gelgard＋ ＋

Wetting agent침투제를 첨가하여 물의 표면장력 감소약제로는 합성계면활성제 사용

Fire brake물의 냉각효과와 모래의 질식효과를 이용 재발화 방지물과 모래를 혼합

Class A foam적은 양의 포로 산림화재의 우수한 성능 발휘압축공기포 재발화 시간이 길다

방화 책③

가 내화수림 조성침엽수 보다는 활엽수 사용 체계 구축) ( ) ICS

나 방화선 구축)

폭 나무높이의 2 ~ 배 풀 높이의 배 이상3 10 10[m]

구축요령

종 류 특 성

벌개 방화선 나무 가시덩굴 등을 일정면적 벌개

박피 방화선 지표의 표토를 벗겨 구축

소기 방화선 나무의 가지 및 지표면의 가연물 제거

구거 방화선 일정하게 굴토 시행 지중화 대비985103소절 방화선 맞불시행 실화 주의985103

다 소방 진입로 구축)

3) 방화

개요(1)

인간의 잘못이나 부주의로 발생하는 화재를 실화 라 하며( ) 失火① 방화란 나쁜 의도를 가

지고 화재를 발생시켜 자신 또는 남에게 피해를 입히는 행위로 최근에 발생하고 있는 화재

건수 중에서 실화보다는 특정한 목적을 감추고 있는 방화가 늘고 있다

우리나라 화재발생 현황을 원인별로 살펴보면 부주의② 전기적요인 미상 기계

적 요인 방화 및 방화의심 순으로 방화가 차지하는 비중이 높으며 최근 년간 조 5

사 시 방화로 인한 화재가 감소추세에 있긴 하지만 지속적으로 발생하고 있는 것은

심각한 사회적 문제가 된다

최근 방화사건의 특징은 재산 패해가 크고 새벽시간 에 연쇄적으로 발생하며 묻지 ③

마 식의 방화와 화재발생 장소가 쓰레기 주택 술집 점포 등으로 다양하다

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

104 화재공학Part II

방화의 특성(2)

범인을 체포하기 어려운 범죄①

가 범인이 지문이나 혈흔 등의 증거인멸 시도)

나 범인에게 유죄판결을 내리기까지 많은 어려움 존재)

인명에 한 방화가 재산을 상으로 한 방화보다 많음②

가 주요동기가 원한이나 복수 등 개인적 감정에 기인)

나 용도별로는 주택방화가 많음)

은폐된 장소에서 많이 발생③

가 화재발견이 늦어 피해범위가 크다)

나 휘발유나 신나 같은 휘발성 물질이 촉매재로 사용되어 피해범위가 크다)

원인 및 동기가 매우 다양함④

가 정신문제 선동테러니즘 방화광 범죄은폐 원한 분노 복수)

나 방화파괴자 음주 약물중독 경제적 이익 영웅심리 등)

비계절적 비주기적⑤

가 실화는 계절별로 보면 겨울) 봄가을여름 순으로 많지만 방화는 그 발생이

비계절적이고 비주기적이다

방화의 원인(3)

정신 문제 우울증 정신질환 성격적 혼란 등 ① 985103선동테러리즘 사회불안을 조성하기 위한 방화정치적 시위 노사분규 등( )② 985103방화광 방화광은 심리적 불안과 밀접한 관계③ 985103범죄은폐 살인 강도 등의 범죄행위를 방화로 위장④ 985103원한 분노 복수 전체 방화의 정도로 가장 많음 20[]⑤ 985103방화 파괴자 방화로 개인적 만족을 얻는 불량 청소년 반달리즘⑥ 985103음주 약물중독 정신적 자세 부재⑦ 985103경제적 이익 보험금과 관련 건물 및 차량 등에 행해짐⑧ 985103영웅심리 발각될 때까지 계속 방화⑨ 985103

방화의 책(4)

시간과 장소 책①

가 출입이 자유로운 상물)

복도 계단 등에서는 가연물 정리정돈 및 제거

창고 출입구 등에는 시건 관리 및 외부 출입자 감시

설치로 사각지점을 해소하고 불법 침입자 감시 철저CCTV

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

화재의 종류와 특성Chapter 2 105

나 시건 관리의 유의사항)

창고 등에서의 시건 관리는 출입구와 창에 주의

차고나 주차장에서는 차량 시건 확인

여관 호텔 등에서는 후 조기시건 실시 Check out

다 업무 시간외의 시간 유의사항)

화기 책임자 또는 최종 귀가자가 화기의 원인 및 시건

휴일 야간 등의 순회체제 확립

의 보관장소 검토Master key

현실적인 책②

가 화재조사기법 과학화와 제도적인 책)

방화의 동기가 다양하기 때문에 방화를 근절시키기엔 한계가 있다 따라서 철

저한 현장조사와 정확한 화재원인 규명을 통해 방화범이 발생하지 않도록 하

여야 하며 처벌규정을 강화할 필요가 있다

국가화재분류체계방안을 도입한다

나 주변 환경 관리)

