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문제 정의
- 본 연구에서는 단백포소화약제의 유동성에 영향을 미치는 요인인 노즐의 분사압력, 단백질 가수분해물의 농도를 변화시켜 발포특성을 분석하였고 그에 따른 소화특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 발포특성은 발포 배율과 25%환원시간을 측정하여 비교하였고, 소화 특성은 소규모 n-Heptane 화재의 소화시간을 측정하였으며, 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
가설 설정
- 4) 그러나 단점으로는 냄새가 특이하고 유동성이 나쁜 특성이 있다. 단백포소화약제가 다른 포소화약제에 비해 유동성이 나쁜 것은 단백포소화약제의 포막이 두껍고 점성이 커서 유류표면 위에 단단하고 내열성이 있는 포막을 형성하기 때문이다.
제안 방법
- 13121) 기준에 의해 발포배율과 25%환원시간을 측정하여 비교하였으며 각 변화 조건에 따른 소규모 유류 화재 실험을 통해 유동성에 따른 소화 특성을 연구하였다.
- 노즐의 분사 압력을 2, 4, 6, 8bar로 변화를 주어 압력변화에 따른 발포특성을 측정하였다. Fig.
- %일 때는 2종류의 조성으로 실험하였으며 2종류의 조성은 Table 2에 나타냈다. 노즐의 분사압력은 4bar일 때 가장 소화성능이 좋았으므로 4bar로 고정하여 실험하였다. Fig.
- 노즐의 분사압력을 변화하여 실험할 때는 첨가제의 농도를 고정하여 실험하였다. 단백질 가수분해물의 농도를 85wt.
- 본 실험에 사용된 단백포소화약제의 조성을 Table 1과 2에 나타냈으며 단백질 가수분해물, 황산제1철, 헥실렌글리콜, 에틸렌글리콜, 물이 첨가되었다. 단백질 가수분해물은 주성분으로 기포제로 사용되었고, 황산제1철은 포의 내화성을 향상하기 위해 안정제로 첨가되었고, 헥실렌글리콜과 에틸렌글리콜은 포소화약제의 동결방지를 위한 부동제로 첨가하였다.
- 발포성능은 발포배율과 25%환원시간을 측정하여 실험하였으며, 발포성능 실험 장치는 발포 노즐, 포 저장 탱크, 포 수집 용기, 포 수집 장치, 공기압축기 등으로 구성하였다. 실험 방법은 단백포 원액을 3%, 해수를 97%로 포 저장탱크에 담아 혼합하여 공기 압축기를 통해 노즐로 이송시켜 발포하였다.
- 본 연구에서는 단백포소화약제의 유동성에 영향을 미치는 요인인 노즐의 분사압력, 단백질 가수분해물의 농도를 변화시켜 발포특성을 분석하였고 그에 따른 소화특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 발포특성은 발포 배율과 25%환원시간을 측정하여 비교하였고, 소화 특성은 소규모 n-Heptane 화재의 소화시간을 측정하였으며, 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 소규모 유류화재에 대한 소화성능을 측정하기 위하여 단백질 가수분해물의 농도변화에 따라 4bar에서 단백포를 발포하여 소화 시간을 측정하였으며 소화시간과 25%환원시간을 Fig. 9∼10에 나타냈다.
- 발포성능은 발포배율과 25%환원시간을 측정하여 실험하였으며, 발포성능 실험 장치는 발포 노즐, 포 저장 탱크, 포 수집 용기, 포 수집 장치, 공기압축기 등으로 구성하였다. 실험 방법은 단백포 원액을 3%, 해수를 97%로 포 저장탱크에 담아 혼합하여 공기 압축기를 통해 노즐로 이송시켜 발포하였다. 발포 노즐의 유량은 11.
- 연료 점화 후 60초 동안 자유연소 시간을 두었으며 화염이 최성기에 올랐을 때 발포하기 시작하였고, 발포 후에 화염이 소화되는 소화시간을 측정하였다.
- 3m 되는 지점에서 포를 발포하고, 포수집 장치의 중앙 부분에 맞혀 흘러내리는 포를 수집용기를 이용하여 채집하였다. 채집한 후 포 수집용기 겉면에 묻어있는 포를 닦은 후 수집용기의 무게를 측정하여 발포배율 및 25%환원시간을 구하였으며 발포배율 및 25% 환원시간 계산은 IMO MSC/Circ.13121)에서 제시한 방법을 이용하여 구하였다. 발포성능을 측정하기 위한 장치의 개략도를 Fig.
- 포 수집 장치와 발포 노즐 간의 간격이 3 ± 0.3m 되는 지점에서 포를 발포하고, 포수집 장치의 중앙 부분에 맞혀 흘러내리는 포를 수집용기를 이용하여 채집하였다.
대상 데이터
- 발포배율은 2bar에서 6bar까지 선형적으로 상승하였으며 8bar에서는 6bar와 유사하였다. 2bar에서는 압력이 약하므로 포 수집 장치까지 포가 닿지 않아 포 수집 장치로부터 2m 되는 거리에서 포를 수집하였다. 8bar에서는 압력이 너무 강하여 포 자체에도 수분이 거의 없고 유동성이 많이 떨어지는 단단한 포가 발생하며 포가 잘 흘러내리지 않아 포를 수집하는데 시간이 오래 걸렸다.
