[논문]선박화재 적용 단백포 소화약제의 안정제에 따른 소화특성

이응우; 신창섭

doi:10.14346/jkosos.2015.30.4.79

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Onboard fire extinguishing system is important to protect cargo and human lives and every oil tanker has foam type fire extinguishing system. Because of environmental problem, agent which contains materials such as Perfluorinated compounds are regulated and the development of the environmental frien...

Onboard fire extinguishing system is important to protect cargo and human lives and every oil tanker has foam type fire extinguishing system. Because of environmental problem, agent which contains materials such as Perfluorinated compounds are regulated and the development of the environmental friendly agent is required. The protein foam has less environmental pollution problem and has an excellent fire extinguish performance to oil fire. In the research, bivalency metal salts were added as stabilizer to increase fire resistance and stability of the foam. Ferrous sulfate, Iron chloride and Nickel chloride were used and to adjust to vessel, sea water was applied. As a stabilizer increased, the expansion ratio was raised. However 25% drainage time was decreased over 2.0 wt.% which is knowable that the foam brokes easily. The amount of generated foam was measured to check fluidity of foam and it appeared that when $FeSO_4$ 1.2 wt.% was added, the amount of generated foam reached large and also the 25% drainage time was high. To evaluate the fire extinguishing performance for oil fire, the small scale oil fire test was executed. When $FeSO_4$ 1.2 wt.% was added, fire extinguishing time was in its shortest which informs fluidity of foam and stability are important factors on fire extinguishing efficiency.

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문제 정의

본 논문에서는 과불화옥탄술폰산을 포함하지 않은 환경친화적인 단백포 소화약제를 개발하기 위하여 소화약제에 첨가되는 안정제의 종류와 농도에 따른 소화특성을 분석하였다. 이를 위하여 단백포 소화약제 시료의 25% 환원시간, 발포배율, 총 방출량을 측정하여 포의 유동성을 평가하였으며, 소규모 유류화재의 소화특성을 평가하였다.

제안 방법

본 논문에서는 과불화옥탄술폰산을 포함하지 않은 환경친화적인 단백포 소화약제를 개발하기 위하여 소화약제에 첨가되는 안정제의 종류와 농도에 따른 소화특성을 분석하였다. 이를 위하여 단백포 소화약제 시료의 25% 환원시간, 발포배율, 총 방출량을 측정하여 포의 유동성을 평가하였으며, 소규모 유류화재의 소화특성을 평가하였다.
포 방출량 측정실험은 단위 시간당 방출된 포의 양을 측정하는 실험으로써 방출된 포 하부에 수직방향으로 비커를 위치시킨 후 포 소화약제를 수집하여 약제가 모두 방출될 때까지의 양과 시간을 측정하였다.
본 연구에서는 단백포 소화약제에 첨가하는 안정제의 종류와 농도에 따른 포의 특성 및 소화특성을 분석하고자 하였으며, 이를 위하여 25% 환원시간, 발포배율, 방출량, 소화시간을 측정하여 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

단백포 소화약제에 첨가되는 안정제는 2가의 금속염으로 철(Fe), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni) 등이 사용될 수 있다. 철염 중에서 황산제1철(FeSO₄)과 염화철(FeCl₂)을 사용하였다.
단백포 소화약제에 첨가되는 안정제는 2가의 금속염으로 철(Fe), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni) 등이 사용될 수 있다. 철염 중에서 황산제1철(FeSO₄)과 염화철(FeCl₂)을 사용하였다. 그리고 2가의 다른 금속 중 아연은 교반시 침전이 발생하고 마그네슘은 포의 내화성이 니켈보다 낮다고 알려져 염화니켈(NiCl₂)을 안정제로 택하였다.
그리고 2가의 다른 금속 중 아연은 교반시 침전이 발생하고 마그네슘은 포의 내화성이 니켈보다 낮다고 알려져 염화니켈(NiCl₂)을 안정제로 택하였다. 그리고 국내외에서 사용되고 있는 단백포 소화약제 조성을 파악하고 문헌조사를 통하여 안정제 이외의 첨가제인 발포제, 유동제, 부동제의 조성비를 고정하였다. 발포제 역할을 하는 가수분해단백질은 85 wt.
본 실험은 선박화재를 대상으로 실시한 것으로 실험은 해수로 진행하였는데 해수를 사용하는 경우의 성능은 담수 때보다 좋은 것으로 알려져 있다. 이는 해수에 포함된 칼슘, 마그네슘 등의 금속염이 안정제와 같은 역할을 하는 것으로, 화재 시 금속이온이 산화에 의해 3가로 되면서 고체화된 막이 형성되어 유면 위를 봉쇄하여 재발화를 방지하는데 도움을 주기 때문이다.
소화실험을 위한 연료는 n-heptane을 사용하였다. 연료팬의 크기는 56.