재래시장 다중이용시설 등에서는 의용소방 민간단체 경찰 등이 연 하여

경계순찰 강화

방화우려장소에서는 등을 확 하여 설치CCTV

다 환경설계를 통한) 범죄예방기법 도입(CPTED)

범죄의 기회를 물리적으로 차단하는 선진국형 범죄예방기술

아파트 단지 계획 시 보행로의 경우 차로와 인접하게 하거나 평행하게 배치

놀이터나 단지내 소공원은 구석진 곳에 배치하지 말고 단지의 중앙에 설치

라 전자감시 전자팔찌제도 도입선진국 수행) ( )985103

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

106 화재공학Part II

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘

1 폭발의 개요 및 폭발 조건

폭발의 개요1)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나(1) 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수반

하는 것으로 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는 물리

적 폭발과 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 화학적 폭발로 구

분한다

물리적 폭발은(2) 화학적인 변화없이 상의 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하므로

온도를 낮추는 책과 용기강도를 강화시키는 책이 필요하며 표적인 것이 BLEVE

비등액체 팽창 증기폭발이다(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion )

화학적 폭발은(3) 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생성계가 동일하지 않으므

로 물적 조건과 에너지 조건을 통한 예방 책과 적인 방화 책이 필요하며 표Passive

적인 것이 UVCE 자유공간 증기운 폭발이다(Unconfined Vapor Cloud Explosion )

폭발 조건 및 예방 대책2)

폭발은 착화까지는 연소와 동일하므로 폭발의 조건은 발화 연소의 조건과 동일하며 폭(1)

발의 예방 책도 발화 연소의 예방 책과 동일하다

즉 폭발의 조건에는(2) 물적 조건인 폭발범위연소범위의 농도 압력( ) 과 에너지 조건인 발화온도

발화에너지 충격감도 가 있으며 또 다른 관점으로는 연소의 요소 관점4 이 있다

따라서 폭발의 예방 책에는 물적 조건과 에너지 조건의 제어가 필요하며 연소의 요소(3) 4

메카니즘을 끊음으로서 가능하다

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 107

그림[ 26] 폭발 범위

그림[ 27] 폭발방지 기본개념

2 폭발의 발생 메카니즘

가스폭발은 물적 조건과 에너지 조건이 만족되면 화염이 발생하여 미연가스 종류와 조건에 따라

일정한 속도로 전파하여 간다 이를 화염전파라고 하나 파동의 형태로 전파하므로 연소파라고

하고 그 파면을 화염면이라고 한다 화염면이 이동하는 속도를 화염전파속도라 하며 연소속도에 연

소가스 팽창에 의해 전방으로 이동하는 속도가 가산되어져야 한다 이 화염전파속도가 미반응 매

질 속에서 음속이하의 속도로 이동하는 폭발현상을 폭연(Deflagration)이라 하고 화염전파속도가 미반

응 매질 속에서 음속보다 큰 속도로 이동하는 폭발현상을 폭굉(Detonation)이라 한다

폭굉은 물질내에서 충격파가 발생되는데 이 충격파는 화학반응에 의해 계속적으로 발생하는 연

소열에 의해서 지속적으로 유지되며 이런 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상

상승될 때 폭굉파가 형성된다 폭연과 폭굉으로 분류하는 이유는 폭굉의 경우 충격파 폭굉파를

형성하여 물리적인 충격에 의한 피해가 크기 때문이다

폭발의 발생 메카니즘을 나타내면 다음과 같다

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

108 화재공학Part II

폭연1) -폭굉전이 조건(DDT)

가연성 혼합기의 농도가 폭발범위 이내일 것(1)

혼합기가 들어있는 용기나 파이프 길이가 직경의 배 이상일 것(2) 10

파이프의 직경이 최소 이상일 것(3) 12 mm

폭연2) -폭굉전이 과정(DDT)

일반적인 전이과정(1) 착 화 압 충 폭[ ]

그림[ 28] 폭연 폭굉의 일반적인 전이과정-

단계 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한부분에서 착화 발생1 ①

단계 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 선행화염전파2 ( )②

단계 화염 전방에 압축파 발생3 ③

단계 약한 압축파가 중첩되어 강한 압축파인 충격파 발생4 ④

단계 충격파의 단열압축에 의한 온도가 자연발화온도이상 상승5 ⑤ rarr폭굉파 형성

충격파는 연소반응에 의한 방출열에 의해 유지되고 화염은 충격파에 의해 보호된다 ⑥

랭킨(2) －유고니어 곡선에 의한 전이과정(Rankin-Hugoniot)

랭킨① －유고니어 곡선

그림[ 29] 랭킨 유고니어 곡선에 의한 전이과정-

점 파면전의 상태 초기상태A ( ) ＝ 인 지점

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

폭발의 개요 및 폭발 메카니즘Chapter 3 109

점B 점 점과 곡선의 접점C-J(Chapman-Jouget) A R-H ≪ ≪ 인 지점

점 폭연과 준폭굉의 경계점C 인 지점

점 이상상태 연소점D 인 지점

각 구간별 반응②

반응 전 반응 후 상 태 비 고

A 점 좌측E 연소 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

A 구간D-E 약한 연소 온도 증가 압력 감소 밀도 감소

A 점D 이상상태 연소 온도 증가 압력 일정 밀도 감소

A 구간C-D 폭연 온도 증가 압력 증가 밀도 감소

A 점C 온도 증가 압력 증가 밀도 일정

A 구간C-B 준폭굉 온도 증가 압력 증가 밀도 증가

A 점B 폭굉C-J 열역학적으로 가장 안정된 폭굉

A 점 좌측B 폭굉 아님 곡선과 교점 없음반응영역이 아님R-H ( )

