Effectiveness Analysis of Fire Extinguishing Agents for Metal Waste Fires

금속화재 대응 시 간이소화용구 및 약제의 소화 효과성 분석

Abstract

Purpose: Metal fires occur in metal handling, processing, waste storage plants, etc. It is difficult for firefighters to extinguish metal fires, and it takes a long time, so caution is needed in fire suppression. Method: In this study, current statistics and problems of metal fires were introduced, and then the effectiveness was verified by experiments with using fire extinguishing agents used in Korea. Comparative suppression experiments of 5 different fire extinguishing agents for burning powders of 99.9% magnesium over 150 ㎛ were performed following the metal powder type test method of Class D fire in ISO 7165. Result: 5 fire extinguishing agents are the power types of dry sands and expanded vermiculites most commonly used in Korea, the certified class D fire extinguisher used abroad, and ochers requiring verification, and the liquid silica gel. Conclusion: The results of experiments showed expanded vermiculites were the best metal fire extinguishing agent considering effectiveness, convenience of use, and economical feasibility.

연구목적: 금속의 취급 및 가공 공장과 금속폐기물 저장 공장 등에서 금속이 포함된 화재가 빈번하게 발생하고 있다. 금속화재의 경우는 소화가 어렵고 장시간 소요되므로 대응 시 주의가 필요하다. 본 연구에서는 금속화재의 발생 현황과 문제점 등을 제시하고 국내에서 사용중인 간이소화용구와 약제에 대한 실험을 통해 효과성을 도출하였다. 연구방법: ISO7165의 D급소화기 실험 중 분말 형태의 실험을 준용하여 순도 99.9%, 입자 150 ㎛ 이상의 마그네슘을 착화하여 5가지 간이소화용구, 소화기 및 약제에 대한 비교실험을 하였다. 연구결과: 간이소화용구로는 국내에서 가장 많이 사용되는 건조사와 팽창질석, 사용성 검증이 필요한 황토가루를 사용하였고, 국외에서 인증받아 사용중인 D급 소화기와 국내 금속화재 현장에서 사용된 액상의 수산화실리카를 사용하였다. 결론: 본 실험을 통해 소화효과성과 사용편의성, 경제성 측면을 고려한 결과, 팽창질석이 금속 화재 시 가장 적절한 것으로 도출되었다.

서론

4차산업으로 인해 반도체, 연료전지, 2차전지, 에너지저장장치(ESS) 등 산업체에서 가연성 금속의 사용이 증가하고 있으며 이에 따라 금속을 취급하는 공장에서 금속폐기물에 의한 화재는 빈번하게 발생하고 있다. 또한 산업의 발달로 가전제품이나 전자기기가 경량화되면서 금속의 사용량은 증가하고 있다. 금속을 취급하는 공장에서 발생하는 금속가공 물질과 금속폐기물은 다양한 형태이다. 폐기물의 형태는 Table 1과 같이 금속 절삭으로 인한 스크랩(Scrap), 스크랩 용해 시 발생하는 이물질인 드로스(Dross), 드로스 재처리 과정으로 발생하는 분말찌꺼기인 드로스 잔해, 융해과정 중 침전되는 찌꺼기인 슬러지(Sludge), 용융상태 금속폐기물인 인고트(Ingot)로 크게 분류할 수 있다(Gyeongsangnam-do Fire Department, 2019).

이러한 금속폐기물에 빗물로 인한 수분이 닿거나 폐기물이 적재된 주변에서 용접 등의 작업으로 발생된 불티로 인한 화재가 발생할 수 있다. 금속화재는 높은 화염 온도와 화점 부위까지 접근이 어려워 적절한 소화약제가 없어 진화가 어려운 실정이다. 특히, 수계 소화약제 및 이산화탄소 소화약제는 연소 확대 및 폭발로 이어질 수 있어 사용을 금지하고 있다(Nam, 2018).

Table 1. Type of metal wastes

소방청 국가화재정보시스템에서는 금속화재를 따로 분류하지 않고 있으나 발화요인을 화학적요인으로 보고 “금수성물질이 물과 접촉하여 발생한 화재”통계로 금속화재로 추정되는 화재건수를 알 수 있다. 최근 5년 동안 금수성물질이 물과 접촉하여 발생한 화재는 매년 평균 약 30건이며 발생하며 피해액도 연간 1억 원~4억 원으로 Fig. 1과 같다.