성능/효과

25% 환원시간이 길어 포가 안정적이고 방출량이 많아 유동성이 좋았던 농도에서 소화시간도 짧음을 확인할 수 있었다. 그리고 본 실험결과를 현장에 적용하여 단백포 소화약제를 선박화재에 사용할 경우 소화약제의 안정제로 황산제1철을 1.2 wt.% 첨가할 경우 가장 빠른 소화시간을 얻을 수 있을 것이다.
1) 소규모 유류화재 소화실험 결과 25%환원시간으로 평가되는 포의 안정성과 방출량으로 측정되는 포의 유동성이 좋은 안정제의 농도에서 좋은 소화특성을 나타내었다. 황산제1철 1.
1) 소규모 유류화재 소화실험 결과 25%환원시간으로 평가되는 포의 안정성과 방출량으로 측정되는 포의 유동성이 좋은 안정제의 농도에서 좋은 소화특성을 나타내었다. 황산제1철 1.2 wt.% 를 안정제로 첨가한 경우 소화특성이 가장 좋았다.
2) 안정제로 황산제1철, 염화철, 염화니켈을 첨가하였을 때 농도 1.2 wt.%에서 25% 환원시간이 길게 나타났으며, 그 중 황산제1철이 18.9초로 다른 안정제에 비해 포의 안정성이 좋았다.
3) 안정제의 첨가량을 증가시킨 경우 25% 환원시간은 증가하였으나 2.0 wt.% 이상에서는 감소하는 것으로 나타나 일정농도 이상에서는 포의 안정성이 떨어져 쉽게 포가 물로 환원됨을 확인하였다.
4) 포의 유동성의 척도가 되는 방출량은 안정제 농도 1.2 wt.%에서 단위시간당 방출되는 포의 양이 가장 많았고 그 이상의 농도에서는 떨어져 유동성이 나빠졌다. 안정제 중 황산제1철을 첨가하였을 때 가장 많은 방출량을 보였다.
%에서 단위시간당 방출되는 포의 양이 가장 많았고 그 이상의 농도에서는 떨어져 유동성이 나빠졌다. 안정제 중 황산제1철을 첨가하였을 때 가장 많은 방출량을 보였다.
5) 포는 11~16배의 저팽창포로 발포되었으며, 안정제의 농도가 증가함에 따라 발포배율도 증가하였으나 발포배율이 크게 증가하는 농도에서 25% 환원시간은 감소하여 발포배율이 적정수준 이상 되면 포가 약해짐을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	단백포 소화약제는 무엇인가?	포 소화약제 중 단백포 소화약제는 동물성 단백질을 가수분해하여 제조한 것을 주원료로 사용하는 소화약제를 말하며, 환경오염 문제가 적으며 고온에서 연소하는 유류화재에 탁월한 내유성(耐油性), 내화성(耐火性)을 가지고 있다. 또한 구매가격이 저렴하고 유면봉쇄성이 좋아 재연 방지효과가 우수한 장점을 가지고 있으나 특이한 냄새가 있으며 유동성(流動性)이 나쁘고 저장기간이 다른 포소화약제에 비하여 짧은 단점이 있다.
	단백포 소화약제의 단점은 무엇인가?	포 소화약제 중 단백포 소화약제는 동물성 단백질을 가수분해하여 제조한 것을 주원료로 사용하는 소화약제를 말하며, 환경오염 문제가 적으며 고온에서 연소하는 유류화재에 탁월한 내유성(耐油性), 내화성(耐火性)을 가지고 있다. 또한 구매가격이 저렴하고 유면봉쇄성이 좋아 재연 방지효과가 우수한 장점을 가지고 있으나 특이한 냄새가 있으며 유동성(流動性)이 나쁘고 저장기간이 다른 포소화약제에 비하여 짧은 단점이 있다.5-8)
	과불화옥 탄술폰산 독성의 특징은 어떻게 알려져 있는가?	포 소화약제는 화재발생시 대량으로 발포되어 자연생태계로 방류되는 것이 불가피하므로 유독성을 지닌 경우 환경에 치명적인 피해를 끼칠 수 있다. 과불화옥 탄술폰산의 독성은 출생 직후 사망하는 생식독성과 발암유발, 호르몬계 및 면역체계교란, 기형아 출산 등의 유해성을 지닌 것으로 알려지고 있으며, 지속성에 있어서도 가수분해나 광분해, 생분해가 일어나지 않기 때문에 고온에서 소각할 경우에만 분해가 가능하며 노출되면 혈액과 간의 단백질과 결합해 높은 농도로 축적되는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 유독성을 지닌 유기 오염물질이 포함된 포 소화약제가 환경에 더욱 치명적인 피해를 끼칠 수 있게 되기 때문에 환경 친화적이고 소화성능이 높은 소화약제에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

