[논문]축소 모의된 구획 화재의 흘림 실험에 대한 인화성 액체의 화재 패턴 해석

조희수; 최충석

doi:10.7731/kifse.2014.28.3.043

축소 모의된 구획 화재의 흘림 실험에 대한 인화성 액체의 화재 패턴 해석
Analysis of Fire Patterns of Flammable Liquids for Oil Flow Tests of Compartment Fires with Reduced Simulation 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.28 no.3, 2014년, pp.43 - 48

조희수 (전주대학교 소방안전공학과) , 최충석 (전주대학교 소방안전공학과)

초록
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본 연구는 구획된 공간에 인화성 단일 물질을 채우고 착화된 화염의 전파 속도, 방사 범위, 확산 패턴 및 연소 완료 시간 등을 해석하는 데 있다. 화염의 전파 속도는 등유가 0.2 s로 가장 빠르고, 알코올이 82.1 s로 가장 늦었다. 화염이 착화된 후 화염이 가장 빠르게 최성기에 도달한 것은 시너이었고 19.0 s가 걸렸다. 그리고 가장 늦은 것은 알코올로 138.6 s로 측정되었다. 인화성 액체 200 ml가 연소 완료되는 시간은 시너가 79.9 s로 가장 짧았고, 가솔린 135 s, 등유 170 s, 경유 231.4 s, 알코올 337.0 s 등으로 측정되었다. 그리고 인화성 액체가 연소될 때 화염의 하단 부분은 층류 패턴이 지배하였고, 상단 부분은 난류 패턴을 나타냈다. 대두유의 실험에서 착화시킨 화원을 제거하면 화염은 자연 소화되어 연소가 진행되지 않았고, 불완전 연소에 따른 흰색의 연기가 발생하는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to analyze the flame propagation speed, radiation range, diffusion pattern and combustion completion time of a fire by filling a divided space with single combustible substance. It was found that the flame propagation speed was the fastest (0.2 s) for kerosene and the lowest (82.1 s) for alcohol. In the case of paint thinner, it took 19.0 s for the flame to reach its peak at the fastest speed after ignition while in the case of alcohol, it took 138.6 s for the flame to reach its peak at the lowest speed. In the case of the combustion of 200 ml of flammable liquids, the combustion completion time was 79.9 s for paint thinner, which is the shortest, 135 s for gasoline, 170 s for kerosene, 231.4 s for diesel and 337.0 s for alcohol. In addition, when flammable liquids are combusted, the lower part of the flame is governed by laminar flow pattern and the upper part of the flame showed turbulence pattern. In the case of a test performed for bean oil, it could be seen that if the fire source was removed, the flame was automatically extinguished without further combustion and that white smoke was generated due to incomplete combustion.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 구획된 공간에 인화성 단일 물질을 채우고 착화된 화염의 전파 속도, 방사(放射) 범위, 확산 패턴 및 연소 완료 시간 등을 해석하여 제시함에 따라 화재조사관이 원인 판정을 객관적으로 결정할 수 있는 기초 자료를 제공하는 데 있다.

가설 설정

또한 외부에서 실험이 진행될 때 일정한 조건을 유지시킬 수 있다는 장점도 있다. 비닐 장판은 일반 주거 공간과 유사한 조건을 유지함에 따라 향후 진행될 뿌림 실험, 혼합 실험, 담유 실험 등의 정보를 공유할 수 있을 것이다. 가스 토치를 이용하여 화염을 인위적으로 착화시킨 후 화염이 용기 내의 인화성 액체를 타고 이동하여 한쪽 끝까지 전파되는 소요 시간을 측정하였다.

제안 방법

비닐 장판은 일반 주거 공간과 유사한 조건을 유지함에 따라 향후 진행될 뿌림 실험, 혼합 실험, 담유 실험 등의 정보를 공유할 수 있을 것이다. 가스 토치를 이용하여 화염을 인위적으로 착화시킨 후 화염이 용기 내의 인화성 액체를 타고 이동하여 한쪽 끝까지 전파되는 소요 시간을 측정하였다. 흘림 실험에 사용된 인화성 액체는 휘발유(gasoline), 등유 (kerosene), 경유(diesel), 시너(thinner), 벤젠(benzene), 아세톤(acetone), 알코올(alcohol), 대두유(bean oil)이다^(7,8).
구획된 공간에 인화성 단일 물질을 각각 채우고 착화된 화염의 전파 속도, 방사 범위, 확산 패턴 및 연소 완료 시간 등을 해석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
인화성 액체 200 ml를 흘려주기 위한 금속관은 깊이 20 mm, 넓이 30 mm, 길이 1,000 mm 등이다. 금속관의 내부에 각각의 인화성 액체를 채운 후 좌측에 가스 토치를 사용하여 착화시켜 화염이 용기 내의 인화성 액체를 타고 우측의 끝단까지 도달될 때의 화염의 전파 속도, 확산 패턴, 방사 범위 및 연소 완료 시간 등을 해석하였다. 연소 실험이 진행될 때 디지털카메라(Digital Camera, Nikon Co.

