화재 삼각형

화재 삼각형, 불의 삼각형, 파이어 트라이앵글(fire triangle) 또는 연소 삼각형(combustion triangle)은 대부분의 불에 필요한 요소를 이해하기 위한 간단한 모델이다.The Fire Triangle , Hants Fire brigade, accessed June 2009

이 삼각형은 불이 붙는 데 필요한 세 가지 요소인 열, 연료, 그리고 산화제(보통 산소)를 보여준다. 불은 이 요소들이 적절한 조합으로 존재할 때 자연적으로 발생한다.IFSTA, 2008 p. 88. 화재 삼각형의 어떤 한 요소라도 제거하면 불을 예방하거나 진압할 수 있다. 예를 들어, 방화용 모포로 불을 덮으면 산소가 차단되어 불을 끌 수 있다. 소방관이 출동하는 대형 화재의 경우, 넓은 지역에서 산소량을 효과적으로 줄일 방법이 없기 때문에 산소량 감소는 보통 선택지가 아니다.

 화재 사면체 

220px|right|섬네일|화재 사면체
화재 사면체는 화재 삼각형에 이미 존재하는 세 가지 요소에 화학적 연쇄반응이 추가된 것을 나타낸다.

연소는 불에 더 많은 열을 공급하고 계속되도록 하는 화학 반응이다. 일단 불이 시작되면, 그 결과로 발생하는 발열 연쇄 반응은 불을 유지시키고, 불의 요소 중 적어도 하나가 차단될 때까지 또는 차단되지 않는 한 계속되게 한다.

 거품은 불에 필요한 산소를 차단하는 데 사용될 수 있다.
 물은 연료의 온도를 발화점 아래로 낮추거나 연료를 제거하거나 분산시키는 데 사용될 수 있다.
 할론은 유리기를 제거하고 불을 유발하는 화학 반응을 직접 공격하여 불활성 가스 장벽을 형성하는 데 사용될 수 있다.
공기보다 밀도가 높은 이산화 탄소는 불에서 산소를 밀어낼 수 있다.

리튬, 마그네슘, 타이타늄http://www.titanium.com/titanium/tech_manual/tech16.cfm  Titanium MSDS 등 연소 금속과 관련된 화재(이는 D급 화재로 알려져 있다)의 경우, 에너지 방출을 고려하는 것이 더욱 중요하다. 금속은 산소보다 물과 더 빠르게 반응하여 더 많은 에너지를 방출하므로, 이러한 불에 물을 뿌리면 불이 더 뜨거워지거나 심지어 폭발할 수 있다. 이산화 탄소 소화기는 타이타늄과 같은 특정 금속에는 효과적이지 않다. 따라서 금속 연소의 연쇄 반응을 끊기 위해서는 불활성 물질(예: 건조사)을 사용해야 한다.

이와 같은 방식으로 사면체의 네 가지 요소 중 하나가 (완전히) 제거되면 연소는 중단된다.

 산화제 
산화제는 화학 반응의 다른 반응물이다. 대부분의 경우 주변 공기이며, 특히 그 구성 요소 중 하나인 산소(O2)이다. 작은 양초의 불꽃을 빈 유리잔으로 덮는 것처럼 공기를 차단함으로써 일반적인 불은 꺼질 수 있다. 반대로, 나무 불에 공기를 불어넣으면 (풀무처럼) 더 많은 공기가 유입되어 불이 활성화된다.

일부 화학 물질, 예를 들어 불소 가스, 과염소산 암모늄과 같은 과염소산염 염, 또는 삼플루오린화 염소는 산화제로 작용하며 때로는 산소 자체보다 더 강력하다. 이러한 산화제와의 반응을 기반으로 하는 화재는 산화제가 소진될 때까지 진압하기 매우 어려울 수 있다. 화재 삼각형의 그 부분은 정상적인 수단(즉, 공기를 차단해도 질식하지 않음)으로는 깨뜨릴 수 없다.

