1960년대까지는 저팽창단백포가 유류화재의 진압에 주로 사용되었으니 불소화합물 계면활성제로부터 유출된 합성 AFFF를 개발하면서 해수로도 이의 사용이 가능하고 지역 및 유출화재 예방에서 AFFF 특유의 초기진압효과 및 대형화재를 방지한다는 장점 때문에 널리 사용되고 있으며, 석유화학산업의 저장탱크지역 및 공정지역에서 AFFF와 FPF가 주로 사용되며 부두시설(Oilrig, Marine Tanker, 해상 / 해변터미널)에는 AFFF의 사용이 지배적이다. 현재 사용되고 있는 foam으로는 단백포(Protein: PF), 불화단백포(Fluoroprotein: FPF), 막형성 불화단백포(Film Forming Fluoroprotein Foam: FFFP), 고팽창폼(High Expansion Foam), 수성막 형성폼(Aqueous Film Foaming Foam: AFFF), 알콜폼(Alcohol Resistant Foam: ATD) 등이 있으니 본고에서는 AFFF 중심으로 소개한다.
수성막포(aqueous film forming foam, AFFF)는 함정 유류화재 대응에 핵심적인 역할을 하는 주요 소화약제 중 하나이다. 이 형태의 소화약제는 막 형성, 열 제거, 연소 억제, 그리고 화학 물질 혼합물을 이용하여 화재를 진압하는 데 효과적이다. 이러한 특성은 유류화재 대응에 있어서 큰 장점을 제공하지만, AFFF는 폼 형태로 분사되어 화재에 대응하는 과정에서 기존 유체와 차별점을 가진다. 따라서 AFFF 폼의 레오미터를 활용한 유변학적 특성 분석은 함정 유류화재 대응을 위한 AFFF 분사 특성 예측에 핵심적인 역할을 수행하며, 이는 효과적인 화재 진압과 밀접한 연관이 있다. 본 연구에서는 레오미터 실험을 통해 AFFF 폼의 비뉴턴 유체(전단박화) 거동을 확인하였으며, 폼의 안정성과 직결되는 데이터들을 얻을 수 있었다. 이러한 실험 데이터들은 AFFF를 활용한 소화 시스템의 효율성을 높이는데 기여할 것으로 기대된다.
Effective way of cooking oil fire extinguishment is using water mist system which has cooling and smothering effects. Low pressure water mist system has advantage because it is compatible with existing sprinkler systems. To increase the effectiveness of low pressure water mist system, additives can be used which increase the momentum of water particle and the chemical effect. In this experiment, aqueous film forming form(AFFF) agent is used as additive and the effect of additive concentration and water pressure are experimented. For the extinguishment of cooking oil fire such as soybean and olive oils, AFFF agent is effective and can decrease the fire extinguishing time and water consumption.
포 소화약제는 물보다 비중이 가벼운 액체 가연물 또는 입체면이 많은 건물에서 포 수용액을 팽창 발포시켜 대상물을 덮어 씌우거나 봉쇄해서 질식소화 시킬 수 있다. 포 소화약제로 소화성능이 탁월한 수성막포(AFFF) 소화약제를 노즐에 의해 공기와의 혼합으로 포를 형성하는 기존의 방법과 다른 방법으로 본 연구에서 는 Halon 1301 및 Halon 대체 소화약제를 기포제로 사용하여 소화성능과 팽창비를 향상시킨 소화약제를 개발하게 되었다. 개발한 Halon 1301과 Halon대체 소화약제를 기포제로 사용한 수성막포 소화약제는 적은 양의 수성막포 수용액으로 많은 양의 포를 형성하므로 휴대용 포 소화기 또는 포 소화설비 등에 유용하게 사용할 수 있다.
Our goal was to make a cost-effective automatic fire extinguishing system for the engine compartment use of automobiles. We designed this system for the engine compartment. This system consists of 1)foam extinguisher, 2)four nozzles, 3)a pipe arrangement, and 4)an extinguishing device which is equipped with a glass bulb as detector. First and foremost, the extinguishing device was carefully designed to keep the system cost to a minimum. Second, a AFFF foam extinguisher was used because no other fire-fighting agents proved effective against fire in the engine compartment. The AFFF(Aqueous Film Forming Foam) agent which was used in the extinguisher is the 3M company's Light Water. We sought, however, to make other foams by using Halon 1301 and Halon alternatives such as HCFC Blend A, HFC-227ea. We selected these alternatives instead of air in order to raise the expansion ratio of the AFFF agent. By these means we discovered that it is possible to increase the expansion ration of the AFFF agent up to 44:1. We then demonstrated that our automatic fire extinguishing system is the most effective and lowest cost-system yet devised for passenger cars.