대상 데이터

실험의 신뢰성을 확보하기 위해서 구획 화재 실험을 수행하였고, Figure 1은 흘림 실험(oil flow test)을 수행한 실체 사진을 나타낸 것이다. 구획된 공간은 가로, 세로, 높이가 각각 2,000 mm이며, 아연도금강판으로 제작한 것이다. 또한 모서리 및 중간에 지지대를 세워 물리적 충격에 견딜 수 있게 하였다.
실험의 신뢰성을 확보하기 위해서 구획 화재 실험을 수행하였고, Figure 1은 흘림 실험(oil flow test)을 수행한 실체 사진을 나타낸 것이다. 구획된 공간은 가로, 세로, 높이가 각각 2,000 mm이며, 아연도금강판으로 제작한 것이다.
금속관의 내부에 각각의 인화성 액체를 채운 후 좌측에 가스 토치를 사용하여 착화시켜 화염이 용기 내의 인화성 액체를 타고 우측의 끝단까지 도달될 때의 화염의 전파 속도, 확산 패턴, 방사 범위 및 연소 완료 시간 등을 해석하였다. 연소 실험이 진행될 때 디지털카메라(Digital Camera, Nikon Co., D-80, Japan) 및 비디오카메라(Video Camera, Samsung Co., SV-U10, Korea)를 사용하여 영상을 확보하였다. 즉, 영상 기록 장치에 기록된 각각의 단계를 실측함에 따라 정확한 시간을 제시할 수 있었다.
가스 토치를 이용하여 화염을 인위적으로 착화시킨 후 화염이 용기 내의 인화성 액체를 타고 이동하여 한쪽 끝까지 전파되는 소요 시간을 측정하였다. 흘림 실험에 사용된 인화성 액체는 휘발유(gasoline), 등유 (kerosene), 경유(diesel), 시너(thinner), 벤젠(benzene), 아세톤(acetone), 알코올(alcohol), 대두유(bean oil)이다^(7,8). Table 1은 본 연구에 사용된 인화성 액체의 주요 특성을 나타낸 것이다.