참고문헌 (11)

IMO MSC/Circ. 1312, Revised Guidelines for the Performance and Testing Criteria, and Surveys of Foam Concentrates for Fixed Fire-Extinguishing System, 2009.
T. H. Schaefer, B. Z. Dlugogorski and E. M. Kennedy, "Sealability Properties of Fluorine-free Fire Fighting Foams", Fire Technology, Vol. 44, No. 3, pp. 297-309. 2006.
B. Williams, T. Murray, C. Butterworth, Z. Burger, R. Sheinson, J. Fleming, C. Whitehurst and J. Farley, "Extinguishment and Burnback Tests of Fluorinated and Fluoring-free Fire Fighting Foams with and without Film Formation", Suppression, Detection and Signaling Research and Applications- A Technical Working Conference (SUPDET), Orlando, Florida, 2011.
H. Y. Kim, J. S. Nam and D. H. Lee, "Analysis of Performance and Development of Environment-friendly High Expansion Foam Concentrate", Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 25, No. 4, pp. 25-29, 2010.
Technical Standards for Type Approval and Product Tests of Fire Extinguishing Agent, Ministry of Public Safety and Security Bulletin, No. 2015-68, 2015.
H. J. Jeong and C. S. Shin, "The Extinguishing Characteristics by Fluidity Variation of Protein Foam Extinguishing Agent", Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 29, No. 2, pp. 18-23, 2014.

원문보기 상세보기
A.M. Tafreshi and M. D. Marzo, "Foams and Gels as Fire Protection Agents", Fire Safety Journal, Vol. 33, No. 4, pp. 295-305, 1999.

상세보기
H. J. Kim, "Study on Storage Properties of the Protein Foam Agent", Korea Fire Institute, 1987.
B. Z. Dlugogorski, A. J. Laundress, M. S. Rayson and E. M. Kennedy, "Small Scale Test Protocol for Fire Fighting Foams DEF(AUST)5706: Effect of Bubble Size Distribution and Expansion Ratio", Fire Technology, Vol. 47, No. 1. pp. 149-162, 2011.
H. A. Alsaati, D. Dizler, V. Burapatana and R. D. Tanner, "using Egg Albumin Foam to Extinguishing Fires", Brazilian Archives of Biology and Technology, Vol. 46, No. 4, pp. 735-740. 2003.

상세보기
R. Ananth, E. A. Fallows, J. P. Farley and J. W. Fleming, "Suppression Mechanism of High Expansion Aqueous Foams: A Conmparison between Numerical Simulations and Cup Burner Experiments", Suppression, Detection and Signaling Research and Applications- A Technical Working Conference(SUPDET), Orlando, Florida, 2011.

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