소화란?

연소 과정은 열(점화원), 산소, 가연물, 연쇄반응의 상호작용입니다.

이들 4요소 중 어느 하나라도 연소 과정에서 제거되면 불은 꺼집니다.

위 내용을 응용하여 연소의 4요소 중 하나 이상의 요소를 제거하여 소화할 수 있지 않을까요?

이번 글에서는 연소의 4요소 중 제거되는 요소에 따른 소화 원리를 알아보도록 하겠습니다.

 

1. 질식소화

질식소화는 연소의 4요소 중 산소공급원인 산소, 산화제 등을 차단하는 소화 방법입니다.

 

질식소화 방법 몇 가지를 소개하겠습니다.

- 불연성의 폼(Foam)으로 연소물을 덮는 방법: 기름 위 불이 붙은 유류 화재에서 폼(Foam)을 이용하는 것은 유류 표면에 기름증기 증발을 방지하는 층을 만들어 산소를 차단하는 소화 방법입니다.

- 불연성 기체로 덮는 방법: 공기보다 무거운 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 할로겐화합물 등의 불연성 기체를 연소물 위에 덮어서 불연성 기체와 산소가 희석 또는 차단하여 소화하는 방법입니다.

- 고체 연소물을 덮는 방법: 주방에서 조리 기구 내 식용유 화재 시 연소물을 뚜껑이나 그에 상응하는 고체로 덮어 소화하는 방법입니다.

위의 방법들은 초등학생 시절 과학실험 중 알코올램프 위의 불이 붙은 심지를 뚜껑으로 덮으면 심지의 불이 산소가 차단되어 꺼지는 것과 같은 원리입니다.

 

올림픽 행사 중 성화봉을 들고 물속에서 잠수하는 장면을 본 적이 있나요?

물속에 있는 성화봉이 계속 연소가 되는 금속 화재 또한 건조사로 덮어 불을 끌 수 있는 질식소화의 일종입니다.

-화재가 일어난 구획실을 완전히 밀폐하는 소화 방법: 연소하는 창고 등의 연소실을 밀폐하면 산소공급을 차단함으로써 소화가 이루어집니다.

- 팽창질석으로 질식소화 하는 방법: 팽창질석, 팽창 진주암을 고온 처리하여 분말 상태로 만들어 질식소화에 사용하는 방법입니다. 팽창질석, 팽창 진주암은 비중이 작고 모세관현상과 같은 가는 틈이 있어 흡착성이 크기 때문에 알킬알루미늄이나 용융나트륨 등에 사용하여 흡착, 유출을 방지하고 표면을 피복하여 질식 효과를 크게 합니다.

- 유화 소화: 비중이 물보다 큰 중유 등의 유류 화재 시 물 소화약제를 안개 형태로 방사하거나 포소화약제를 방사하는 경우, 유류 표면에 얇은 유화층이 형성됩니다. 물과 유류의 중간 성질을 갖고 있는 유화층이 공기 중의 산소를 차단해 소화하는 방법을 질식소화 중 유화 소화라 합니다.

 

산소를 어느 정도 차단해야 질식소화가 가능할까요?

숫자 0%에 가까워져야 할까요? 아니면 대기 중 산소 비율인 약 20%보다 낮으면 될까요?

대부분의 가연성 물질 화재는 산소농도가 ‘15% 이하’이면 소화됩니다.

화점 가까운 곳에서 폭발물을 폭파해 주변 공기 및 산소를 일시에 소진하여 진공상태가 되게 하는 소화하는 방법도 질식소화에 해당합니다.

 

2. 제거 소화

연소의 4요소 중 가연물을 제거하는 방법입니다. 가연물을 격리, 파괴, 이동, 제거, 희석 등의 방법으로 열 받는 부분을 작게 하거나 완전히 격리하는 소화 방법입니다.

도시계획에서 소방도로나 도로를 중심으로 구획된 도시구조는 교통의 편리성뿐만 아니라, 도로를 통해 가연물을 격리, 제거하여 화재의 확산을 막으려는 방화구획의 기능도 포함하여 계획되었습니다.

 

제거 소화에는 어떤 것들이 있는지 예를 들어보겠습니다.

- 전기화재의 전원을 차단하는 방법과 가연성 가스 화재인 경우 가연성 가스 공급을 차단하는 제거 소화

- 건물화재가 발생한 곳의 주변 어느 범위의 건물을 제거하여 방어선을 만들어 옆 건물로 화재 확대 방지하는 방법(가연성 고체 물질을 제거하는 소화)

- 산림화재를 대비하여 주변 산과 나무, 주택 등으로 연소 확대 방지를 위해 주변 토목공사 시, 도로를 방화선으로 설정

- 산림화재가 발생하였을 경우 불길의 진행 방향을 예상하고, 나무 등 가연물이 될 수 있는 것들을 미리 제거하는 방법 등

 

3. 냉각소화

연소의 4요소 중 점화원(열, 에너지 요소)을 제거하여 발화점 이하로 내려가게 하는 소화하는 방법입니다.

화재진압 현장에서 방수 활동은 연소하는 가연물에 물의 흡열반응을 이용하여 열을 제거하는 것입니다. 물은 비열·증발 잠열의 값이 다른 물질에 비해 커서 주로 냉각소화에 사용되며, 가연물을 물로 냉각시켜 소화하는 경우 1g의 물이 증발하는 데 539cal의 열을 흡수하는 효과가 있다.

(비열: 단위 질량의 물체 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열량

증발 잠열: 온도 변화 없이 1g의 액체를 증기로 변화시키는 데 필요한 열량[출처: 네이버 지식백과])

 

4. 부촉매(억제) 소화

촉매라는 것이 화학반응을 빠르게 도와주는 물질이므로 부촉매는 반대로 화학반응을 느리게 함을 인지하고 글을 읽는다면 이해하기 편하실 겁니다.

부촉매 소화는 연소의 4요소 중 화학반응이 느리게 일어나도록 하는 부촉매제를 사용하여 가연성 물질의 연속적인 연쇄반응이 일어나지 않도록 하여 소화하는 방법으로 억제 소화 또는 화학적 소화라 합니다.

이 소화의 원리는 분말소화기와 할론 소화기의 소화 원리처럼 연소 과정에 있는 분자의 연쇄반응을 방해함으로써 화재를 진압합니다.

분자의 연쇄반응은 가연성 물질을 구성하는 수소 분자로부터 생성되는 활성화된 수소기(H+)와 활성화된 수산기(OH¯)의 작용에 의해 진행되며, 연속적인 연쇄반응을 방지하려면 가연물질에 공급하는 점화원의 값을 활성화 에너지의 값 이하가 되게 하여 가연물질로부터 활성화된 수산기·수소기가 발생하지 않도록 해야 합니다.

이러한 소화를 부촉매소화라 하고, 질식·냉각·제거소화와 함께 소화의 4대 원리에 포함됩니다.

 

부촉매 소화는 가연물 내에 함유되어 있는 수소와 산소로부터 활성화되어 생성되는 수소기(H+)와 수산기(0H¯)를 화학적으로 제조된 부촉매제(분말, 할론 등)와 반응하게 하여 더 이상 연소생성물인 이산화탄소, 일산화탄소, 수증기 등의 생성을 억제시킴으로써 소화하는 화학적 원리에 해당합니다. 이와 달리 앞에서 설명한 냉각소화, 질식소화, 제거소화는 물리적 소화에 해당합니다.

부촉매 소화(억제소화, 화학적 소화)에 이용되는 소화약제의 종류로는 할로겐화합물소화약제, 분말소화약제, 산·알카리 소화약제 등이 있습니다.