- 본 실험에 사용된 단백포소화약제의 조성을 Table 1과 2에 나타냈으며 단백질 가수분해물, 황산제1철, 헥실렌글리콜, 에틸렌글리콜, 물이 첨가되었다. 단백질 가수분해물은 주성분으로 기포제로 사용되었고, 황산제1철은 포의 내화성을 향상하기 위해 안정제로 첨가되었고, 헥실렌글리콜과 에틸렌글리콜은 포소화약제의 동결방지를 위한 부동제로 첨가하였다.
- 3에 나타냈다. 실험 장치는 크게 연소실, 포 저장탱크, 발포 노즐, 공기 압축기, 연료팬, 열전대, 데이터 수집 장치, 비디오 카메라 등으로 구성되어 있다. 연소실은 연소실 외부로부터 공기유입이 가능한 개방 공간에서 실험하였으며 연소실의 크기는 4.
- 연소실은 연소실 외부로부터 공기유입이 가능한 개방 공간에서 실험하였으며 연소실의 크기는 4.5m × 3.2m × 2.6m 이다.
성능/효과
- 2) 본 실험 조건에서는 압력 4bar, 단백질 가수분해물의 농도 85wt.%에서 9초로서 가장 빠른 소화시간을 나타냈으며, 이 때 발포배율은 6.6배, 25%환원시간은 145초를 나타냈다.
- 1) 단백포소화약제의 발포성능이 향상됨에 따라 소화 성능이 향상되었으나 일정한계 이상에서는 유동성이 불량해짐으로 인해 소화 성능은 더 이상 향상되지 않았다. 따라서 단백포소화약제의 유동성을 고려하여 발포 노즐의 분사압력, 단백질 가수분해물의 농도를 조절하여야한다.
- 1) 포소화약제는 유류 화재 발생 시 포가 유류 표면 위에 전개되어 가연성증기의 발생을 억제 ⋅ 차단하기 때문에 질식소화를 할 수 있다.
- 단백포는 발포기구의 형태와 발포 방법에 따라 성질이 다른 포를 생성하는데 발포 노즐의 분사 압력이 높은 경우 포의 입자가 미세해지고 환원시간이 긴 유동성이 불량한 포를 생성하게 된다.2) 기포제 역할을 하는 단백질 가수분해물의 농도를 변화시켜 발포성능을 변화시킬 수 있으며 발포 성능이 우수한 포는 환원시간이 길고 발포배율이 높은 포이며, 발포배율이 높아질수록 포가 균일하고 미세해지며 환원시간이 길어지게 된다. 여기서 발포배율이란 포 수용액의 체적에 대해 발생하는 포 거품의 체적비를 말한다.
- 2) 환원시간이 긴 포는 안정적이고 내유성 ⋅ 내열성이 강하지만 유동성이 불량해지며 소화 시간이 길어진다.
- 25%환원시간은 압력이 증가함에 따라 환원 시간도 길어졌으며 특히 8bar에서는 25%환원시간이 5분 가까이 길어졌다. 그에 비하여 2bar에서는 포를 수집하자마자 빠르게 물로 환원되는 현상을 보였다.
- 3) 발포 노즐의 분사압력, 단백질 가수분해물의 농도가 증가할수록 발포배율 및 25%환원시간의 영향을 받는 발포성능이 향상되었으며 일정 조건 이상에서는 성능 향상의 한계를 나타냈다.
- 4) 발포배율의 증감에 따라 25%환원시간도 같이 변하지만 최대점은 단백질 가수분해물 농도 조성에 5wt.% 차이가 있었다.
- 따라서 단백질 가수분해물의 농도가 증가함에 따라 발포성능이 향상되지만, 일정 농도 이상에서는 성능향상에 한계가 있으며, 소화시간도 마찬가지로 농도가 증가함에 따라 소화시간이 단축되지만, 일정 농도에서 포의 유동성 저하로 인한 한계를 보였다.
- 발포배율 및 25%환원시간 모두 농도가 증가할수록 증가하는 추세를 보였으며, 발포배율은 농도 85wt.%까지 증가하여 6.
- 따라서 압력이 증가함에 따라 발포성능은 향상되지만, 포가 단단해져 유동성이 떨어지기 때문에 적정 유동성을 가진 압력에서 소화하여야 한다. 본 실험 조건에서는 4bar에서 소화하기에 좋은 유동성 및 내화성을 나타냈다.
- 5에 이를 나타냈다. 실험 결과, 노즐의 분사압력이 2bar와 4bar일 때는 포가 연료 팬에 빠르게 전개되어 유동성이 좋았으며 6bar와 8bar에 경우 포가 단단하여 전개하는 시간이 느린 것으로 나타났다. 4bar에서 소화시간이 가장 빨랐으며, 2bar에서는 유동성이 가장 좋아 빠르게 화염 면을 덮었지만 포가 균일하지 않아 화염면을 덮은 후에도 작은 화염들이 계속 남아 있어 완전한 소화가 어려웠다.
- 그에 비하여 2bar에서는 포를 수집하자마자 빠르게 물로 환원되는 현상을 보였다. 이와 같이 발포배율과 25%환원시간은 압력이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였으나, 6bar이상이 되면 발포배율은 크게 증가하지 않는 것으로 나타났다. 이는 수분이 소모되어 발포배율 증가가 최대치에 도달한 것을 알 수 있다.
- %인 조성Ⅱ가 더 좋은 성능을 나타냈다. 조성Ⅰ보다 Ⅱ의 소화시간이 더 빨라 황산제1철의 농도가 높을 때 소화 성능이 더 상승하였으며 이 또한 황산제1철이 포 성능에 영향을 준 것을 알 수 있다.
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