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소방설비기사 소방원론 · 연소의 원리와 성상

Combustion Basics

연소는 가연물 · 산소 · 점화원이 모이면 시작되고, 연쇄 반응이 이어지는 동안 계속된다. 앞의 셋은 연소가 시작되는 조건이고 연쇄 반응을 더한 넷은 연소가 이어지는 조건이라, 이 가운데 하나를 끊는 것이 곧 소화다. LPG 는 공기보다 무겁고 LNG 는 가벼워서 새어 나왔을 때 머무는 곳과 가스 감지기 위치가 달라요. 위 그림에는 가연물 · 산소 · 점화원 · 연쇄 반응이 사면체 꼴로 놓여 있고, 아래 그림에는 기상 · 표면 · 자기 · 분해 연소가 네 칸에 나뉘어 있어요.

불이 붙는 세 가지 조건

🔥 연소를 알아야 하는 까닭
소방의 출발점은 「왜 불이 나는가」다. 연소의 원리를 알면 소화의 원리도 함께 보인다. 가연물 · 산소 · 점화원 가운데 하나만 없애도 불은 꺼져요.
💡 연소의 3요소와 4요소
• 연소의 3요소: 가연물 + 산소(공기) + 점화원(열에너지)
• 연소의 4요소: 3요소 + 연쇄 반응(자유 라디칼)
• 3요소는 연소가 시작되는 조건, 4요소는 연소가 이어지는 조건이에요.

무엇이 어떻게 타는가

연소 형태별 특성

연소 형태별 특성
구분정의예시특징
기상 연소(확산 · 예혼합)가연성 가스가 공기와 섞여 탐LPG, LNG, 수소, 아세틸렌불꽃이 함께 나고, 확산 연소와 예혼합 연소로 나뉨
표면 연소(직접 연소)고체 표면이 산소와 바로 반응숯(목탄), 코크스, 금속분열분해 없이 표면이 빨갛게 달아 탐(불꽃 없음)
자기 연소(내부 연소)물질 안에 산소가 있어 스스로 탐TNT, 셀룰로이드, 니트로셀룰로오스바깥 산소가 필요 없어 질식 소화가 안 됨
분해 연소열분해로 나온 가연성 가스가 탐목재, 종이, 석탄, 플라스틱대부분의 고체 가연물, 불꽃이 함께 남

연소의 핵심 수치

📊 가연성 가스의 연소 범위
가연성 가스가 공기와 섞였을 때 불이 붙을 수 있는 농도의 범위가 있다. 이를 연소 범위(폭발 범위)라 하고, 하한(LEL)과 상한(UEL) 사이에서만 연소가 일어나요.
연소 범위(폭발 범위)
LEL ≤ 혼합 기체 농도(vol%) ≤ UEL
LEL(lower explosive limit): 연소 하한, UEL(upper explosive limit): 연소 상한. 범위가 넓을수록, 하한이 낮을수록 위험하다.

주요 가스 연소 범위

주요 가스 연소 범위
구분LELUEL범위
수소 (H₂)4.0%75.0%71.0%(매우 넓음)
아세틸렌 (C₂H₂)2.5%81.0%78.5%(가장 넓음)
LPG (프로판)2.1%9.5%7.4%(좁지만 하한이 낮음)
LNG (메탄)5.0%15.0%10.0%
르샤틀리에 법칙(혼합 가스 LEL)
LELmix = 100V1L1 + V2L2 + V3L3 + ...
V₁, V₂, V₃: 각 가스의 부피 비율(%), L₁, L₂, L₃: 각 가스의 LEL(%). 혼합 가스의 폭발 하한을 구할 때 쓴다.

LPG 와 LNG 성상 비교

LPG 와 LNG 비교

LPG 와 LNG 비교
구분주성분비중(공기=1)누설 시저장 방식냄새연소 범위
LPG(액화 석유 가스)프로판(C₃H₈), 부탄(C₄H₁₀)1.5 ~ 2.0(공기보다 무거움)바닥 · 지하에 머물러 폭발 위험상온에서 압력을 가해 액화냄새 없음(부취제를 넣음)2.1 ~ 9.5%(프로판 기준)
LNG(액화 천연 가스)메탄(CH₄)0.55(공기보다 가벼움)위로 퍼져 환기에 유리−162°C 로 냉각해 액화냄새 없음(부취제를 넣음)5.0~15.0%
⚠️ 시험에서 볼 자리: 가스 비중
• LPG(프로판 · 부탄): 공기보다 무거워 바닥에 머무므로 가스 감지기를 바닥 가까이(바닥에서 30cm 이내) 단다
• LNG(메탄): 공기보다 가벼워 천장 쪽으로 퍼지므로 감지기를 천장 가까이(천장에서 30cm 이내) 단다
• 가스가 새었을 때 감지기를 어디에 다는지가 자주 나와요

시험 포인트 정리

연소의 정의
연소 = 가연물 + 산소 + 점화원 + (연쇄 반응)
빛과 열을 내는 빠른 산화 반응. 연쇄 반응을 넣으면 연소의 4요소다.
완전 연소와 불완전 연소
완전: C + O₂ → CO₂ / 불완전: 2C + O₂ → 2CO
산소가 모자라면 불완전 연소로 CO(일산화탄소)가 생기고, 이것이 화재 사망의 큰 원인이다.
🎯 시험에서 볼 자리
① 연소의 3요소(가연물 · 산소 · 점화원)와 4요소(+ 연쇄 반응)의 차이
② 연소 형태: 기상 · 표면 · 자기 · 분해 연소와 대표 물질(황 · 나프탈렌 · 양초처럼 녹거나 증발해 타는 증발 연소도 있다)
③ 자기 연소 물질은 질식 소화가 안 되어 냉각 소화를 쓴다
④ LPG 는 비중 > 1 이라 바닥, LNG 는 비중 < 1 이라 천장 쪽에 감지기
⑤ 르샤틀리에 법칙으로 혼합 가스 LEL 을 계산한다
⑥ 불완전 연소로 생기는 CO 가 화재 사망의 큰 원인이에요
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연소생성물과 열·연기

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