연소 폭연 폭굉 의 비교3) (Combustion) (Deflagration) (Detonation)

구 분 연 소 폭 연 폭 굉

환 경 개방계 밀폐계 밀폐계

연소형태 확산연소 예혼합연소 예혼합연소

화염전파속도[msec] 04~0505~수십

연소속도( 음속)

1000~3500

연소속도( 음속)

전달 에너지 연소열연소열

전도 류 복사( )충격파

압력증가 － 수기압 정도 초기압 배 이상10

특 징

정상연소

온도 상승 압력 일정

밀도 저하

난류확산영향rarr

폭굉전이 가능

충격파에 기인

온도 압력 밀도

불연속적으로 급상승

상태도

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

110 화재공학Part II

폭발의 종류

1 폭발의 종류

폭발은 착화까지는 연소와 동일하나 착화이후 급격한 압력의 전파로 폭음과 함께 파괴를 수1)

반하는 것으로 폭발을 공정별로 분류하면 원자핵의 분열 또는 융합에 의해 발생되는 핵폭발

물리적인 변화를 주체로 한 고압용기의 과열 탱크의 감압 파손 폭발적 증발 등의 물리적 폭

발 화학반응이 관여하는 연소 분해 중합 등에 의한 화학적 폭발 그리고 물리적 폭발과 화학적

폭발의 양립에 의한 폭발 등으로 분류할 수 있다

여기서2) 물리적 폭발은 기체나 액체의 팽창 상변화 등의 물리현상이 압력발생의 원인이 되는

것이고 화학적 폭발은 물체의 연소 분해 중합 등의 화학반응으로 압력이 상승하는 것이다

일반적으로 압력용기의 파열 보일러 파열 등은 물리적 폭발이고 프로판3) 등의LNG 가스폭발

가연성 인화성 액체 등의( ) 증기폭발 화약류의 고체폭발 아세틸렌 등의 분해폭발 석탄 알루

미늄 분진 등이 공기 중에 부유한 상태에서 일어나는(Dust) 분진폭발 등은 화학적 폭발의

예이다

또한 폭발이 발생할 때의 원인 물질의 물리적 상태에 따라 기상 폭발과 응상 폭발로 분류할4)

수 있는데 응상이란 고상 과 액상 의 총칭으로 기상에 비해 그 밀도가 ( ) ( ) 10固相 液相 2~103배

이므로 응상 폭발과 기상 폭발은 그 양상이 다르다 일반적으로 화학적 폭발은 기상에서 많이

발생되고 물리적 폭발은 응상에서 많이 발생하므로 기상 폭발은 화학적 폭발로 응상 폭발은 물

리적 폭발로 분류된다

2 기상 폭발화학적 폭발( )

가스 폭발1)

가연성 가스와 지연성 가스와의 혼합기체에서가연성 혼합기가 형성된 상태 발생하는데(1) ( )

물적 조건과 에너지 조건을 만족하여야 한다 즉 폭발범위 내에 있고 점화원불씨 정전 (

기 등이 존재하여야 한다)

다량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가 지표면에 유출되어 다량의 혼합(2)

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

폭발의 종류Chapter 4 111

기체가 형성되어 폭발이 일어나는 증기운 폭발이 표적인 예이다

분무2) 폭발

고압의 유압설비 일부가 파손되어 내부의 가연성 액체가 공기 중에 분출되고 이것의 미(1)

세한 액적이 무상 으로 되어 공기 중에 부유하고 있을 때 착화에너지가 주어지면 발( )霧狀

생한다

분무 폭발과 비슷한 것으로 박막폭굉(2) 3)이 있으며 이것은 압력유 윤활유가 공기 중에 분

무될 때 발생한다

분진 폭발3)

가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상(1)

으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴효과는 가스 폭발 이상이다

분진 폭발을 예방하기 위해서는 불활성 가스로 완전히 치환하던가 산소농도를 약 이(2) 5

하로 하고 점화원을 제거하여야 한다

분진 폭발을 일으키는 표적인 물질에는(3) 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속

분 등(Al Mg Zn Ti ) 등이다

분진폭발의 조건

가연성 분진① 지연성 가스공기( )②

점화원의 존재③ 밀폐된 공간④

분진폭발이 일어나지 않는 물질

물과 반응하여 가연성기체를 발생하지 않는 것①② 시멘트 석회석 탄산칼슘 (CaCO3 생석회) (CaO)

분해4) 폭발

분해에 의해 생성된 가스가 열팽창 되고 이때 생기는 압력상승과 이 압력의 방출에 의해(1)