Fig. 1. Metal fire statistics in Korea

이러한 화재와 피해에도 불구하고 아직까지 국내에서는 금속화재에 대한 소화기 형식승인이 부재한 상태이다. 2023년 초 “소화시 형식승인 및 제품검사의 기술기준”을 개정하여 “D급 화재용 소화기”의 소화성능시험에 대한 행정예고는 하였지만, 여기에서는 마그네슘 칩에 한정한 성능평가만을 예고하였다. 국제기준인 ISO7165에서는 휴대용 소화기 시험인증 기준이 나와 있고 여기에서는 금속화재를 마그네슘 칩, 금속가루, 액체형 금속 등 다양한 형태의 D급 화재에 대한 소화성능시험을 포함하고 있다(ISO7165:2017).

금속 위험물질은 ｢위험물안전관리법｣에서 위험물 및 지정수량을 제시하고 있다. 그 중 제2류위험물과 제3류위험물을 취급하는 공장이나 연구시설, 폐기물처리시설 등에서 주로 화재가 발생하고 있다(Lee, 2020). 실제 사례를 살펴보면, 2020년도에 곡성의 알루미늄 취급 공장에서 약 200ton의 알루미늄 등 금속 분말에 화재가 발생하여 건조사와 팽창질석 등을 활용하여 완진까지 22일이 소요되었다. 동일 연도에 발생한 군산의 알루미늄 공장화재에서는 수산화실리카라는 새로운 물질을 통해 1만 ton이 적재된 금속폐기물 화재 시 6일 만에 완진되였다. 금속화재가 발생하면 인근 주민들의 민원도 상당하다. 소방대원이 출동하여 장시간 동안 연소확대를 저지하기 위해 노력하지만, 장시간 소요되는 소방활동으로 화재진압을 하지 않는다는 주민들의 민원도 많이 발생한다.

이처럼 금속화재 현장에서는 완진까지 장시간이 소요되며, 소화를 위한 간이소화용구나 약제가 혼용되어 사용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 사용 중인 간이소화용구와 소화약제가 금속화재에 적응성이 있는지에 대해 실험을 통해 비교·분석하였다.

금속화재 관련 기준 및 사례

국내 금속화재 관련 기준

앞에서 언급한 바와 같이 국내에서는 D급 화재용 소화기의 소화성능시험은 행정예고를 하고 있으나 아직까지 국외 휴대용 소화기 승인 기준과는 차이가 있다. 국내의 소화기 소화성능시험은 시험연료를 메탈칩으로만 한정하고 있고, 약제 또한 분말형태의 소화기만을 대상으로 하고 있다.

소화기의 기준 외에 금속화재 관련 지침을 살펴보면, 안전보건기술지침(KOSHA Guide)의 “물반응성 물질의 취급·저장에 관한 기술지침”으로 금수성 물질에 대한 사고 방지를 위한 지침 등이 언급되어 있다. 여기에서는 물반응성 물질의 화재·폭발 특성과 물반응성 물질의 저장·취급 시 필요한 사항을 제시하고 있고 금속화합물의 소화시 유의사항 등을 제시하고 있다(KOSHA Guide G-77-2013). 또한 KOSHA guide P-112-2014의 “마그네슘 분진폭발 예방에 관한 기술지침”과 KOSHA guide P-128-2012의 “금속분진 취급 공정의 화재폭발예방에 관한 기술지침”으로 금속화재의 위험성을 언급하고 있다.

국외 금속화재 관련 기준

국외의 소화기 형식승인 기준은 UL 711, NFPA 10, ISO 7165에 언급되어 있고, 대표적으로 ISO 7165를 살펴보면 “Metal chip or turning fires”, “Metal powder or dust fires”, “Shallow liquid metal fires”, “Simulated casing fire” 4가지로 구분하여 소화성능시험 시험연료를 구분하여 적용하고 있다.

미국이나 유럽은 금속화재를 “Class D” 화재로 정의하고 있고 이에 대한 소화기 기준도 정립되어 있다. 미국의 노동부 직업 안전 건강 관리청(OSHA: Occupational Safety and Health Administration)에서는 금속화재용 소화기의 설치 반경을 제시하고 있으며, 가연성 금속 분말, 부수러기 또는 그와 유사한 크기의 제품이 최소 2주에 한번 생성되는 가연성 금속 작업 구역에는 Class D급 소화기를 배치하게 하고 있다(OSHA standards-29). NFPA10과 ISO7165에서는 휴대용 금속화재 소화기 기준 및 성능테스트와 검사, 유지관리 등에 대해 제시하고 있으며, NFPA484에서는 가연성 금속물(알루미늄, 리튬, 마그네슘 등)의 종류에 따라 소화약제의 적응성이 다르며, 소화약제는 염화나트륨(sodium chloride), 그라파이트(graphite), 구리분말(copper powder), 탄산나트륨(sodium carbonate), 건조사(dry sand)를 제시하고 있다.