한국화재소방학회 1997년도 International Symposium on Fire Science and Technology
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pp.598-605
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1997
In recent years, the number of vehicle fires, as well as the number of motor vehicles, has been increasing rapidly. Therefore, several types of automatic fire suppression systems for the engine compartment of automobiles have been developed to extinguish automobile fires, and most of these systems use halon 1301 as a fire extinguishing agent. Due to environmental concerns, the phase-out of halons has been announced, so now there is a need to replace halon 1301. For this, a 1,1,1,2,3,3,3-heptaflouropropane (HFC-227ea, FM-$200^{TM}$) gas-filled Aqueous Film- Forming foam (known as AFFF) extinguisher was devised even though air foam extinguishers could be used. This is because the air in the foam bubbles is a source of oxygen required for the combustion reaction. It can be surmised that it is possible to increase the fire extinguishing efficiency of AFFF by filling in foam bubbles with a gaseous extinguishing agent. The best choice is the FM-$200^{TM}$ gas-filled AFFF, Which has the maximum expansion ratio of 62:1. This makes it possible for the expanded foam to rapidly fill the engine compartment.
본 연구는 압축공기를 포수용액(수성막포 3%)에 주입하여 발포하는 압축공기포 소화설비에서 가압 공기 혼입 비율에 따른 소화성능을 평가하고자 하였다. 실험장치는 캐나다국립연구소 및 UL162 기준을 준용하여 제작한 압축공기포전용의 포소화설비 실험장치를 활용하였으며, 소화모형은 소화약제의 형식승인 및 제품검사의 기술기준에 의한 유류화재(B급) 20단위 모형을 적용하였다. 압축공기는 공기혼합기를 통하여 주입하였으며, 공기포비를 1 : 4, 1 : 7, 1 : 10으로 증가시키면서 경향성을 연구하였다. 또한 공기포비 1 : 4에서 합성계면활성제포와 수성막포의 비교 실험도 함께 진행하였다. 소화 성능실험 결과 동일한 방출유량 조건에서 수성막포는 공기포비 1 : 7에서 소화효과가 가장 빠르게 나타났으며 공기포비 1 : 10에서 가장 소화시간이 길게 나타났다. 또한 수성막포와 합성계면활성제포간 비교 실험에서는 수성막포의 소화효과가 더 빠르게 나타났다.
해군 함정에서 화재가 발생하면 잠재적인 인적, 물적 손실을 완화하기 위해 신속한 진압과 통제가 필수적이다. 해군 함정의 특성상 유류화재 발생 가능성이 크며 이에 유류화재 대응에 탁월한 수성막포(AFFF)를 사용하는 것이 화재 진압에 매우 중요하다. 또한 함정의 격실 내에서 화재가 발생하는 상황 역시 고려해야 한다. 이러한 상황에서 수성막포의 궤적과 적용 범위를 이해하는 것이 중요하므로 격실 환경에 맞는 소화 시스템 설계가 반드시 필요하다. 본 연구에서는 수성막포에 대한 전산유체역학 (CFD) 방법론을 검증하기 위한 해석으로 분사 높이 및 각도에 대한 적용 가능성을 조사하였다. 이러한 내용을 바탕으로 하여 함정 격실에 적용가능한 CFD 해석 결과를 얻었다. 이 결과는 해군 함정 격실 내 유류 화재에 신속하게 대응할 수 있는 소화 시스템 개발의 기반이 될 것이다.
할론 소화약제는 오존층파괴지수와 지구온난화지수가 높아 환경문제를 야기하며, 이의 대체기술의 일환으로 미세물분무에 대한 관심이 집중하고 있다. 미세물분무에 대한 연구로는 적용화재에 보다 효과적인 소화를 위한 최적의 물입자를 만들려는 연구와 함께 첨가제를 이용하여 미세물분무의 소화성능을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 이전 연구$^{1)}$ 에서 제시한 순수한 미세물분무의 입자크기, 방사분포 및 화염크기에 따른 ethanol과 n-heptane 화염의 진압특성과 소화시간에 대한 연구를 기반으로, 여기에 미세물분무의 물리적 소화성능의 향상과 화학적 소화성능을 부여하기 위해 첨가제를 첨가하였을 때의 성능을 평가하고 최적의 조건을 구하고자 하였다. 실험결과, ethanol panl 화염에 7N3노즐을 4kg/$\textrm{cm}^2$로 방사한 경우 0.3% AFFF와 2.5wt% NaCl를 첨가한 미세물분무는 순수한 미세물분무 보다 27%와 60% 빠른 소화시간을 나타냈다. AFFF의 첨가는 연료표면 위에서 얇은 막을 형성하여 화염으로부터 연료 표면으로 되돌아오는 열을 감소하므로 연료표면에서의 화염온도 감소와 함께 n-heptane 연료의 증발을 감소함으로서 소화가 이루어지는 것으로 판단되며, 또한 알칼리 염인 2.5wt% NaCl을 첨가한 경우 화염면에 알칼리염 결정체가 형성되는 현상이 나타났다.
본 연구에서는 형식이 각기 다른 3종류의 미분무수 노즐을 사용하여 방사높이와 화염의 위치 변화에 따른 소화성능 실험과 포 소화약제를 혼합한 소화성능 실험을 수행했다. 소화성능 실험에서는 미분무수 노즐의 높이를 4m, 3.5m, 3m로 변화를 주었으며 연료 팬을 노즐 중심으로부터 0m, 0.5m, 1m의 변화를 주었다. 포 소화약제는 3%형 AFFF(Aqueous Film Forming Foam)를 사용하였다. 실험결과 개구부의 유무는 소화에 미치는 영향이 적었으며, 포 소화약제를 혼합한 미분무수의 소화성능은 약제를 혼합하지 않은 경우에 비하여 우수하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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