일어나는 폭발현상으로 분해폭발은 가스폭발의 특수한 경우이다

일반적으로 분해할 때 흡열하나 분해할 때 발열하는(2) 에틸렌 산화에틸렌 아세틸렌 과산화물

등이 표적인 물질이다

3) 박막폭굉 미스트폭발의 일종으로 윤활유 등은 유기물로서 가연성이나 인화점이 상당히 높아 보통 상태에서는 연소하기 어려우나 공기 중에 분무된 때에는 폭발을 일으키는 경우가 있다 즉 고압의 공기배관 또는 산

소 배관 중에 윤활유가 박막 상으로 존재할 때 윤활유가 인화점 이하일지라도 어떤 원인으로 높은 에너지를

가진 충격파를 보내면 관내에 부착하여 있던 윤활유가 무화 하여 폭굉으로 전이하는 현상( )霧化

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

112 화재공학Part II

3 응상 폭발물리적 폭발( )

수증기1) 폭발

용융금속이나 같은 고온물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의(1) Slug

물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열상태로 되고 조건에 따라서는 순간적으

로 급격하게 비등하며 상변화액상 기상에 따른 폭발이 발생한다 응상폭발의 표적 ( ) rarr

인 폭발 사고이다

수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열물의 직(2)

접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방 책이 필요하다

과열액체2) 증기폭발

보일러와 같이 고압의 포화수를 저장하고 있는 용기가 파손 등의 원인으로 동체의 일부분(1)

이 개방되면 용기내압이 급속히 하락되어 일부 액체가 급속히 기화하면서 증기압이 급상

승하여 용기가 파괴되면서 폭발하는 현상으로 표적인 것이 보일러 폭발이다

가압된 용기에서 기액평형에 있는 액체의 압력이 저하하면 과열액체가 된다 이는 압력저(2)

하가 빠를 때만 가능하며 이는 과열온도에 응하는 증기압인 폭발적 비등에 의해 폭발하

는 현상으로 표적인 것이 가스탱크의 폭발이다LP

액화가스의3) 증기폭발

등의 저온액화가스가 상온의 물위에 유출될 때 급격하게 기화되면서 증기폭발이 발(1) LNG

생하게 되는데 막비등4)의 조건에서는 발생하지 않지만 액과 액의 접촉이 가능한 수면에

강하게 낙하시키면 액화가스가 비점 이상으로 과열한계 온도까지 과열되어 순간적으로 돌

비5)가 생겨 증기폭발을 일으킨다

증기폭발의 의미를 정확히 전달하기 어렵기 때문에 미국에서는 최근(2) Rapid Phase

Transition(RPT 급속 상변화라고 한다)

4) 막비등 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와 차가 크면 전열면에서 기포가 매

우 활발히 생성되고 이 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 전열면이 발생된 기포로 덮어진 상태가 된

다 이와같은 상태에서의 증발을 막비등이라 한다 5) 돌비 액체가 갑자기 폭발하듯이 격렬하게 끓어오름

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

폭발의 종류Chapter 4 113

폭발의 종류

화학적 폭발기상( ) 물리적 폭발응상( )

가스폭발 증기운 폭발－

고체폭발 화약류－

분해폭발 아세틸렌－

분진폭발 석탄 알루미늄 분진－

압력방출에 의한 폭발

수증기 폭발

과열액체 증기폭발 보일러( )

저온액화가스 증기폭발

폭발 물질 분류

폭발 종류 물질

분해폭발 과산화물 아세틸렌 다이나마이트

분진폭발 밀가루 석탄가루 먼지 전분 플라스틱 분말 금속분

중합폭발 염화비닐 시안화수소

분해 중합폭발 산화에틸렌

산화폭발 압축가스 액화가스

폭발에 영향을 주는 변수

주위의 온도① 주위의 압력②폭발성 물질의 조성③ 폭발성 물질의 물리적 성질④주위의 기하학적 조건 개방 또는 밀폐⑤ 착화원의 성질 형태 에너지 지속시간 ⑥가연성 물질의 양⑦ 가연성 물질의 유동 상태 난류⑧착화 지연시간⑨ 가연성 물질이 방출되는 속도⑩

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

114 화재공학Part II

유류 저장탱크에서발생되는 현상

1 경질유와 중질유 탱크화재의 특성

개요1)

(1) 석유류화재는 경질유와 중질유에 따라 연소특성 및 책이 상이한 점에 주의해야 한다 경

질유란 등유보다 휘발도가 큰 상태로 에서 증기압이20 이상5mmHg 인 것을 말하고 중질

유란 등유보다 휘발도가 작은 상태로 에서 증기압이20 미만5mmHg 인 기름을 말한다

경질유는 인화점이 낮아 증기 발생이 용이하므로 작은 점화에너지로도 인화가 쉽고 중질(2)

유는 인화점이 높으므로 인화점까지 온도를 상승시켜야 인화가 가능하다

(3) 경질유는 단일성분 액체로 액온이 인화점보다 높아 예혼합형 전파로 연소확 되고 UVCE

등의 폭발에 가까운 재해BLEVE 를 일으킨다 폭발방지 책 필요

(4) 중질유는 다성분 액체로 액온이 인화점보다 낮아 예열형 전파로 연소확 되고 소방 에 치명

상을 입히는 Boil-over Slop-over 등의 재해를 일으킨다 화재방지 책 필요

경질유 탱크화재의 특성2)