일부 폭발물과 같은 특정 경우에는 산화제와 가연물이 동일하다(예: 니트로글리세린은 산화성 부분이 산화 가능한 부분과 동일한 분자 안에 있는 불안정한 분자이다).

반응은 활성화 에너지에 의해 시작되며, 대부분의 경우 열이다. 성냥의 경우처럼 마찰, 전선 가열, 불꽃(불의 전파), 또는 스파크(라이터나 시동 전기 장치에서 발생하는) 등 여러 가지 예가 있다. 또한 전기, 방사선, 압력 등 충분한 활성화 에너지를 제공하는 다른 많은 방법이 있으며, 이 모든 것은 온도 상승으로 이어진다. 대부분의 경우 열 발생은 반응의 자기 지속성을 가능하게 하고 연쇄 반응이 성장하도록 한다. 액체가 자체 지속 연소와 함께 인화성 혼합물을 생성하기에 충분한 증기를 생성하는 온도를 인화점이라고 한다.

 화재 진압 
연소 반응을 멈추려면 화재 삼각형의 세 가지 요소 중 하나를 제거해야 한다.

충분한 열이 없으면 불은 시작될 수 없고 계속될 수 없다. 열은 화재 반응에 사용할 수 있는 열의 양을 줄이는 물질을 적용하여 제거할 수 있다. 이는 종종 물인데, 물은 물에서 증기로 상전이할 때 열을 흡수한다. 충분한 양과 종류의 분말 또는 가스를 불꽃에 도입하는 것도 같은 방식으로 화재 반응에 사용할 수 있는 열의 양을 줄인다. 타는 건물에서 잉걸불을 긁어내는 것도 열원을 제거한다. 전기 화재 시 전기를 끄는 것은 점화원을 제거한다.

연료가 없으면 불은 멈춘다. 연료는 불이 모든 가연성 연료를 소모했을 때처럼 자연적으로 제거되거나, 기계적 또는 화학적으로 불에서 연료를 제거함으로써 수동으로 제거될 수 있다. 연료 분리는 산불 진압의 중요한 요소이며, 맞불과 같은 대부분의 주요 전술의 기반이다. 불꽃 내 연료 증기 농도가 낮아지면 에너지 방출이 감소하고 온도가 낮아지기 때문에 불은 멈춘다. 따라서 연료를 제거하는 것은 열을 감소시킨다.

충분한 산소가 없으면 불은 시작될 수 없고 계속될 수 없다. 산소 농도가 감소하면 연소 과정이 느려진다. 산소는 이산화 탄소 소화기, 방화용 모포 또는 물을 사용하여 불에서 차단할 수 있다.

 소방에서 물의 역할 
물은 두 가지 다른 역할을 할 수 있다. 고체 가연물의 경우, 고체 연료는 열, 일반적으로 복사열의 영향으로 열분해 생성물을 생성한다. 이 과정은 물의 적용에 의해 중단되는데, 물은 연료가 열분해되는 것보다 더 쉽게 증발하기 때문이다. 이로 인해 연료 표면에서 에너지가 제거되고 냉각되어 열분해가 중단되어 불꽃에 대한 연료 공급이 제거된다. 소방에서는 이를 표면 냉각이라고 한다.

기상 단계, 즉 불꽃이나 연기 속에서는 가연물을 산화제와 분리할 수 없으며, 유일한 가능한 조치는 냉각시키는 것이다. 이 경우 물방울이 기상에서 증발하여 온도를 낮추고 수증기를 추가하여 가스 혼합물을 비연소성으로 만든다. 이는 약 0.2mm 미만의 크기인 물방울을 필요로 한다. 소방에서는 이를 가스 냉각 또는 연기 냉각이라고 한다.

점화 요인이 활성화 에너지가 아닌 경우도 존재한다. 예를 들어, 연기 폭발은 갑작스러운 신선한 공기 유입(산화제 유입)으로 생성된 연기에 포함된 미연소 가스의 매우 격렬한 연소이다. 공기/가스 혼합물이 연소할 수 있는 간격은 공기의 폭발 한계에 의해 제한된다. 이 간격은 매우 작을 수 있고(등유) 넓을 수 있다(아세틸렌).

