20. 자연발화와 열면발화

자연발화와 열면발화

 

1. 개요

1.1 자연발화

• 물질이 공기 중에서 발화온도보다 훨씬 낮은 온도에서 자연히 발열하고 그 열이 장기간 축적되어 발화점에 도달하여 나중에 연소에 이르는 현상
• 자연발화는 물질이 자동발화온도(AIT)에 도달할 수 있도록 충분한 열이 축적되게 하는 상황에서 발생된다

1.2 열면발화

• 열면발화는 가연성 혼합기체가 고온의 고체 표면(열면)에(열면) 접촉하면 발화가 일어 난다
• 발화구조는 접촉면을 통해서 열이 혼합기체에 전달되어 온도가 상승하고 그 근방에서 자연발화가 일어난다

---

2. 발화의 기본적인 차이

열면발화와 자연발화의 가장 기본적인 차이는 가열의 조건, 결국 열원과 혼합기체의 배치이다

 

2.1 자연발화

• 열원은 혼합기체를 둘러싸고, 화학반응은 그 내부에서 균일한 형태로 일어난다

2.2 열면발화

• 국부적인 열원으로 대개의 경우 가열은 한 변에서 행하여 짐으로써 반대 측은 방열면으로 된다

---

3. 자연발화

• 물질이 공기 중에서 발화온도보다 훨씬 낮은 온도에서 자연히 발열하고 그 열이 장기간 축적되어 발화점에 도달하여 나중에 연소에 이르는 현상
• 인위적으로 가열하지 않고 상온 상태에서 물질이 공기 중에서 자연산화 또는 자연 분해하여 발생된 열에 의하여 반응이 점진적으로 촉진되어 열을 축적함으로써 발화점에 도달하여 부분적으로 발화되는 현상
• 발생한 에너지가 그 계에서 제거되지 않고 열로 축적되어 발화온도에 도달하게 됨으로써 스스로 발화하면서 열을 방출하는 느린 산화공정
• 비교적 휘발성이 낮은 액체가 특히 자연발화 현상을 일으키기 쉬우며, 휘발성이 큰 액체는 증발될 때 증발열을 빼앗겨 스스로 냉각되기 때문에 자연발화가 덜 일어난다
• 자연발화 원인은 산화 열, 분해 열, 흡착 열, 중합 열, 발효 열 등이 있다

---

4. 열면에 의한 발화

열면발화는 가연성 혼합기체가 고온의 고체 표면(열면)에(열면) 접촉하면 발화가 일어 난다. 발화구조는 접촉면을 통해서 열이 혼합기체에 전달되어 온도가 상승하고 그 근방에서 자연발화가 일어난다

4.1 혼합 기체 내의 온도 분포 및 화학반응

• 온도분포 : 표면에서 멀어짐에 따라 급격히 저하되고
• 화학반응 : 열변에 가까운 위치에서 활발하게 된다. 또한 반대 측면으로의 방열이 크기 때문에 발화에 필요한 열원의 온도는 높아지게 된다

4.2 열면발화온도

• 열면이 작을수록 방열과의 균형을 위해 열면발화온도는 자연발화 온도보다 훨씬 높게 된다
• 가솔린-공기 혼합기체나 프로판-공기 혼합기체가 850 ℃ 가량 되는 담뱃불로도 발화가 안되는 것은 담배라는 착화원의 열면이 작기 때문이다
• 열원의 면적이 증대하면 열면발화온도는 점점 낮아지게 되고, 열원이 혼합기 체를 둘러싼 형태가 되었을 때 가장 낮은 자연발화 온도에 이른다

가연성 혼합기체가 흐르고 있는 경우에는 열면발화온도는 유속 증가에 따라 상승하게 되는데 이는 혼합기체와 열면사이의 열교환이 나쁘기 때문이며 일반적으로 열면발화는 유속이 느련 정체 영역에서 일어나기 쉽다

---

5. 결론

5.1자연발화의 영향 요소

• 열 축적 : 열 축적이 용이할수록 자연발화가 되기 쉽다
• 열전도율 : 열전도율이 작을수록 자연발화가 쉽다
• 퇴적 방법 : 열 축적이 용이하게 가연물이 적재되어 있으면 자연발화가 쉽다
• 공기유통 : 공기의 유통이 안 될수록 열 축적이 용이하여 자연발화가 되기 쉽다
• 발열량 : 발열량이 큰 물질의 경우 자연발화가 쉽다
• 수분 : 수분은 촉매작용을 할 수 있다

5.2 열면발화의 영향 요소

• 열면 크기가 작을수록 열면발화온도는 높아진다
• 혼합기체 유속이 클수록 열면발화온도는 높아진다