[논문]수성막포 약제를 첨가한 미분무수의 식용유 화재 소화특성

신창섭; 김성룡

수성막포 약제를 첨가한 미분무수의 식용유 화재 소화특성
Extinguishing Characteristics of Cooking Oil Fire by Water Mist added with AFFF Agent 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.24 no.5, 2009년, pp.21 - 27

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Effective way of cooking oil fire extinguishment is using water mist system which has cooling and smothering effects. Low pressure water mist system has advantage because it is compatible with existing sprinkler systems. To increase the effectiveness of low pressure water mist system, additives can be used which increase the momentum of water particle and the chemical effect. In this experiment, aqueous film forming form(AFFF) agent is used as additive and the effect of additive concentration and water pressure are experimented. For the extinguishment of cooking oil fire such as soybean and olive oils, AFFF agent is effective and can decrease the fire extinguishing time and water consumption.

주제어

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문제 정의

그리고 미분 무수 분사압력 변화에 따른 수성막포가 첨가된 미분 무수의 소화특성에 대해 알아보고자 하였다.
본 연구에서는 소화약제의 대표적 물질인 포 소화 약제를 첨가한 미분무수를 사용해서 식용유 화재에 대한 소화 특성을 연구하고자 하였으며, 첨가제로는 대표적 포소화약제인 수성막포(AFFF-Aqueous Film Forming Foam)의 수용액을 사용하였다. 그리고 미분 무수 분사압력 변화에 따른 수성막포가 첨가된 미분 무수의 소화특성에 대해 알아보고자 하였다.
본 연구에서는 수성막포를 첨가한 미 분무 수의 식용유 화재에 대한 소화성능을 분석하기 위해 첨가제 및 방수압력 변화에 따른 소규모 화재 실험을 실시하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
수성막포 첨가 미세 물분무에 의한 식용유 화재의 소화특성을 실험하기 위하여 소규모 화재실험을 실시하였다. 실험 장치는 크게 연소실, 가압 수조, 채수통으로 구성되어 있다.

제안 방법

1m를 설치하여 0.58n?/s의 유량으로 상온의 주변공기가 유입될 수 있도록 하였고 배기는 배기 팬에 의한 강제배기 시스템으로 하였다.
각각의 소화실험은 3회 반복실험을 통해서 평균적인 소화시간 및 표면온도와 화염온도를 얻을 수 있도록 하였다.
둘째, 연소점에서 수용액 농도별로 미분 무수를 각각 방수하여 유면온도 변화를 측정하였다.
셋째, 점화 후 최성기에서 화염온도가 500℃에도 달시 수용액 농도별 미분무수를 각각 방 수하여 화염 온도 변화를 측정하였다.
소화실험은 첫째, 2가지 식용유 300mL을 각각 분젠버너로 착화시켜 미분무수가 방수되지 않는 조건에서 자유연소를 통한 pool fire 연소특성을 측정하였고, 이를 통해 연소시간, 화염온도, 표면 온도를 측정하였다.
수성막포의 물성값은 Table 1에 나타내었고 본 실험에서의 사용농도는 현재 국내 소방분야에서 포소화 약제로 수성막포 3%형을 쓰고 있기 때문에 미분무수의 특성을 이용한 저 농도에서 수성 막 포의 소화 성능을 알아보기 위해 일반 수돗물에 부피 비로 1%, 2%, 3%를 혼합하였으며 3가지 수성막포 수용액을 이용하여 각각 소화실험을 하였다.
실험에 사용된 미분무수 노즐은 바닥으로부터 1.1m 높이에 설치하였고 플런저 펌프를 사용하여 1.2MPa, 2MPa의 가압수를 생성하였으며 노즐 상부에 압력계를 설치하여 정확한 방수압력을 측정할 수 있도록 하였다.
실험에 사용된 식용유는 두 종류로 대두유와 올리브유를 사용하였으며, 챔버 내에서 두 종류 식용유 화재에 대한 미분무수 소화실험을 실시하여 화염 및 표면의 온도변화를 측정하였다.
연료팬 0.15m X 0.15m X 0.05m는 연소실 바닥의 중앙에 위치하였고, 식용유 화염온도 및 표면 온도측정을 위해 연료팬 상부, 그리고 바닥에서 5cm 높이에 각각 한 개씩 열전대를 설치하였다. 본 연구에서의 화염온도는 자유연소 결과 온도가 가장 높은 지점인 15cm 높이에서의 온도를 나타내며, 화염 온도는 W 컨버터를 통해서 컴퓨터로 1 초 마다 저장되었다.

대상 데이터

실험 장치는 크게 연소실, 가압 수조, 채수통으로 구성되어 있다. 소화실험은 Fig. 1 에 나타냈듯이 스테인리스 강재질의 환기가 원활한 연소실 0.75m X Q75m * 1.3m에서 수행하였다. 연소실의 전면은 소화현상을 관찰할 수 있도록 강화유리로 제작하였으며 급기는 좌우 하부에 개구부 0.
식용유의 주성분은 식물성 유지이고 식용유 화재는 현 국내 소방법에서 유류 화재로 구분되어 있으며 소화 특성상 재발화의 위험성 때문에 질식, 냉각작용이 주효하므로 이런 특성을 지닌 수성 막 포를 본 실험의 첨가제로 선택하였다.
실시하였다. 실험 장치는 크게 연소실, 가압 수조, 채수통으로 구성되어 있다. 소화실험은 Fig.