일반적인 특성(1)

경질유는 비점이 낮고 증기압이 에서 이상인 액체휘발유 등유 등를100[ ] 4[psi] ( )①

말하며 좀 더 범위를 넓히면 에서 100[ ] 2 ~ 인 액체 연료 메탄올 에탄4[psi] (JP-4

올 등까지 포함한다 증기압이) 2 ~ 경질유는 상온에서도 증기공간이 연소범위4[psi]

가 되어 비정상적인 위험을 초래 할 수 있다

밀폐탱크의 경우 연소범위 내에 착화원이 존재 시 폭발로 지붕이 날아갈 수 있으므②

로 경질유의 저장은 FRT(Floating Roof Tank)6) 등을 사용하여 증기공간을 없애 폭

발가능성을 저감시키거나 증기공간을 없애기 위해 증기공간에 불활성 가스를 주입하

여야 한다

예혼합형(2) 전파

액온이 인화점보다 높은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 증기에는 연소범위가①

포함되어있는 농도영역이 존재하는데 화염은 그 증기층을 통해서 전파된다 이것은

6) 탱크 상부에 고정된 지붕이 없이 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유지붕을 가진 탱크FRT

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 115

관속의 가연성 혼합기 화염전파와 유사한데 증기공간에 농도구배가 있고 윗면이

기에 개방된 것이 차이점이다

전파속도는 액체온도가 증가함에 따라 증가하는데 화학양론조성비로 갈수록 증가하②

다가 조성비를 넘으면 일정한 값을 유지하며 최 속도는 층류예혼합연소의 2 ~ 배3

정도로 밀도차에 따라 달라진다

액면아래 온도 분포(3)

화염중심에서 1400① ~ 정도이며 아래로 내려갈수록 온도는 낮아진다1500

액면에서는 비점이 되고 액면아래의 온도는 처음과 비교 시 거의 변하지 않으므로 액②

체내에서는 지수함수형태로 서서히 감소한다

재해형태(4)

BLEVE① UVCE②

중질유 탱크화재의 특성3)

일반적인 특성(1)

중질유는 비점이 높고 증기압이 에서100[ ] 2[① 미만이 되는 액체로서 케로신 디psi]

젤 중유 원유 등이 해당한다

비점이 높아 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되고 비정상적인 가열이나 화②

재 노출로 인해 저장탱크의 중질유가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위가

된다

중질유는③ 에 저장이 가능하며 특히 원유와 같이 다비점 성분CRT(Cone Roof Tank)

의 경우는 유출을 수반하는 화재인 나 가 발생하는 경우가 많다Boil-over Slop-over

(2) 예열형 전파

그림[ 210] 액면상의 화염전파에 선행하는 표면류

액온이 인화점보다 낮은 경우에 발생하는 화염전파로 액면상의 농도가 연소하 LFL(①

한계 이하여서 화염이 곧바로 전파되지 않고 화염에 의해 미연소액면이 인화점까지)

예열이 되어야만 화염전파가 시작된다

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

116 화재공학Part II

따뜻한 표면류에 의하여 차가운 미연소 액면이 가열되어 인화점에 도달하면 화염은②

그 위치까지 이동하게 되는데 그 전파속도는 일정하지 않고 가속과 감속을 반복하는

맥동형 연소확 거동을 보인다

액면아래(3) 온도분포열파( )

그림[ 211] 액면아래 온도분포

중질유는 다성분 액체로 비점이 넓어 고온의 열류층을 유면아래에 형성하는데 다성분①

액체 중 가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소하고 무거운 성분은 계속 축적

되어 고온의 열류층 을 형성하는데 이를 열파라 한다(Heat Layer)

열류층의 온도는 200④ ~ 이며 열류층 아래로 열흐름이 생기고 반 방향으로 물300[ ]

질 이동이 생긴다

재해형태(4)

Boil-over① Slop-over② Froth-over③

경질유 탱크화재와 중질유 탱크화재의 비교4)

구 분 경질유 중질유

증기압 에서100[ ] 2 ~ 이상인 액체4[psi] 에서 미만인 액체100[ ] 2[psi]

종 류 휘발유 등유 중유 원유

비 점 낮다 높다

증기공간 증기공간이 상온에서 연소범위 형성 상온에서 연소범위 형성 안됨

적용탱크 FRT CRT

예방 책 증기공간 형성 방지 불활성 가스 주입 물분무설비 Vent

성 분 단일성분 액체 다성분 액체

인화점 액온이 인화점보다 높다 액온이 인화점보다 낮다

연소형태 예혼합형 전파 예열형 전파

재해현상 VCE BLEVE Boil over Slop over

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 117

2 경질유와 중질유 탱크화재의 재해 현상

1) 블레비(BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

개요(1)

