점화원(발화원) 개요

연소는 물질이 산소와 급격한 화학반응을 일으켜 열과 빛을 내는 강력한 산화반응 현상이며 연료(가연물), 산소(공기), 점화원(발화원) 등 세 가지 요소가 동시에 있어야만 연소가 이루어질 수 있어 이를 ‘연소의 3요소’라고 한다.

연소의 3요소 중 우리가 현장에서 소홀이 다루고 있고, 또 가장 관리가 필요한 점화원(발화원)에 대하여 공유하고자 한다.

 

 

점화원(발화원) 개요

 

발화할 수 있는 혼합물을 형성하기 위해서는, 공기가 존재하고 연료증기와 공기가 적절한 비율로 혼합되어야 한다. 이 혼합물이 발화되기 위해서는 발화원(고온 및 연소의 화학반응을 개시할 수 있는 충분한 에너지)이 존재해야 한다.

 

연소/화재/폭발 개념 및 연소의 3요소, 소화원리 등은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조.

https://sec-9070.tistory.com/3

연소의 3(4)요소 및 소화의 원리

 

발화원이 연소과정을 시작케 하며, 연료 및 공기가 적절한 비율로 존재하는 경우 연소열은 화학반응의 지속을 위해 필요한 에너지를 공급한다. 발화발생 여부는 온도, 크기, 지속성 및 잠재 발화원에너지 등의 요소에 영향을 받는다. 가연물이 모든 조건하에서 동일한 발화특성을 가지고 있지 않는다

인화성 물질이 존재할 수 있는 지역에서의 모든 발화원을 제거하는 것이 무엇보다 중요하나, 발화원을 완전히 제거한다는 것은 비현실적일 수 있으므로, 최소한 발화원의 위험성에 대해서 검토하고 대책을 수립해야 한다.

 

가연물의 발화 특징

대기중에서 일반적인 가연물의 발화 특징은 다음과 같이 3그룹으로 분류된다.

(1) 비교적 저온에 장시간 노출되어 건조되고 탄화되어, 마침내 불빛을 내며 연소되는 셀룰로오즈(종이, 나무 및 넝마등)가 포함된 고체

(2) 낮은 발화에너지를 갖는 화학적으로 활성적인 물체(이황화탄소, 아세틸렌, 수소등)

(3) 산소를 함유한 대부분의 유기화합물질을 제외한, 높은 발화에너지를 필요로 하지만 곧 발화될 수 있는 액체 및 기체 탄화수소(알코올, 에테르, 아세톤등)

 

 

점화원(발화원) 종류 및 특성

● 화염(나화)

통제된 실험실 조건하에서만 발생할 수 있는 아주 작은 불꽃을 제외한 모든 화염은 발화원이다. 극히 짧은 순간의 화염도 적절한 비율의 증기-공기 혼합물을 발화시키며, 지속적인 화염은 또한 고체나 액체연료를 휘발시켜 누출되는 증기를 발화시킬 수 있다.

 

● 전기 아크 및 스파크

전기 아크 및 스파크는 에너지가 상당히 높고 다양하다. 전기 아크 및 스파크는 적절한 비율의 증기-공기 혼합물 대부분을 발화시킬 수 있지만 가시적인 모든 아크가 발화시키지는 않는다.

 

● 고온표면

충분히 넓고 뜨거운 표면은 확실한 발화원이 될 수 있다. 표면적이 작을수록 발화에 필요한 온도는 높아지는데, 이것은 대형 가연성 물체속으로 유입되는 소형 가열체에 적용된다. 고온표면이 혼합물을 완전히 덮을 정도로 충분히 커지면, 발화에 필요한 온도는 훨씬 더 낮아진다.

 

● 마찰 스파크

펌프의 기계적 밀봉장치 고장 또는 과압에 의한 탱크 지붕의 파열 등에 의해 생긴 스파크는 높은 에너지를 가지며, 이러한 마찰스파크는 탄화수소의 인화성 혼합물을 충분히 발화시킬 수 있다. 그러나 강철, 돌 또는 기타 단단한 물체의 충격으로 생긴 스파크는 일반적으로 가솔린 등의 증기를 발화시키지 못한다. 온도가 비교적 높다 하더라도 스파크의 크기가 작고 노출시간도 짧아 전체에너지는 증기를 발화시키기에 충분하지 않다.

 

 

● 자연발화(Autoignition)

자연발화온도는 완전히 밀폐된 시험장치에서 뜨거운 표면시험방법에 의해 결정된다. 전체 증기가 자연발화온도까지 가열되어야 하기 때문에 연료의 도입과 화염의 출현 사이의 시간지연은 약 1분 정도이다. 스스로의 발열을 동반하여 산화반응을 시작하고 화염이 출현되는 지점까지 진전되는 환경의 실제온도이기 때문에 이 온도를 환경발화온도라고 부른다. 화재는 자연발화온도까지 가열된 인화성 또는 가연성 액체가 대기중으로 누출될 때 흔히 발생한다.

 

● 자연성 발화(Pyrophoric Ignition)

산화반응에서 발생되는 반응열에 의한 착화현상으로 자연발화성 황화철 침전물이 존재할 경우 인화성 증기의 발화를 예방하기 위한 조치를 취해야 한다. 황화수소 및 기타 황화합물 침전물은 석유저장소 및 석유가공이 이루어지는 장소에서 발견된다.

 

● 정전기

정지되어있는 전하에 의해 일어나는 물리적 현상으로 석유류의 유동 또는 여과, 가연성가스 또는 미스트 분출, 습기있는 스팀의 누설, 노즐에서 나오는 수류의 충격 등에서 발생하는 발화원이다.

 

정전기 관련 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조.

https://sec-9070.tistory.com/255

정전기 재해 방지대책

 

Reference : KFS 700-2018 석유화학공장 방화기준