석유류 중에서도 차량, 선박, 보일러 등에 많이 사용되고 있는 디젤유는 휘발유나 등유보다도 연소시에 발열량이 높기 때문에, 화재 발생시에 큰 피해를 초래한다. 따라서 본 연구는 시중에 판매중인 디젤유을 이용하여 액면화재 실험을 하였으며, 연소시에 화염의 내부온도와 화염으로부터 발생되는 복사열에 대해서 측정하였다. 디젤유의 순간 최대화염온도는 $900^{\circ}C$ 이상되는 것으로 나타났으며, 평균 최대화염온도는 $800^{\circ}C$ 이상으로 나타났다. 또한 최대화염온도는 가연성 액체의 표면으로부터 5 H/D에서 나타났으며, 이 거리 보다 멀어질 수로 화염의 온도는 낮아졌다. 복사열의 경우 저장용기의 크기와 시료의 량에 따라서 크게 달라지는 것을 알 수 있었으며, 실험 용기의 크기가 0.5 m이고, 시료량이 13 mm와 20 mm에서는 각각 92.29 kW와 117.43 kW로 나타났으며, 크기가 1.0 m의 용기에서는 각각 364.35 kW와 405.88 kW로 나타났다.
석유류 중에서도 차량, 선박, 보일러 등에 많이 사용되고 있는 디젤유는 휘발유나 등유보다도 연소시에 발열량이 높기 때문에, 화재 발생시에 큰 피해를 초래한다. 따라서 본 연구는 시중에 판매중인 디젤유을 이용하여 액면화재 실험을 하였으며, 연소시에 화염의 내부온도와 화염으로부터 발생되는 복사열에 대해서 측정하였다. 디젤유의 순간 최대화염온도는 $900^{\circ}C$ 이상되는 것으로 나타났으며, 평균 최대화염온도는 $800^{\circ}C$ 이상으로 나타났다. 또한 최대화염온도는 가연성 액체의 표면으로부터 5 H/D에서 나타났으며, 이 거리 보다 멀어질 수로 화염의 온도는 낮아졌다. 복사열의 경우 저장용기의 크기와 시료의 량에 따라서 크게 달라지는 것을 알 수 있었으며, 실험 용기의 크기가 0.5 m이고, 시료량이 13 mm와 20 mm에서는 각각 92.29 kW와 117.43 kW로 나타났으며, 크기가 1.0 m의 용기에서는 각각 364.35 kW와 405.88 kW로 나타났다.
Diesel, a kind of petroleum, which is used in vehicles, vessels, boilers etc causes great damage when a fire happens, because it has higher caloric value than gasoline or kerosene has at burning. Therefore, pool fire experiment was carried using diesel which is sold on the gas station and radiation ...
Diesel, a kind of petroleum, which is used in vehicles, vessels, boilers etc causes great damage when a fire happens, because it has higher caloric value than gasoline or kerosene has at burning. Therefore, pool fire experiment was carried using diesel which is sold on the gas station and radiation heat flux that occurs from flame and inner temperature of flame at burning was estimated. The maximum instantaneous flame temperature of diesel was more than $900^{\circ}C$, and the average of maximum flame temperature was $800^{\circ}C$ which occurred at 0.5 H/D distance from the surface of inflammable liquid, the distance has more long that has the lower the temperature of flame. In case of radiation heat flux, it grew to vary according to the size and amount of sample. When the size of a container for experiment was 0.5 m and sample layer was 13 mm and 20 mm, the radiant heat was 92.29 kW and 117.43 kW each. When the container was 1.0 m, it was 364.35 kW and 405.88 kW each.
Diesel, a kind of petroleum, which is used in vehicles, vessels, boilers etc causes great damage when a fire happens, because it has higher caloric value than gasoline or kerosene has at burning. Therefore, pool fire experiment was carried using diesel which is sold on the gas station and radiation heat flux that occurs from flame and inner temperature of flame at burning was estimated. The maximum instantaneous flame temperature of diesel was more than $900^{\circ}C$, and the average of maximum flame temperature was $800^{\circ}C$ which occurred at 0.5 H/D distance from the surface of inflammable liquid, the distance has more long that has the lower the temperature of flame. In case of radiation heat flux, it grew to vary according to the size and amount of sample. When the size of a container for experiment was 0.5 m and sample layer was 13 mm and 20 mm, the radiant heat was 92.29 kW and 117.43 kW each. When the container was 1.0 m, it was 364.35 kW and 405.88 kW each.