는BLEVE① 비등액체 팽창 증기폭발로 화학적인 변화 없이 상의 변화에 의한 폭발로서

원인계와 생성계가 동일한 물리적 폭발의 표적인 예이다

는 인화성 가연성 액체 저장탱크 지역에 화재발생 시 화재열에 의한 저장BLEVE or②

탱크의 온도상승과 탱크의 파열로 인한 폭발로서 온도를 낮추는 책과 용기의 강도를

강화시키는 책이 필요하다

발생 메카니즘(2)

그림[ 212] 발생 메카니즘BLEVE

액체가 들어있는① 탱크주위에 화재 발생

화재열에 의해② 탱크벽 가열

③ 액의 온도상승 탱크내의 압력증가

④ 탱크의 강도가 항복강도 이하로 떨어져 탱크 균열

탱크 균열로 인한⑤ 액상 기상의 동적 평형상태가 깨짐

급격한 압력저하로 탱크내벽에 강한 충격을 주어⑥ 탱크파열 로 발전Fire Ball

의 위험성(3) BLEVE

액체온도 상승으로 인한 탱크내 체적이① 배200 로 팽창하고 이로 인한 압력이 급상승

하므로 안전장치 파열판 가 아무리 잘되어 있어도 소용이(Relief VV Vent Stack)

없다

② 인화성 액체 저장탱크는 BLEVE와 함께 Fire Ball이 형성되므로 위험성이 증 되는데

즉 폭발에 의한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 위험성이 더욱 증 된다

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

118 화재공학Part II

를 해석하기 위한 모델링 기법에는 당량 단열팽창모델 등이 있다BLEVE TNT ③

의 발생조건4) BLEVE

가연물이① 비점 이상 가열될 것

가연성 가스가② 밀폐계 내에 존재할 것

③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

내용물이④ 기 중으로 방출될 것

⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

의 책5) BLEVE

① 온도를 낮추는 책

방액제를 경사지게 이상하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록 함(15deg )

화염으로부터 탱크로의 입열억제 탱크외벽 단열조치 탱크 지하설치 등 985103고정식 살수설비 설치 현재 가장 많이 사용 985103

그림[ 213] 의 발생조건BLEVE

② 용기의 강도를 강화시키는 책

탱크내의 압력감압 폭발억제장치 설치 985103열전도도가 좋은 물질 설치 폭발방지장치 설치 985103용기의 내압강도 유지 및 파괴방지 경년부식에 의한 내압강도 고려 985103용기의 외력에 의한 파괴방지 타물체에 의한 기계적 충돌 방지 985103

2) 증기운폭발(UVCE Unconfined Vapor Cloud Explosion)

개요(1)

는UVCE① 자유공간 증기운 폭발로 급격한 화학적인 변화에 의한 폭발로서 원인계와 생

성계가 다른 화학적 폭발의 표적인 예이다

는 저장탱크에서 유출된 가스가 증기운을 형성하여 떠다니다가 점화원과 접촉UVCE②

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 119

시 발생할 수 있는 누설착화형 폭발사고로 가장 위험한 사고 유형이다

의 발생과정 및 위험성(2) UVCE

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크에서① 가스가 누설되어 급격히 증발

증발된 가스와 공기와 혼합하여② 증기운 형성

실제로는 압축가스가 팽창하거나 휘발성 액체가 증발할 때 증기운 형성( )

형성된 증기운이③ 주위 점화원으로부터 점화

④ 폭연에서 폭굉과정을 거쳐 를 일으킴UVCE

⑤ 로 발전Fire Ball

형성조건 및 형성물질(3) UVCE

형성조건UVCE①

방출되는 물질이 가연성일 것

발화전에 충분한 증기운을 형성할 것

충분한 증기운이 연소범위 이내일 것

난류에 의한 빠른 화염전파속도를 가질 것

를 일으키기 위해서는UVCE 고에너지 상태인 액화상태이어야 하므로 온도를 낮추

거나 압력을 가압해 주어야 한다

형성물질의 분류②

그림[ 214] 형성물질의 개념도UVCE

Class 물질 예 특 성 증발형태

I LNG 기압 저온액화 열전달 증발제한

II 액화 액화LPG HCl NH3 상온 가압액화 Flashing

III 벤젠 헥산 비점이상 가압액화 열전달 확산 증발제한

IV 화학공정상의 유기액체 주위온도이상 가압액화 Flashing

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

120 화재공학Part II

의 액체가 되기 쉬워 위험성이 더 높다Class II IV Flashing

증발률Flash

여기서 기화된 액량 (kg) 전체 액량 (kg)

가압 액체 엔탈피 (kcalkg) 기압 액체 엔탈피 (kcalkg)

