자연 발화 (Spontaneous Ignition) 의 개념과 원리

자연발화(Spontaneous Ignition)

자연발화(Spontaneous Ignition)는 물질이 대기 중에서 자체적인 열의 축적에 의해 점화원 없이 스스로 발화되는 현상을 말한다. 즉 물질이 공기 중에서 발화 온도보다 낮은 상온에서 스스로 발열하고 장기간 축적되어 발화점에 도달해 스스로 연소하는 것을 말한다. 여기서 자연발화가 일어나는 온도를 자연발화 온도(AIT, Auto Ignition Temperature)라고 한다.

 

발화점(Ignition Point)과 자연발화 온도(Auto Ignition Temperature)의 차이점

일반적으로 발화점(Ignition Point)이라 하면 물질이 공기 또는 산소 중에서 가열하였을 때 점화원 없이 발화하거나 폭발을 일으키는 최저 온도를 말하며, 자연발화온도(Auto Ignition Temperature)는 자체적인 열의 축적에 의한 온도 상승에 의해 발화하는 것을 말한다. 즉, 외부로부터 가열되는 열원의 존재 유무가 발화점과 자연발화 온도를 구분하는 기준이 된다.

 

자연발화의 변수

<열의 축적에 의한 변수>

열전도율이 낮은 물질로 열 축적이 용이한 경우, 또는 공기의 흐름이 원활하지 못하는 장소 또는 퇴적 방법에 따라 열의 축적이 발생하기 용이한 경우 자연발화가 발생하기 쉽다.

 

<열 발생속도에 의한 변수>

열 발생속도의 경우, 열 축적에 의한 온도 상승(발열량)이 열 발산에 의한 온도 하강(방열량) 보다 높은 경우, 물질에 포함된 수분이 열 축적 또는 산화 분해 반응에 용이한 경우 자연발화가 발생하기 쉬워진다.

 

Fig.1 자연발화 메커니즘

자연발화의 메커니즘은 위 그림과 같다.

 

자연발화의 원인

① 미생물에 의한 발열

미생물(박테리아 등)에 의한 발효 등에 의한 열을 말한다. 건초류, 먼지, 퇴비 등이 이에 속한다.

 

② 중합 열에 의한 발열

중합열에 의한 발열은 물질의 중합 반응에 의해 발생되는 열을 말한다. 액화 시안화수소(HCN), 산화에틸렌(C2OH4), 염화비닐(CH2CHCl), 부타디엔(C4H6) 등이 이에 속한다.

 

③ 분해 열에 의한 발열

분해 열에 의한 발열은 물질이 분해되며 발생하는 열을 말한다. 셀룰로이드 류, 과산화수소(H2O2), 염소산칼륨(KClO4), 니트로셀룰로오스(질화면) 등이 이에 속한다.

 

④ 산화 열에 의한 발열

산화 열에 의한 발열은 산소와 결합하여 발생하는 열을 말한다. 건성유 등 불포화성 유지, 원면, 석탄, 액체산소, 발연 질산 등이 이에 속한다.

 

⑤ 흡착 열에 의한 발열

흡착 열에 의한 발열은 어떤 물질이 흡착되며 발생하는 열로 활성탄 등이 이에 속한다.

 

자연발화를 방지하는 방법

자연발화는 점화원이 없어도 스스로 연소가 시작되기 때문에 더욱 세심한 주의가 필요하며, 이를 방지하기 위해서 다음과 같은 조치가 필요하다.

① 물질을 보관하고 있는 시설의 통풍이 잘 되게 한다.

② 물질 보관 저장실의 온도를 낮춘다.

③ 습도가 높은 장소를 피한다.

④ 열의 축적이 되지 않도록 취급 및 저장한다.

⑤ 산화, 분해, 중합 반응이 일어나지 않도록 취급 및 저장한다.

 

 

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연소이론과 관련된 사항은 아래 링크에서 참고하면 된다.

인화점 (Flash Point), 연소점 (Fire Point), 발화점(Ignition Point)

최소 점화 에너지 (MIE, Minimum Ignition Energy)의 개념과 원리

연소 , 폭연 , 폭발 의 개념 비교

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