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제안 방법
이것은 5LTD, 7L/D, 9L/D의 복사강도 (kW/m?)로부터 복사열 (kW) 값으로 계산하였을 때 측정 위치에 관계없이 유사한 값을 지닌다는 것은 복사강도에 대한 자료의 정확성을 말해준다. 또한 각 지점에서의 복사열을 산술평균하여 평균 복사열을 구하여 나타내었다.
0m 크기의 원형판(pan)을 사용하였으며, 용기의 깊이는 20cm로 둘다 동일하다. 먼저 0.5 m 용기에는 4개의 열전대를 각각 액면을 기준으로 수직 높이 0.25 m, 0.50 m, 0.75 m, 1.00 m에설치하였으며, 직경 1.0m의 용기는 0.50m, 0.75 m, 1.00 m, 1.25 m, 1.50 m, 1.75 m의 높이에 열전대 6개를 각각 설치하였다.
3 sec까지 측정이 가능하다. 본 연구에서는 실험의 효율성을 위해서 검출속도를 1 sec 간격으로 하였으며, 시간변화에 따라서 연속적으로 측정되도록 하였다.
본 연구에서는 이러한 연구 결과들을 토대로 시중에서 판매되는 디젤연료를 이용하여, 화염의 온도분포와순간최대화염온도, 평균최대화염온도를 측정하였다. 또한 거리에 따른 복사강도를 측정하여 복사열을 계산하였으며, 이러한 자료들은 국내에서 생산, 저장 및 취급되는 디젤연료에 대한 위험성 예측 및 화재 발생시에대응 방안을 강구하는 기초 자료로 활용되기를 바란다.
시중에 판매중인 디젤연료를 이용하여 액면 화재에 대한 실험을 실시하였으며, 화염의 온도와 복사열을 계산한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
실험 순서는 컴퓨터에서 열전대로부터 검출되는 온도와 라디오메타로부터 얻어지는 복사강도를 확인한다음, 상온에서 나타나는 온도와 복사강도를 기록하고, 시료용기에 점화를 시켜서 실험을 하였다.
화염의 온도를 측정 하기 위하여 직경 0.32 mm의 K- type 열전대 온도계를 사용하였으며, 열전대 온도계의 위치는 시료 용기의 중심부에 설치하여 화염의 수직면에 있도록 하였고, 서로 다른 크기의 시료용기를 이용하여 화염내부의 온도분포를 측정하였다.
대상 데이터
도면에 있는 실험용기(pan)는 철재강판으로 제작된 것으로 중심부에 지지대(pole)를 설치하여열전대를 장착하였고, 라디오메타와 열전대를 컴퓨터에 연결시켜 실시간으로 자료를 전송받았다.
시료는 시중에서 판매중인 디젤연료를 사용하였으며, 시료의 량을 13 mm와 20mm로 나누어서 실험을 하였고, 각 실험은 3회 이상 반복 실험을 하였다. Table 1에는 실험에 대한 명칭과 조건을 나타내었다.
실험용기는 직경 0.5 m와 1.0m 크기의 원형판(pan)을 사용하였으며, 용기의 깊이는 20cm로 둘다 동일하다. 먼저 0.
성능/효과
1) 디젤연료화염의 최대화염온도는 0.5H/D에서 800 ℃ 이상이었으며 , 순간최대화염온도는 900 ℃ 이상으로 나타났다.
2) 액면 화재에서는 가연성 액체의 표면에서부터 높이가 증가할수록 화염의 온도는 감소하는 것으로 나타났으며, 화염내부의 온도 분포는 물질의 량에는 무관하고, 용기의 크기에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다.
4) 복사열량의 변화는 시료용기의 크기와 시료량에 따라서 많이 달라지는 것으로 나타났으므로, 저장 탱크의 크기와 저장량에 따라서 위험성이 상당히 크게 달라진다는 것을 알 수 있었다.
둘째, 시료용기의 크기나, 시료 량에 따른 복사 강도를 비교하여 보았을 때, 측정 거리가 가까운 5UD에서 나타나는 복사강도의 차이는 크고, 화염으로부터 거리가 멀어 질수록 복사강도의 차이가 크지 않은 것으로 나타났다. 즉 5LLD에 비해 9 LTD 지점 에서의 곡선 간격은 적어지는 현상을 나타내었다.
