소방원론›연소이론

연소의 원리와 성상

Combustion Basics

불이 붙는 3가지 조건
🔥 왜 연소를 이해해야 할까?
소방의 시작은 "왜 불이 나는가"입니다. 연소의 원리를 알면 소화의 원리도 보입니다. 가연물·산소·점화원 중 하나만 제거하면 불은 꺼집니다.

연소의 4요소 - 가연물, 산소, 점화원, 연쇄반응

💡 연소의 3요소 vs 4요소
• 연소의 3요소: 가연물 + 산소(공기) + 점화원(열에너지)
• 연소의 4요소: 3요소 + 연쇄반응(자유라디칼)
• 3요소는 "연소 시작" 조건, 4요소는 "연소 지속" 조건입니다.
무엇이 어떻게 타는가

연소 형태 4가지 - 기상연소, 표면연소, 자기연소, 분해연소

연소 형태별 특성

📊연소 형태별 특성
구분정의예시특징
기상연소 (확산/예혼합)가연성 가스가 공기와 혼합되어 연소LPG, LNG, 수소, 아세틸렌불꽃(화염) 동반, 확산연소·예혼합연소로 구분
표면연소 (직접연소)고체 표면에서 직접 산소와 반응목탄, 코크스, 금속분열분해 없이 표면에서 작열(빛남), 무염연소
자기연소 (내부연소)물질 자체에 산소를 함유하여 연소TNT, 셀룰로이드, 니트로셀룰로오스외부 산소 불필요, 질식소화 불가
분해연소열분해로 가연성 가스 발생 → 기상연소목재, 종이, 석탄, 플라스틱대부분의 고체 가연물이 해당, 화염 동반
연소의 핵심 수치
📊 가연성 가스의 연소 범위
가연성 가스가 공기와 섞였을 때 "불이 붙을 수 있는 농도 범위"가 있습니다. 이 범위를 연소범위(폭발범위)라 하며, 하한(LEL)~상한(UEL) 사이에서만 연소가 가능합니다.
연소 범위 (폭발 범위)
LEL ≤ 혼합기 농도(vol%) ≤ UEL
LEL(Lower Explosive Limit): 연소하한, UEL(Upper Explosive Limit): 연소상한. 범위가 넓을수록 위험.

주요 가스 연소범위

📊주요 가스 연소범위
구분LELUEL범위
수소 (H₂)4.0%75.0%71.0% (매우 넓음 → 위험)
아세틸렌 (C₂H₂)2.5%81.0%78.5% (가장 넓음)
LPG (프로판)2.1%9.5%7.4% (좁지만 LEL 낮아 주의)
LNG (메탄)5.0%15.0%10.0%
르샤틀리에 법칙 (혼합가스 LEL)
LELmix = 100V1L1 + V2L2 + V3L3 + ...
V₁, V₂, V₃: 각 가스의 부피 비율(%), L₁, L₂, L₃: 각 가스의 LEL(%). 혼합가스의 폭발하한 계산에 사용.
LPG와 LNG 성상 비교

LPG vs LNG 핵심 비교

📊LPG vs LNG 핵심 비교
구분주성분비중(공기=1)누설 시저장방식냄새연소범위
LPG (액화석유가스)프로판(C₃H₈), 부탄(C₄H₁₀)1.5~2.0 (공기보다 무거움)바닥·지하에 체류 → 폭발 위험상온 가압 액화무취 (부취제 첨가)2.1~9.5% (프로판 기준)
LNG (액화천연가스)메탄(CH₄)0.55 (공기보다 가벼움)상부로 확산 → 환기 유리-162°C 극저온 액화무취 (부취제 첨가)5.0~15.0%
⚠️ 시험 핵심: 가스 비중
• LPG(프로판·부탄): 공기보다 무거움 → 바닥에 체류 → 가스감지기를 바닥 근처 설치
• LNG(메탄): 공기보다 가벼움 → 천장으로 확산 → 가스감지기를 천장 근처 설치
• 가스 누설 시 감지기 설치 위치 문제 → 매우 핵심!
시험 포인트 정리
연소의 정의
연소 = 가연물 + 산소 + 점화원 + (연쇄반응)
빛과 열을 동반하는 급격한 산화반응. 연쇄반응 포함 시 연소의 4요소.
완전연소 vs 불완전연소
완전: C + O₂ → CO₂ / 불완전: 2C + O₂ → 2CO
산소 부족 시 불완전연소 → CO(일산화탄소) 발생 → 화재 시 주요 사망 원인.
🎯 시험 포인트
① 연소의 3요소(가연물·산소·점화원) vs 4요소(+연쇄반응) 구분
② 연소 형태: 기상·표면·자기·분해 — 각각 대표 물질 암기
③ 자기연소 물질은 질식소화 불가 → 냉각소화 필요
④ LPG 비중>1(바닥), LNG 비중<1(천장) → 감지기 위치
⑤ 르샤틀리에 법칙: 혼합가스 LEL 계산 핵심 출제 포인트
⑥ 불완전연소 → CO 발생 → 화재 사망 원인 1위