최소산소농도(MOC)를 구하는 방법을 알아보자.

화염이 더 이상 전파되지 않고 소화되기 위해서는 방호구역 내 산소의 농도가 15% 이하여야 한다는 것은 실험을 통해 증명되어 있다. 이는 이산화탄소 소화약제 또는 이너겐 소화약제의 질식소화를 위한 첫걸음이기도 하다.

최소산소농도의 개념을 살펴보자

가. 최소산소농도의 개념 등장

그런데 A급 화재에서 볼 수 있는 일반 가연물이 아닌, B급 화재에서의 가연성 가스의 경우에는 최소산소농도에 대한 적용이 약간 달라진다. 메탄이나 부탄 등 가연성 가스는 산소의 농도를 15% 이하로 유지한다고 해서 화염이 제거되고 소화가 되는 것이 아니다. 그래서 화염이 전파되지 않는 최소산소농도(MOC)의 개념과 불활성화(Inerting) 농도라는 용어가 등장하는 것이다.

 

나. 최소산소농도(MOC)란

최소산소농도를 나타내는 MOC(Minimum Oxygen Concentration)는 가연성 기체와 혼합되어 있는 공기 중 산소의 농도를 나타내며 %의 단위를 갖는다. 공기 중에 산소 농도가 얼마만큼 존재하는가에 초점을 맞추고 있다. 다시 말하면, 가연성 가스가 연소를 지속하기 위한 최소한의 산소 농도라고 할 수 있다.

 

다. 최소산소농도를 구하는 공식

MOC = 연소하한계(LFL) × 산소의 양론계수 = LFL × 산소몰수/연료몰수

 

최소산소농도 구하는 공식

최소산소농도인 MOC는 연소하한계와 산소의 양론계수를 곱하여 얻는 값이다. 그리고 산소의 양론계수는 산소몰수를 연료몰수로 나누어서 얻은 값을 말한다. 연료의 완전 연소식을 풀이하면 연료를 연소하기 위해 산소가 얼마나 소비되는지를 알 수 있는데, 이때 연료몰수와 산소몰수를 알아낼 수 있다.

연소하한계(LFL)는 어디서 구하나?

가. 이미 실험을 통해 검증된 내용들

중요한 가연성 가스의 연소하한계와 연소상한계는 대부분 잘 알려져 있다. 그래서 인터넷을 검색하면 주요 가연성 가스에 대한 연소범위를 통해 연소하한계(LFL, Lower Flammability Limit)와 연소상한계(UFL, Upper Flammability Limit)를 알 수 있다.

 

물질별 연소범위를 나타내는 표

나. 메탄의 연소하한계와 연소상한계를 이해해보자.

메탄CH4)의 연소범위를 검색해보면 5.0% ~ 15%라고 되어 있다. 실내 공기 중 메탄이 5% 범위 이상로 존재할 때 연소가 시작될 수 있다는 뜻이다. 그래서 5%를 메탄의 연소하한계라고 한다. 또한, 실내 공기 중 메탄이 15% 이상 존재할 때에는 연소가 진행되지 않는다는 것을 의미한다. 이때를 메탄의 연소상한계라고 부른다. 참고로, 휘발유의 경우 분해된 가연성 가스는 1.4% ~ 7.6%의 연소범위를 갖는다.

 

 

공식을 통해 연소하한계를 구해보자.

가. Jone’s 식을 통한 LFL 구하는 방법

그런데 이미 알려진 가연성 가스 외에도 우리가 잘 모르는 가연성 가스가 수도 없이 존재한다. 그런 경우에는 인터넷을 찾아봐도 해당 가연성 가스의 연소범위가 나와 있지 않을 것이다. 이럴 때에는 계산을 통해 연소하한계를 구하는 방법을 사용해야 하는데, 아래의 Jone’s 식을 사용한다.

 

<연소상한계 및 연소하한계를 구하는 Jone’s 식>

 

연소상한계 및 연소하한계를 구하는 Jone's식

나. Jone’s 식을 이해해 보자.

연소하한계인 LFL은 당량비 0.55에 화학적 양론농도(Cst)를 곱해서 얻는 값이다. 화학적 양론농도는 연료몰수를 (연료몰수 + 공기몰수)로 나누어 100을 곱한 값이다. 단위는 %로 한다. 계산에서 연료몰수는 쉽게 알 수 있다. 메탄이 1몰 들어갔으니까 연료 몰수는 1몰이다. 그런데 공기몰수를 구하고자 할 때에는 산소몰수/0.21로 계산하여 공기몰수를 얻는다.

 

다음 포스팅에서는 메탄(CH4)의 최소산소농도를 직접 구해보도록 한다. 메탄이 연소하기 위한 최소산소농도(MOC)를 구하기 위해서는 메탄의 연소하한계(LFL)를 알아야 하니 이것 역시 공식을 통해 구해보도록 한다.

 

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