소화기에 들어있는 분말은 어떤 원리로 화재를 진압하는가

주위에서 흔히 볼 수 있는 소화기는 ABC 분말 소화기라고 한다. 소화기 내에는 분말이라는 소화약제가 들어 있다. 화재가 발생했을 때 뿌려지는 분말이 어떤 역할을 하길래 화재를 진압하는 것인지 알아보도록 하자.

 

 

분말 소화약제의 종류

분말 소화약제는 1종 분말부터 4종 분말까지 총 4가지가 있다. 각 소화약제 종류별로 주성분도 다르고 색상도 다르며 화재의 적응력도 다르다. 아래 표에서 눈여겨봐야 할 것은 제3종 분말이다. 적응 화재를 보면 다른 분말 소화약제와 달리 A급에 적용할 수 있다는 것이 특징이기 때문이다..

구분	주성분	화학식	색상	적응화재
제1종 분말	중탄산나트륨	NaHCO3	백색	B, C급
제2종 분말	중탄산칼륨	KHCO3	자색	B, C급
제3종 분말	제1인산암모늄	NH4H2PO4	담홍색	A, B, C급
제4종 분말	중탄산칼륨 + 요소	KHCO3 + (NH2)2CO	회색	B, C급

 

전기와 관련된 화재를 C급 화재라고 한다.

분말소화약제의 소화효과

가. 부촉매 효과

분말 소화약제의 주된 소화효과는 부촉매 효과이다. 분말 소화약제가 화재에 방사되면 화염에 의해 열분해 되어 Na+, K+, NH4+가 자유라디칼 형태로 분리된다. 그리고 화재의 연쇄반응에 필요한 O+와 OH+를 포착함으로서 연쇄반응을 중단시키는 역할을 한다. 이를 부촉매 효과라고 한다.

 

나. Knock Down 효과

Knock Down 효과란 방사된 분말 소화약제가 연소 중을 불꽃을 입체적으로 포위하여 불꽃이 순식간에 가라앉도록 만드는 효과를 말한다. 연소 중인 가연물에 대해 분말 소화약제를 방사하면 소화약제의 입자들이 가연물 표면과 그 주위를 덮어 산소를 차단하면서 질식효과가 발생한다. 그리고 열분해된 분말 소화약제의 자유라디칼이 화염의 연쇄반응을 중단시켜 불꽃이 없어지도록 한다. Knock Down 효과는 보통 소화약제가 가라앉는 시간인 10초에서 20초 이내에 이루어진다.

 

다. 냉각 작용

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O - QKcal

모든 분말 소화약제는 화염과 접촉하여 열분해 할 때 흡열반응을 한다. 즉, 화염의 열기를 빼앗아 분해되는 것이므로 온도를 낮추는 역할을 한다. 또한, 분해되면서 수증기(H2O)를 분출한다. 이 수증기에 의해 가연물이 냉각된다.

 

라. 비누화 현상

비누화 현상은 제1종 분말 소화약제에서 나타나는 것으로 현상이다. 제1종 분말 소화약제인 중탄산나트륨(NaHCO3)을 식용유 화재 또는 기름 화재 표면에 방사하면 Na+ 이온과 식용유의 지방산이 결합하여 금속성의 비누 거품을 형성하게 된다. 비누화 현상이라는 말 그대로 식용유의 표면을 비누화된 거품으로 덮어 버림으로서 기름이 열분해되어 유증기를 만들지 못하게 하고 산소와 차단하지 못하게 함으로서 화염의 전파를 막는 질식소화 역할을 한다. 또한, 식용유 표면의 온도를 낮추어서 유증기가 추가로 발생하지 못하게 하는 재발화 방지의 역할도 한다.

 

마. 방진 작용

NH4H2PO4 → HPO3 + NH3 + H2O – 76.9Kcal

제3종 분말 소화약제에서 나타나는 현상이다. 제3종 분말 소화약제인 제1인산암모늄은 360℃에서 열분해 되어 메타인산(HPO3)이 생성되는데 가연물 표면에 부착되는 부착력이 우수하다. 메타인산이 가연물 표면을 둘러싸는 부착력으로 인해 가연물 표면과 산소와의 접촉을 차단시키는 역할을 하여 재발화가 되지 않도록 한다. 가연물에서 화염을 제거 했더라도 불꽃은 없지만 가연물이 불꽃을 내지 않고 연소하는 잔신 현상이 있는데 이러한 잔신 현상이 나타나지 않도록 하는 방진 작용을 한다.

 

사. 탈수, 탄화 효과

NH4H2PO4 → H3PO4 + NH3 – QKcal

제3종 분말인 제1인산암모늄은 360℃ 에서는 메타인산(HPO3)으로 열분해 되어 방진작용을 한다고 ‘마’에서 언급했었다. 그런데 방사 초기인 160℃ 부근에서는 암모니아(NH3)와 올소인산(H3PO4)으로 열분해 된다. 올소인산은 일반 가연물을 구성하고 있는 섬유소를 탈수 및 탄화시키는 특성이 있어서 난연성의 탄소와 물로 분해시킨다. 그럼으로써 화재의 연쇄반응이 이루어지지 못하게 하는 특성이 있다.

 

아. 질식 작용

분말 소화약제가 방사되면 가연물의 표면을 포위하면서 산소와 접촉할 수 있는 표면적 공간을 없애버린다. Knock Down 효과, 메타인산의 방진 작용, 그리고 1종 분말의 비누화 효과도 질식 작용의 일부이다. 또한, 분말 소화약제가 열분해 되면서 분해된 수증기와 이산화탄소로 인해 가연물 주변의 산소 농도가 희석된다. 이러한 활동으로 인해 화재의 3요소인 산소를 제거함으로써 질식 작용을 한다.

 

사. 방사열 차단 효과

화재가 확산되는 방식은 전도, 대류, 복사가 있다. 그중에 내부 화염이 강해지고 온도가 올라가면 복사열에 의한 화재가 전파되기 시작한다. 이때 분말 소화약제를 방사하면 화재 주변의 가연물이 방사된 분말 소화약제에 가려져 복사열을 받는 강도를 낮춰주는 역할을 한다. 화염 주변에 있는 가연물이 가연성 증기를 열분해할 수 없도록 복사열의 온도를 낮춰 주는 역할을 한다.

 

눈에 잘 보이는 곳에 위치한 소화기

ABC 소화기에는 어떤 분말 소화약제가 들어가는 거죠?

분말 소화약제는 총 4가지의 종류가 있다고 하였다. 그런데 시중에 판매되는 소화기에 들어가는 분말은 대부분 3종 분말이다. 그 이유는 B급(유류 화재)과 C급(전기 화재) 위주의 소화 적응성을 보이는 나머지 분말과 달리 3종 분말의 경우에는 A급 화재에도 적응성이 있기 때문이다. 즉, 생활 주변에서 볼 수 있는 나무, 목재, 섬유류, 플라스틱 등에 대한 화재를 진압할 수 있어서 3종 분말을 사용한다. 또한, 제3종 분말소화약제는 다른 분말 소화약제보다 방진효과와 탈수·탄화효과가 뛰어나 주변에서 볼 수 있는 ABC 소화기에 사용한다.

 

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