성능/효과

1) 대두유와 올리브유 화재에 있어 수성막포 첨가 미분무수의 경우 저압 L2MPa과 중압 2MPa 모두 소화성능이 향상된 것으로 나타나 미분 무수에 첨가제를 첨가한 것이 효율적이었다.
2) 식용유의 소화실험에서 수성막포를 첨가한 수용액은 수성막포 첨가제의 첨가량이 1, 2, 3%로 많아질수록 소화시간이 저압에서 1/3, 1/5, 1/9, 중압에서 1/2.5, 1/3, 1/4로 줄어들었다.
3) 식용유에 대한 표면온도의 변화를 측정한 결과 발화점에서 첨가제를 첨가한 미분무수 방수시 2~3sec 이후 발화점 이하로 냉각효과가 뚜렷이 나타났다.
4) 소화에 필요한 분무량은 첨가제의 첨가량이 많을수록 줄어들었으며 이의 영향은 저압인 l-2MPa 에서 매우 크게 나타났다.
그리고 본 실험 조건에서 방수압력이 높은 경우 화염은 더 빠르게 소화되는 것을 확인할 수 있었으며 따라서 미분무수의 소화 메커니즘에서 냉각 효과가 지배적인 요인임을 알 수 있었다.
108L의 분무량으로 화염을 진압할 수 있었다. 그리고 소화에 필요한 분무량은 저압과 중압에서 모두 올리브유가 소화에 필요한 분무량이 더 많은 것으로 나타났다.
4와 5는 미분 무수를 적용한 소화시 연료팬의 높이인 5cm 위치에서 온도를 측정한 것이다. 발화점에서 일반 수돗물에 첨가제의 농도를 변화시켜 가며 미분 무수를 사용하였을 경우의 실험 결과로 첨가제를 넣지 않은 미분무수에 비해 더 빨리 발화점 이하로 낮아졌다. 이는 우선 첨가제에 의한 화염의 소화가 빨랐고 연속해서 유면에 닿는 미분무수의 액적이 많아져 표면온도가 더 빠르게 낮아진 것으로 추정된다.
본 실험 조건에서 순수물의 경우 대두유는 저압에서 약 0.35L, 중압에서 약 0.099L 올리브유는 저압에서 약 0.385L, 중압에서 약 0.108L의 분무량으로 화염을 진압할 수 있었다. 그리고 소화에 필요한 분무량은 저압과 중압에서 모두 올리브유가 소화에 필요한 분무량이 더 많은 것으로 나타났다.
05m는 연소실 바닥의 중앙에 위치하였고, 식용유 화염온도 및 표면 온도측정을 위해 연료팬 상부, 그리고 바닥에서 5cm 높이에 각각 한 개씩 열전대를 설치하였다. 본 연구에서의 화염온도는 자유연소 결과 온도가 가장 높은 지점인 15cm 높이에서의 온도를 나타내며, 화염 온도는 W 컨버터를 통해서 컴퓨터로 1 초 마다 저장되었다.
이는 두 가지 식용유 간의 물성 차이에 의한 것으로 올리브유가 대두유보다 인화점이 낮고 평균 화염온도가 더 높게 나타남으로서 미분무수에 의한 질식, 냉각 작용이 늦어진 것으로 판단된다. 중압 2MPa에서 의 소화 시간도 비슷한 경향을 나타냈고 첨가제의 농도가 증가할 경우 소화시간이 짧아지는 경향을 나타내었다.
12는 각 소화약제별 소화에 필요한 분무량을 나타낸 것이다. 첨가제의 첨가량이 많을수록 소화에 필요한 분무량이 줄어드는 것을 알 수 있으며 특히 저압인 1.2Mpa에서 뚜렷이 나타났다.

참고문헌 (13)

황태연, 안성일, 이택희, '식용유 화재 사례의 실험적 연구', 소방검정공사 논문집， 제7권，제1호，2002
한국화재보험협회，'튀김기름화재의 소화방법 연구', 소방검정21호， 조사 연구， 2002
Zhigang Liu, and Ping Li Yen, 'Extinguishment of cooking oil fires by water mist fire suppression system', Canada National Laboratory, Report, 2000
방창훈, 김정수, 예용택, '물액적에 의한 미연소면의 냉각에 관한 실험적 연구', 화재소방학회논문지, 제14권， 제3호， pp. 13-18, 2000
National Fire Protection Association, NFPA 750 Standard on Water Mist Fire Protection Systems, NFPA, MA : Quincy, 2003
National Fire Protection Association, Fire Protection Handbook, NFPA, MA: Quincy, 1997
G., Grant, J. Brenton, and D. Dsysdale, ' Fire suppression by water sprays', Progress in energy and combustion science, Vol.26, pp. 79-130, 2000

상세보기
이경덕， '저압식 미세물분무 시스템의 소화성능 최적화와 첨가제의 영향.' 충북대학교 대학원 박사학위논문， 2002
A.E., Finnerty, 'Water-based fire-extinguishing agents', Halon Options Technical Working Conference, pp. 461-471 , 1995
A.E, Finnerty, R. McGill and W.A. Slack, ' Waterbased halon replacement sprays', ART-TR-1138, U.S. Army Research Lab, 1996
한완수， '계면활성제를 첨가한 물소화제의 특성에 관한 연구' 경상북도 소방학교 소방논문집， 제5호， pp. 27-54, 200l
삼전순약공업， http://www.samchun.com
히동명， 백병윤， 민성훈， '식용유화재의 위험성 평가', 한국화학공학회 추계학술대회 논문집， 2007

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