물은 특정 유형의 화재에는 사용할 수 없다.
활선 전기가 있는 화재 – 물은 전기를 전도하므로 감전 위험이 있다.
탄화수소 화재 – 밀도/소수성의 차이로 인해 불이 확산될 뿐이다. 예를 들어, 유류 발생 화재에 물을 추가하면 기름이 물과 섞이지 않기 때문에 기름이 확산될 것이다. 그러나 특정 적용 방법으로 거품/물 혼합물을 사용하는 것은 허용된다.
금속 화재 – 이러한 화재는 엄청난 양의 에너지(최대 7.550 calories/kg 알루미늄의 경우)를 생성하며, 물은 타는 금속과 격렬한 화학 반응을 일으킬 수도 있다(심지어 추가적인 산화제로 작용할 수도 있다).

이러한 반응은 잘 이해되고 있기 때문에 다음과 같은 특정 물 첨가제를 만들 수 있었다.
물보다 밀도가 높아 더 나은 열 흡수를 가능하게 한다.
불에 유리기 포획제를 운반한다.
 발포제를 운반하여 물이 액체 화재 표면에 머물러 가스 방출을 방지할 수 있도록 한다.
연소 물질의 성질을 반응시키고 변화시킬 특정 반응물을 운반한다.

물 첨가제는 일반적으로 여러 범주의 화재(A급 + B급 또는 심지어 A급 + B급 + F급 [북미에서는 K급])에 효과적이도록 설계되어, 하나의 소화기로 여러 다른 유형의 화재(또는 여러 다른 등급의 재료를 포함하는 화재)에 대해 더 나은 전반적인 성능과 유용성을 의미한다.

 산불에 대한 다중 스케일 화재 삼각형 
섬네일|290x290px|불꽃, 산불, 화재 체계의 스케일에서 산불의 요소를 설명하는 다중 스케일 화재 삼각형. Moritz et al. (2005) Wildfire, complexity, and highly optimized tolerance. Proceedings of the National Academy of Sciences 102, 17912-17917에서 발췌.
산불의 맥락에서 화재 삼각형은 풍경 전체로 퍼지는 화재(수일 및 수 킬로미터 스케일)와 시간 경과에 따른 화재 재발(수십 년 및 수백 킬로미터 스케일)에 적용되도록 확장될 수 있다. 따라서 열은 불꽃을 점화하는 데 중요하지만, 지형은 특히 경사면의 연료를 예열하여 화재 확산을 돕는 데 중요하며, 발화원은 더 긴 시간 스케일에서 재발을 설명하는 데 중요하다. 마찬가지로 산소는 불꽃을 유지하는 데 관련이 있지만, 날씨와 관련된 바람은 확산되는 불에 산소를 공급하며, 장기적인 날씨 패턴은 기후로 요약된다. 마지막으로, 연료는 단일 불꽃에서 확산되는 산불에서 타는 다양한 물질에 이르기까지 타는 것을 설명하는 용어이지만, 연료는 식생이라고 불리는 더 큰 공간 및 시간 스케일에서 다양하다.

가장 작은 스케일에서 연소 화재 삼각형, 개별 연료 입자는 임계 온도에 도달하면 점화되며, 불은 가장 가까운 주변 환경으로 에너지를 전달한다. 연소 사건은 수초에서 며칠까지의 스케일에서 발생하며 그 효과는 사분면 스케일에서 모니터링된다. 대조적으로 가장 큰 스케일은 화재 체계 개념을 설명한다. 전 세계 기후 변화는 '산불' 및 '화재 체계' 삼각형에 관련된 많은 요인들을 유도한다. 예를 들어, 화재 체계와 관련하여 특정 식생 유형은 재발, 강도, 계절성 및 생물학적 효과 측면에서 특징적인 화재를 지원하며, 식생 유형의 변화는 화재 체계 변화에 영향을 미칠 것이다.

 같이 보기 

 소방 용어 용어집
 화재 등급

 내용주 

 각주 

분류:소방
분류:불