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화재조사

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가스의 특성
작성자 김효범 등록일 2004.11.10
 
 
가스는 우리가 많이 사용하는 연료로서의 여러가지 우수한 장점이 있는 반면, 취급시 안전관리를 소홀히 할 경우 폭발화재·질식 등의 사고를 일으킬 수 있는 위험한 특성을 동시에 지니고 있습니다. 

 연소효율이 높고 완전연소시킬 수 있습니다

일반 연료의 연소 폐가스 중에는 산소 비율이 5% 이상 되는 경우가 많으나 가스의 경우에는 미세조정으로 이론연소(화학방정식에 의해 이론적으로 계산된 연소의 형식을 나타내는 산식입니다) 에 가까운 완전연소가 가능합니다.

 대기오염이 거의 없습니다

연소공기량의 조절이 쉬우며 연기가 전혀 나지 않고 재, 유황분, 질소산화물이 극히 적어 대기오염이 거의 없습니다. 

 점화·소화가 쉽습니다

가스는 일반 연료에 비해 점화나 소화가 손쉬우며 순간적으로 최대의 열량을 얻을 수 있습니다. 

 저장·운반이 쉽고, 변질의 우려가 없습니다

발열량이 비교적 높으며 연료를 저장하고 운반하기 쉽고, 장기간 저장시에도 변질의 우려가 없습니다. 

 폭발화재 및 질식·중독의 위험이 있습니다

그러나 이러한 장점이 있는 반면에 누출된 가스가 공기나 산소와 혼합되는 폭발화재의 위험이 높으며, 질식 중독의 위험이 있는 점과 용기, 저장탱크 등이 화염에 노출되면 파열, 폭발을 일으키는 경우가 있으므로 특별한 안전관리가 필요합니다. 
 


가스가 연소하기 위해서는 반드시 산소가 필요하며, 산소는 공기중 21% 정도가 포함되어 있으므로 적당량의 공기를 공급되어야 하는데, 연소에 필요한 공기량은 가스의 종류에 따라 차이가 있습니다. 

탄화수소계 가스의 연소방정식
         성분
  연소방정식
  산소량
  
연소생성물 생성비
   
CO2
  
H2O
   
메탄
  
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
  2.0
   2   
에틸렌  C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2 3.0   2   
에탄  2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2 3.5   3   
프로필렌  2C3H6 + 9O2 → 6CO2 + 6H2 4.5   3   
프로판  C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2 5.0   4   
부틸렌  4H8 + 6O2 → 4CO2 + 4H2 6.0   4   
부탄  2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2 6.5   
 이론공기량

표준상태(0℃, 1atm)의 가스 1m3를 완전연소시키는 데 필요한 최소한의 공기를 이론공기량이라고 합니다. 그러나, 연료가 실제 완전연소하기 위해서는 이론공기량보다 20∼50% 더많은 실제공기량이 필요합니다. 산소는 공기중에 약 21%가 존재하므로 필요한 이론 공기량은, 

 메탄의 경우 : 2.0/0.21 = 9.5배 
프로판의 경우 : 5.0/0.21 = 24배 
부탄의 경우 : 6.5/0.21 = 31배 입니다. 

연소시 LPG는 메탄이 주성분인 LNG보다 3∼4배 정도의 1공기가 더 필요하다는 것을 알 수 있다. 
 


불완전연소

가스의 연소는 산화반응이고 이 반응이 진행되기 위해서는 충분한 산소와 어떤 일정한 온도 이상의 조건이 필요합니다. 이러한 조건이 만족되지 않고 가스 연소시 환기불량 등으로 공기중 산소의 농도가 떨어지면 불완전연소 상태가 되어 일산화탄소(CO)가 발생됩니다. 이와 같이 반응이 최후까지 완료되지 않아 탄화수소나 반응 도중의 중간생성물이 발생하는 상태를 불완전연소라고 합니다. 

불완전 연소의 발생원인은

가스압력이 너무 과다할 때, 
가스압력에 비하여 공급 공기량이 부족할 때, 
공기와의 접촉혼합이 불충분할 때, 
연소된 폐가스의 배출이 불충분할 때, 
불꽃의 온도가 저하되었을 때, 
환기가 불충분한 공간에 연소기가 설치되었을 때 등 입니다.
 
가스렌지나 보일러 등 연소기구를 환기가 잘 안되는 밀폐된 곳이나 배기가스가 잘 배출되지 않는 곳에서 사용하면 산소결핍으로 불완전연소가 되어 질식, 중독사고가 일어날 수도 있습니다. 
 


통상적으로 분젠버너에서 불꽃이 안정되어 있을 때의 상태는 염공에서 가스, 공기 혼합기체의 분출속도와 가스, 공기 혼합기체의 연소속도가 평형되어 있는 상태입니다. 역화현상은 분출속도와 연소속도의 평형범위를 벗어나는 경우에 일어납니다. 즉 가스, 공기 혼합기체의 분출속도에 비해서 연소속도가 빠르거나 가스의 연소속도에 비해서 분출속도가 느릴 때 일어납니다. 
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