증발률이 이하이면Flash 30 Pool Fire 초과 시 Fire Ball로 발전한다

의 방지 책(4) UVCE

일반적인 폭발방지 책에는 예방과 방화 책이 있으나 는 제어나 진압을 통한 특UVCE

별한 방화 책이 없으므로 예방만이 최선의 책이다

가연성 물질의 유출을 막음①

가연성 물질의 재고량 최소화②

누설 비 가스누설 검지기 설치③

누설 시 초기단계에서 시스템 자동정지자동차단밸브 설치( )④

사례연구를 통한 누출지역 보완 및 종사자 교육홍보⑤

3) 보일오버 물 수증기 팽창(Boil-over) -

단일성분 액체인 경질유는 끓는점이 같아 화염중심에서(1) 1400degC ~ 정도이며 아1500degC

래로 내려감에 따라 온도는 낮아져 액면에서는 비점이 되고 액체 내에서는 비점 아래로

서서히 감소하여 열류층을 형성하지 못한다

다성분 액체인(2) 중질유는 끓는점이 달라 저장탱크에 화재가 장기간 진행되면 유류 중 가벼

운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 화염의 온도에 의해 가열

축적되어 200 ~ 의300degC 열류층 을 형성(Heat Layer) 한다

열류층의 온도는(3) 200 ~ 로 열류층 아래로 열흐름이 생기고 이 열흐름에 의해 반300degC

방향으로 물질이 이동하여 고온층은 천천히 하강한다

열류층은 화재의 진행과 더불어 점차 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이때 탱크의 하부(4)

에 물 또는 물 기름 에멀션이 존재- 하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하

면서 급작스러운 부피팽창에 의하여 유류가 탱크 외부로 분출되는 동시에 다량의 불이 붙은

기름을 탱크 밖으로 분출시키는 현상을 라 한다Boil-over

소방 에 가장 많은 피해를 입히는 재해현상이다(5)

4) 슬롭오버 기름 팽창(Slop-over) -

열류층(1) (Heat 을 형성한 다성분 액체인 중질유는 열류층 아래로 열흐름이 생기고Layer)

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

유류 저장탱크에서 발생되는 현상Chapter 5 121

반 방향 으로 물질의 이동이 생기나 소화활동 중 소방 에 의해( )darruarr 고온층의 표면에

물 포말 등 찬 물질이 투입되게 되면 열흐름과 물질의 이동이 같은 방향으로 교란되어 열 ( )uarruarr

류층을 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상이다

이 고온층의 표면에서부터 소화작업 등에 의한 물 포말이 주입되면 수분의 급격한 증발(2)

에 의하여 유면에 거품이 일거나 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬기름이 급히

열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크벽을 타고 넘게 된다

5) 프로스오버 거품(Froth-over) -

탱크 속의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 기름이 넘쳐 흐르는(1)

현상으로 이것은 화재 이외의 경우로 물이 고점도 유류 아래서 비등할 때 탱크 밖으로

물과 기름이 거품과 같은 상태로 넘치는 현상이다

전형적인 예는 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 채워진 무개 탱크차에 옮겨질 때 일어난다(2)

고온의 아스팔트에 의해서 탱크차 속의 물이 가열되고 끓기 시작하면 아스팔트는 탱크차

밖으로 넘치게 된다

또한 유류 탱크 아래쪽에 물이나 물 기름 혼합물이 존재하고 있는 상태에서 물의 비점(3) －

이상의 온도를 가진 폐유 등을 상당량 주입할 때도 프로스오버가 발생한다

기타 재해 현상

① 오일오버(Oil-over)

저장탱크 내에 저장된 유류 저장량이 내용적의 이하로 충전되어 있을 때 화재로 인하여 탱크50

가 폭발하는 현상

② 파이어볼(Fire ball)

인화성 또는 가연성 액체 저장탱크가 파열되면서 증발을 일으켜 가연성Flash

증기가 량으로 분출되고 상승하여 버섯형 화염을 만드는 현상으로 폭발에 의

한 과압에 화재에 의한 복사열이 가중되므로 더욱 위험한 형태이다

③ 액면화재(Pool fire)

용기나 저장조내와 같이 치수가 정해진 액면위의 석유화재를 라고Pool fire

한다 즉 개방된 용기에 탄화수소계 위험물이 저장된 상태에서 증발되는 연

료에 착화되어 난류확산화염을 발생하는 화재로 화재초기에 진화하지 않으면

진화가 어려워 나 등의 탱크화재 재해현상으로 확 될 수Boil-over Slop-over

있다

④ 분출화재(Jet fire)

탄화수소계 위험물의 이송배관이나 용기로부터 위험물이 고속으로 누출될 때

점화되어 발생하는 난류 확산형 화재로 복사열에 의한 막 한 피해를 발생시

키는 화재의 표적인 유형이다

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

122 화재공학Part II

방폭전기설비

1 개요

방폭전기설비는 물적 조건인1) 폭발성 분위기가 생성되는 확률과 에너지 조건인 전기설비가 점화원

이 되는 확률과의 곱이 이 되도록 하는 것이다lsquo0rsquo

즉 폭발조건인 물적 조건과 에너지 조건을 방지하는 것으로 물적 조건인 폭발성 분위기가2)

생성되는 것을 방지하는 것과 에너지 조건인 전기설비가 점화원이 되는 것을 방지하는 것이

있으며 이 둘을 만족시키지 못할 경우 전기설비를 방폭화 하는 것이다

2 전기설비의 방폭대책

폭발성 분위기 생성방지 폭발성 가스의 누설 방류 체류방지1) 985103전기설비 점화원 억제 개폐기 차단기 접점 단락 단선 지락 등2) 985103전기설비 방폭화3)