성능/효과

(1) 실험에 사용된 인화성 액체 중에서 화염의 전파 속도는 등유가 0.2 s로 가장 빠르게 측정되었고, 알코올이 82.1 s로 가장 늦은 것을 알 수 있었다. 인화성 액체가 착화되어 화염이 가장 빠르게 최성기에 도달한 것은 시너이었고 19.
(2) 인화성 액체 200 ml를 동일한 조건에 흘림 실험을 실시하여 연소가 완료되는 시간은 시너가 79.9 s로 가장 짧았고, 휘발유 135 s, 등유 170 s, 경유 231.4 s, 알코올 337.0 s 등으로 측정되었다. 그리고 실험에 사용된 인화성 액체가 연소될 때 화염의 하단 부분은 층류 패턴이 지배하였고, 상단 부분은 난류 패턴을 나타내는 것을 알 수 있었다.
(3) 동일한 조건을 적용한 대두유의 실험에서 착화를 시킨 후 화원을 제거하면 화염은 자연 소화되어 연소가 진행되지 않는 것을 확인하였고, 불완전 연소에 따른 흰색의 연기가 발생하는 것을 알 수 있었다. 즉, 대두유는 화원이 지속적으로 공급될 때 화염이 성장되고 확산되는 것으로 보아 화원의 제거를 통해서 손쉽게 화재를 진압할 수 있을 것으로 판단된다.
0 s가 걸렸다. 그리고 가장 늦게 최성기에 도달하는 것은 알코올로 138.6 s로 측정되었다. 따라서 시너를 이용한 방·실화가 발생하면 화염이 급속이 방사되며 알코올을 이용할 때는 지속시간이 길다는 것을 고려하여 분석해야 한다.
0 s 등으로 측정되었다. 그리고 실험에 사용된 인화성 액체가 연소될 때 화염의 하단 부분은 층류 패턴이 지배하였고, 상단 부분은 난류 패턴을 나타내는 것을 알 수 있었다.
6 s로 측정되었다. 따라서 시너를 이용한 방·실화가 발생하면 화염이 급속이 방사되며 알코올을 이용할 때는 지속시간이 길다는 것을 고려하여 분석해야 한다.
이상의 단일 물질을 이용한 흘림 실험에서 확인한 바와 같이 인화성 액체의 종류에 따라 화염의 전파 속도, 화염의 최성기 도달 시간, 연소 완료 시간 및 확산 패턴 등의 차이가 있다는 것을 알 수 있었다. 따라서 향후 혼합유에 대한 흘림 실험을 실시하여 객관적인 연소 특성을 제시하면 화재 원인 규명 및 판정을 위한 근거는 더욱 명확해질 것으로 판단한다.
1 s로 가장 늦은 것을 알 수 있었다. 인화성 액체가 착화되어 화염이 가장 빠르게 최성기에 도달한 것은 시너이었고 19.0 s가 걸렸다. 그리고 가장 늦게 최성기에 도달하는 것은 알코올로 138.
(3) 동일한 조건을 적용한 대두유의 실험에서 착화를 시킨 후 화원을 제거하면 화염은 자연 소화되어 연소가 진행되지 않는 것을 확인하였고, 불완전 연소에 따른 흰색의 연기가 발생하는 것을 알 수 있었다. 즉, 대두유는 화원이 지속적으로 공급될 때 화염이 성장되고 확산되는 것으로 보아 화원의 제거를 통해서 손쉽게 화재를 진압할 수 있을 것으로 판단된다.
0 s로 확인되었다. 즉, 방·실화가 발생했을 때 어떤 인화성 물질을 사용하느냐에 따라 화염의 지속 시간과 방사 범위의 차이가 있으므로 화재 진압이 완료된 직 후 연소의 패턴, 방사 범위 및 잔존물 등을 입체적 해석하여 원인을 규명하고 판정하는 것이 좋을 것으로 판단된다.

후속연구

이상의 단일 물질을 이용한 흘림 실험에서 확인한 바와 같이 인화성 액체의 종류에 따라 화염의 전파 속도, 화염의 최성기 도달 시간, 연소 완료 시간 및 확산 패턴 등의 차이가 있다는 것을 알 수 있었다. 따라서 향후 혼합유에 대한 흘림 실험을 실시하여 객관적인 연소 특성을 제시하면 화재 원인 규명 및 판정을 위한 근거는 더욱 명확해질 것으로 판단한다.

참고문헌 (11)

R. K. Chandler, "Fire Investigation", Delmar Centage learning, pp. 1-13, 406-424 (2009).
J. Jones, "Fire Investigation", First Edition, Oklahoma State University, pp. 1-13 (2000).
NFPA-921, "Guide for Fire and Explosion Investigations", pp. 4-16,17, 22-184-190 (2008).
T. Y. Hwang, "A Study on the Fire Investigation Techniques of Flammable Liquids", School of Environmental Kyung-Won University, pp. 15-19 (2011).
J. S. Kim, "Liquid Mixtures (including alcohol) Research Report on the Flammability Hazard", National Fire Service Academy, Fire Science Lab., pp. 1-15 (2009).
S. B. Choi, "Experimental Studies on the Burning Forms of Flammable Liquids", Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 23, No. 6, pp. 98-110 (2009).
Korean Dangerous Center, "Dangerous Handbook", Daewoong Publishing Co. (1993).
J. H. Hyun, "Qualitative Analysis of Some Kinds of Petroleum (Thinner, Gasoline, Kerosene, and Diesel Oil) by Gas Chromatography", Analysis Science & Technology, pp. 512-518 (2006).
H. S. Joe, "Study on the Flame Propagation Speed of Flammable Liquids and Patterns of Damage by Fire", Jeonju University, pp. 25-36 (2013).
John D. DeHaan, "Kirk's Fire Investigation", Sixth Edition, Pearson Education Inc., pp. 23-28 (2007).
C. S. Choi and H. S. Joe, "Flame Propagation Rate of Flammable Liquid by Oil Flow Test Experiment of Division Fire", Proceeding of 2014 Spring Annual Conference (KIFSE), Daegu EXCO, pp.145-146 (2014).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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