화재의 발생 순서

화재의 발생 순서는 단순한 점화를 넘어, 가연물이 산소와 결합하여 연쇄 반응을 일으키고 에너지를 방출하는 일련의 단계로 진행된다.

 

 

 

화재의 발생 순서

NFPA 및 주요 화재 안전 기준에서 화재를 초기 발화부터 소멸까지 다음과 같이 4단계로 화재의 발달 과정을 정의하고 있다.

1. 발화 단계 (Ignition / Incipient Stage)

2. 성장 단계 (Growth Stage)

3. 최성기 (Fully Developed Stage)

4. 감쇠 단계 (Decay Stage)

 

<그림 1> 화재의 4단계 발달 과정 (Stages of Fire)(그림 출처: 아래 Reference 참조)

 

 

그러나 NFPA 921의 정의를 바탕으로 실내 화재의 가장 위험한 전이 단계인 플래시오버(Flashover)를 추가하여 다음과 같이 5단계로 구분하기도 한다.

 

1단계: 초기 단계 (Incipient Stage)

화재가 시작되는 지점으로, 점화원(Ignition Source)에 의해 가연물의 온도가 상승하고 열분해가 시작되는 단계이다.

• 현상: 육안으로 화염이 잘 보이지 않으며, 연기 입자가 미세하게 발생한다.
• 특성: 산소가 충분하며, 이 단계에서 발견하면 소화기 등으로 쉽게 진압할 수 있다.
• 물리량: 유입 온도 Tᵢₙ이 가연물의 발화점(Auto-ignition Temperature)에 도달한다.

 

 

2단계: 성장 단계 (Growth Stage)

화염이 가연물 전체로 퍼지기 시작하며, 열방출률(Heat Release Rate)이 급격히 증가하는 단계이다.

• 현상: 대류 현상에 의해 뜨거운 가스가 천장 부근에 쌓이며 '천장 분출 흐름(Ceiling Jet Flow)'을 형성한다.
• 특성: 주변의 가연물들이 복사열에 의해 예열되기 시작한다.
• 물리량: 화염의 반경이 시간에 따라 커지며, 주변 대기 밀도와의 차이로 인해 강력한 부력이 발생한다.

 

 

3단계: 플래시오버 (Flashover)

성장기에서 최성기로 넘어가는 과도기적 현상으로, 화재 구획 내의 모든 가연물이 동시에 발화하는 시점이다.

일반적으로 바닥면의 복사 열유속이 20 kW/m²에 도달하거나, 상부 가스층 온도가 500~600°C에 이르면 플래시오버가 발생하는 것으로 간주한다.

• 현상: 축적된 복사 에너지가 임계치(보통 20 kW/m²)를 넘어서며 실내 전체가 순식간에 화염에 휩싸인다.
• 특성: 화재 진압이 거의 불가능해지며, 구조물 붕괴 위험이 급격히 커진다.

 

 

4단계: 최성기 (Fully Developed Stage)

화재의 규모가 최대에 도달하며, 연소 속도가 가장 빠른 단계이다.

• 현상: 실내 온도가 최고조(보통 800~1200°C)에 달하며, 산소 소비량이 극대화된다.
• 특성: 연소는 더 이상 가연물의 양이 아니라 산소의 공급 속도에 의해 결정되는 '환기 지배형 화재(Ventilation Controlled Fire)'가 된다.
• 물리량: 연소 속도가 최대치를 유지하며, 방출되는 열에너지 Eₚ가 정점에 이른다.

 

 

5단계: 감쇠 단계 (Decay Stage)

가연물이 대부분 소진되어 화재의 기세가 꺾이는 단계이다.

• 현상: 온도가 서서히 낮아지며 화염이 줄어들고 숯이나 재가 남는다.
• 위험 요소: 이 단계에서 산소가 갑자기 공급될 경우, 가연성 가스가 폭발적으로 연소하는 백드래프트(Backdraft) 현상이 발생할 수 있다.

 

Reference: https://www.firetrace.com/fire-protection-blog/different-stages-of-a-fire