화염의 형태와 가연한계
First, fire can be classified into different types. These include open flames, such as from candles; and confined flames, like those in engines. Each type behaves differently depending on conditions like temperature and the type of fuel used.
Now, let's talk about flammable limits. These are the concentration ranges of fuel vapor in air that can ignite and sustain a flame. The lower flammable limit (LFL) is the minimum concentration needed for a fire to start, while the upper flammable limit (UFL) is the maximum concentration above which a fire cannot occur. Knowing these limits is crucial for safety in industries dealing with flammable substances.
화염의 형태는 크게 예혼합화염(premixed flame)과 확산화염(diffusion flame)으로 구 분 된다.
1장에서 언급한바와 같이 예혼합 화염은 화염을 형성하기 이전에 연료와 공기가 미리 섞인 후 연료/공기의 혼합기에 점화가 일어나 화염을 형성하는 것이고 확산화염은 [그 림 3-20]와 같이 연료와 산소가 미리 섞여있지 않고 연료와 공기가 만나는 곳에 화염을 형성하는 것을 의미하고 반응영역에서는 주로 연료와 산소가 농도차이에 의한 확산에 의해 물질의 이동이 이루어지기 때문에 확산(diffusion)이라는 용어를 사용한다.
일상에서 예혼 합 화염의 대표적인 예는 휘발유 엔진이나 가스버너 등이 있고 대부분의 화재나 촛불 등이 확산화염에 속한다.
일반적으로 가스연료는 공기 중에서 점화가 일어날 수 있는 농도범위를 가지게 되는데 이를 가연한계(flammability limit)이라고 한다. 가연한계는 연소 가능한 연료의 농도범위를 나타내기 때문에 가연 상한(upper flammability limit, UFL)과 가연하한(lower flammability limit, LFL)으로 구분되고 가연상 한과 가연하한 사이에서 점화가 이루어진다
[그림 3-21]에서 보는 것처럼 온도가 상승할수록 가연상한은 증가하고 가연하한은 감소하여 전체적인 가연범위는 넓어진다. 혼합물의 포화증기선 이하에서는 기체연료는 작은 액 적의 형태로 응축되고 이 액체도 가연한계를 가진다. 일반적으로 가연하한상태에서 연료가 액체로 응축되는 온도(TL)를 인화점(flash point)으로 정의된다.
따라서 인화점은 작은 에너지 공급원에 의해 점화가 일어날 수 있는 최소온도를 의미한다. 반면에 가연성 혼합물의 온도 가 지속적으로 상승하면 다른 외부에너지의 공급 없이 점화가 일어나는데, 자연발화가 일어 나는 최소온도를 자연점화온도(auto-ignition temperature)로 정의한다.
Flash point is the lowest temperature at which a liquid emits enough vapor to ignite in the presence of an ignition source. It's a crucial safety parameter used to classify flammable and combustible liquids.
For instance, gasoline has a flash point of about -45 degrees Fahrenheit (-43 degrees Celsius), making it highly flammable. Diesel, on the other hand, has a flash point around 126 degrees Fahrenheit (52 degrees Celsius), classifying it as less volatile.
Understanding flash points helps in preventing accidents and fires during the handling, storage, and transportation of various substances. Always check the flash point information in material safety data sheets for proper safety measures.
가연성 액체연료의 점화
Flammable liquid fuels, such as gasoline and kerosene, ignite at specific temperatures known as their flash points. The flash point is the lowest temperature at which a liquid forms a vapor near its surface that can ignite. For gasoline, it is about -45°F (-43°C), and for kerosene, around 100°F (38°C).
Ignition requires an ignition source, such as a spark or open flame. Once the fuel vapor reaches its flash point and encounters an ignition source, combustion occurs. This results in the release of heat, light, and combustion gases.
Proper storage and handling of these fuels are crucial to prevent accidental ignition. Always keep them in appropriate containers and away from heat sources.
[그림 3-19]과 같이 액체연료를 가열하면 액체의 온도가 상승하여 액체연료 내 분자 간 운동이 활발해지고 증발(vaporization)이 일어난다. 연료표면 근처에서는 증발된 연료증기 와 공기가 혼합기를 형성하고 가연하한농도에 도달하게 되며 지속적으로 가열할 경우 연료 표면에서의 연료농도는 증가하여 연료증기의 농도가 100% 되는 온도에 도달하는데 이를 끓는점(boiling point)이라 한다.
따라서 액체연료의 점화는 증발과 이에 따른 연료혼합기 의 형성에 큰 영향을 받는다.
액체연료의 점화에 관한 표준실험은 개방된 용기시험(open cup test)과 폐쇄된 용기시 험(closed cup test) 방법이 사용되고 있다. 밀폐된 용기실험은 공간내부의 연료의 농도와 온도를 비교적 균일하게 할 수 있고 외부로의 열손실이 상대적으로 적기 때문에 개방된 용 기실험에 비해 인화점이 낮게 나타난다.
그러나 개방된 용기시험은 표면에서 높이방향으로 갈수록 농도와 온도가 상대적으로 낮아지나 개방된 공간으로 인해 지속적으로 외부 공기가 유입되어 점화이후의 연소특성을 관찰할 수 있다. 액체연료에 대해서는 화재점(fire point)이라는 용어가 널리 이용되는데 액체연료의 화재 점은 개방된 용기시험에서 연료증기의 점화를 유도하고 화염을 지속할 수 있는 최소온도로 서 정의된다