(1) 점화원의 실질적인 격리 내압 유입 압력 몰드 충전 방폭구조 985103(2) 전기기기의 안전도 증가 안전증 비점화 방폭구조985103(3) 점화능력의 본질적인 억제 본질안전 방폭구조985103

3 방폭구조의 종류

위험장소에 따른 분류1)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

종 장소0 ( )

종 장소1

종 장소2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

방폭전기설비Chapter 6 123

그림[ 215] 위험장소 분류

방폭구조에 따른 분류2)

(1) 내압방폭구조(d)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 전폐구조에 넣고 폭발성 가스가 침입하여 폭발하여도

용기는 그 압력에 견디고 접합면 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스를 점화시키지

않는 구조

장점 접합면에 패킹 신 금속면을 사용하여 방폭성능 향상① 985103단점 무겁고 비싸며 내부폭발에 의해 내부기기 손상② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(2) 유입방폭구조(o)

점화원 부분을 유중에 넣어 유면상부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

장점 가연성 가스의 폭발등급에 관계없이 사용하므로 적용범위가 넓다① 985103단점 유량 유지 및 유면의 온도상승을 억제해야 한다② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

124 화재공학Part II

(3) 압력방폭구조(p)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 넣고 공기 또는 불활성 가스로 내부가 정( )＋

압력이 되도록 유지하여 외부의 폭발성 가스가 침입하지 않도록 하는 구조

장점 내압방폭구조보다 방폭성능 우수① 985103단점 보호기체 공급설비 자동경보장치 등 부 설비로 인해 가격 고가② 985103상기기 변압기 전동기 개폐기 계측기 등 ③ 985103

(4) 안전증방폭구조(e)

정상운전 중에 점화원이 될 전기불꽃 등에 하여 전기적 기계적으로 안전도를 증가시

킨 구조

장점 구조가 튼튼하고 내부고장이 없으므로 비교적 안전성이 높음① 985103단점 불꽃 발생 시 방폭성능이 보장이 안됨② 985103상기기 안전증 변압기 안전증 접촉단자 안전증 계측기 등 ③ 985103

(5) 본질안전방폭구조(ia ib)

정상상태는 물론 사고 시 이상상태에서 단락 단선 시 전기불꽃이 발생하여도 폭발성 가

스를 점화시키지 않는 구조 에 규정된 를 통과한 구조 IEC 60079-11 Test

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

방폭전기설비Chapter 6 125

그림[ 216] 본질안전방폭구조 개념도

장점 내압방폭구조에 비해 경제적이며 소형 무정전 작업가능① 985103단점 설비 복잡 케이블 허용길이 제한② 985103상기기 신호기 계측기 미소전력회로 등 ③ 985103

(6) 몰드방폭구조(m)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 컴파운드로 밀폐시킨 구조

(7) 충전방폭구조(q)

점화원이 될 우려가 있는 부분을 용기내에 고정시키고 충전물질로 충전하여 폭발성 가스

가 침입하여도 폭발하기 어렵게 하고 외부의 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

(8) 비점화방폭구조(n)

정상작동 상태에서는 폭발성 가스를 점화시키지 않는 구조

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

126 화재공학Part II

4 방폭구조의 선정조건

내압방폭구조 최 안전틈새화염일주한계1) ( )985103유입 압력 안전증방폭구조 최고표면온도2) 985103본질안전방폭구조 최소점화전류비3) 985103설치지역의 방폭지역 등급 구분4)

일관성 있는 규격 적용5)

가스 등의 발화온도6)

기조건7)

온도(1) 20－ ~60[ ] 최고표면온도(2) 20－ ~40[ ]

압력(3) 80~110[kPa] 산소함유율 의 공기(4) 21[] VV

5 방폭등급 구분

위험장소에 따른 분류1)

구 분 IEC 60079 KS JIS NFPA 497

지속적인 위험 분위기연간 시간 이상( 1000 ) Zone 0 종 장소0Division 1

간헐적인 위험 분위기연간( 10~ 시간100 ) Zone 1 종 장소1

이상상태 위험 분위기연간( 01~ 시간10 ) Zone 2 종 장소2 Division 2

표시기호에 따른 분류2)

위험장소 내압 유입 압력 안전증 본질안전 몰드 충전 비점화

KS d o p e m q n

IEC Exd Exo Exp Exe Ex Ex Exm Exq Exn

국내분류는 등으로 분류하지만 표시기호는 등으로 규격을 부합화 하였다d o p e Exd Exo Exp Exe IEC

(2007 10 31)

최고표면온도에 따른 분류3) (IEC 60079)

국내규정은 규정을 부합화한 를 적용(1) IEC 60079 KS C IEC 60079

온도등급 T1 T2 T3 T4 T5 T6

최고표면온도 450le 300le 200le 135le 100le 85le

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2

방폭전기설비Chapter 6 127

최대안전틈새와 최소점화전류비에 따른 분류4) (IEC 60079)

폭발등급 A Group B Group C Group

방폭기기분류 IIA IIB IIC

최소점화전류비 08le 045~08 045ge

최 안전틈새[mm] 09le 05~09 05ge

위험성 小 中 大

해당가스아세톤 자일렌

벤젠 부탄에틸렌

수소

C2H2