이것은 화염 내부의 온도분포는 용기의 크기에 따라서 달라지는 것으로 판단되며, 시료의 양에 대한 영향성이 적은 것으로 나타났다. 또한 직경 0.5 m에서는 화염의 온도분포 기울기의 절대 값은 322.6이며, 직경 1.0이에서는 412.3의 기울기를 나타내므로, 직경의 크기가 증가하면 온도분포 기울기가 증가하는 것으로 나타났다.
셋째, 시료 용기의 크기와 시료의 량에 따라서 복사 강도가 다르게 나타난다는 것을 알 수 있었다. 평균 최대화염 온도의 경우는 용기의 크기나 시료의 량에 상관없이 비슷한 값들이 구하여 졌으나, 복사강도는 전혀 다른 것으로 나타났다.
나타났다. 즉 5LLD에 비해 9 LTD 지점 에서의 곡선 간격은 적어지는 현상을 나타내었다. 이것은 복사 강도가 거리에 따라 많은 영향을 미치고 있다는 것으로 이해 할 수 있으며, 복사열의 전도가 Stefan-Boltmann의법칙에 잘 적용되고 있음을 알 수 있었다.
첫째, 복사강도는 화염으로부터 가까운 5L/D에서부터 9L/D로 멀어 질수록 급격히 감소하는 경향을 나타내고 있다.
이것은 복사 강도가 거리에 따라 많은 영향을 미치고 있다는 것으로 이해 할 수 있으며, 복사열의 전도가 Stefan-Boltmann의법칙에 잘 적용되고 있음을 알 수 있었다. 특히 Stefan- Boltmann의 법칙에서 나타내는 완전흑체로 가정한 Carbon Black이 최근 많이 사용되고 있는 Platinum Black과 잘 일치하는 것을 알 수 있었다.
다르게 나타난다는 것을 알 수 있었다. 평균 최대화염 온도의 경우는 용기의 크기나 시료의 량에 상관없이 비슷한 값들이 구하여 졌으나, 복사강도는 전혀 다른 것으로 나타났다. 이는 복사강도가 화염의 크기와도 연관성이 있으며, 연소시간과도 밀접한 관계가 있는 것으로 사료된다.
후속연구
또한 휘발유나 등유 보다 연소시 발생하는 열량이 높기 때문에 화재로 인한 손실 및 위험성이 상대적으로 높은 것으로 나타나 있다. 그 그러므로 디젤유에대한 화염내부의 온도분포와 화염으로부터 발생하는복사열에 대한 연구가 필요하며, 이러한 연구는 화재발생시에 화염에 직접적으로 접한 부분에 대한 변형의위험성이나, 화염 주변에 있는 물질의 열적 안정성에대한 평가 자료로 사용되어 질 수 있다.
이는 복사강도가 화염의 크기와도 연관성이 있으며, 연소시간과도 밀접한 관계가 있는 것으로 사료된다. 따라서 연소시간에 따른 화염의 크기와 연소속도에 대한 자료는 향후 이러한 실험을 계속 진행해야 할 것이다.
또한 거리에 따른 복사강도를 측정하여 복사열을 계산하였으며, 이러한 자료들은 국내에서 생산, 저장 및 취급되는 디젤연료에 대한 위험성 예측 및 화재 발생시에대응 방안을 강구하는 기초 자료로 활용되기를 바란다.
참고문헌 (8)
산업자원부, '에너지정책 성과분석 및 향후전략', 청와대 국정 정책보고서, pp.8-24(2006)
H. Koseki, Y. Natsume and Y. Iwata, 'Evaluation of the Burning Characteristics of Vegetable Oils in Comparison with Fuel and Lubricating Oils', Journal of Fire Sciences, Vol. 19, pp.39-42(2001)
오규형, 나선종, 이성은, 'Pool 화재의 연소 특성에 관한 연구', 한국화재소방학회, Vol. 18, No. 3, pp.39-44(2004)
H. Koseki, Y. Natsume, Y. Iwata, T. Takahashi and T. Hirano. 'A Study on Large Scale Boilover Using Crude Oil Containing Emulsified Water', Fire Safety Journal. Vol. 39, pp.143-154(2005)
F. Ferrero, M. Munoz, B. Kozanoglu, J. Casal and J. Arnaldos, 'Experimental Study of Thin-Layer Boilover in Large-Scale Pool Fires', Journal of Hazardous Materials, Vol. 137, No. 3, pp.1293-1302(2006)
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