금속화재 발생 주요 사례

국내·외에서 발생한 금속화재에 대한 사례는 여러 문헌에서 언급한 바 있다. 이의평(2020)은 2018년에 충남 서산시 소재의 알루미늄합금 생산업체의 폐알루미늄에서 자연발화로 추정되는 금속화재와 2019년 밀양시 소재 마그네슘 폐기물 재활용 재련 공장의 자연발화, 2019년 전남 광양에서 발생한 제강슬러지 및 철금속 분말에 빗물 유입에 따른 금속화재의 사례를 언급하고 있다. 이들 모든 원인은 여름철 빗물에 의한 수분과의 접촉에 의한 자연발화이며 소방당국은 진화과정에서 질식소화를 위한 건조사(모래)와 팽창질석으로 대응하였고, 진화까지 오랜 시간이 소요되었다.

남기훈(2018)은 2016년 청주에서 발생한 화재, 같은 해 밀양에서 발생한 화재 및 2012년부터2017년 동안 김해 지역에서 발생한 금속화재 총11건에 대해 분석하였다. 주로 마그네슘과 알루미늄을 취급하는 공장이며 용접 작업에 의해 불티가 인근 마그네슘에 착화되어 화재가 확산된 경우와 빗물에 의한 자연발화로 조사 되었으며 소화는 동일하게 비축된 건조사를 주로 사용하였다. 그러나 건조사는 수분이 함유되어 있을 경우 수분으로 인한 폭발의 위험이 있으며, 완전히 건조된 건조사를 수급하는 것도 한계가 있다. 경남 밀양의 마그네슘 재활용 사업장에서 발생한 화재에서는 건조사를 사용하여 진화를 하였지만, 완전히 건조되지 않은 모래를 사용함으로 진화 과정 중 연소 확대가 된 사례도 있다.

국내뿐 아니라 인근의 일본에서도 금속화재에 대한 대응의 한계는 동일하다. Hiroshi(2013)에 따르면 일본은 금속스크랩을 중국에 수출을 주로 하는데 운송하는 중 선박이나 육상에 퇴적된 상태에서 항만시설 등에서 화재가 빈번하게 발생한다. 선박화재 18건과 항만시설 화재 6건에 대한 문제점을 분석한 결과 금속스크랩 가운데플라스틱, 종이, 고무, 유류(가솔린, 등유, 윤활유 등) 등 가연물이 다량으로 혼재되어 있고 가연물의 연소가 주체가 되어 확대되는 화재가 있는 것으로 나타났다(Hiroshi, 2013).

또한, 일본의 총무성 소방청 위험물보안실(2016)에서는 ｢마그네슘 등의 안전대책 매뉴얼｣을 통해 마그네슘 화재에 방수의 위험성을 나타내며 원칙적으로 물을 활용한 소화는 금지하고 있다. 연소중인 마그네슘에 물을 뿌리는 것에 대한 위험성을 제시하고 있으며 물과 반응하여 발생하는 암모니아 가스에 대한 위험성도 제시하고 있다. 또한 지금까지 일본 전역에서 발생한 금속가공 공장에서 발생한 화재에 대해 언급하며 사고 개요를 설명하고 금속화재의 위험성을 보여주고 있다. 앞에서 언급한 것과 같이 미국은 직업안전건강관리청에서 금속을 취급하는 공장 등에 금속화재용 소화기를 강제적으로 비치하고 있다. 또한 국제기준으로 소화기 형식승인 시험기준도 제시되어 있다. 이처럼 국내뿐만 아니라 국외에서도 금속화재는 빈번하게 발생하며, 금속화재에 대한 위험성과 대응의 중요성을 인지하고 있다.

금속화재 소화효과성 실험 개요

금속화재 실험조건

본 연구에서는 금속화재에 대한 소화용구와 소화약제의 효과성을 검증하기 위해 국제 시험기준인 ISO7165를 준용하여 실험체를 구성하였다.

ISO7165에는 제거할 수 있는 목재 또는 철제의 테스트베드를 만들고 중앙부 바닥판에 1m × 1m, 두께5mm의 철판을 두어 메탈연료를 가열할 수 있도록 구성되어 있다. 본 실험에서 실험체는 철제 사각프레임(W: 600mm, D: 600mm, H: 300mm)으로 제작하였다. 바닥부는 마그네슘이 연소하면서 고온이 발생하므로 석고보드를 배치하고 그 위에 마그네슘을 비치하도록 설계하였다. Fig. 2와 같이 실험베드 중앙부에 마그네슘을 일정하게 놓기 위해 마그네슘 2kg을 담을 수 있는 체적의 원형통을 제작하여 배치하였다.

Fig. 2. Set up an experimental test bed

본 실험은 외기의 영향을 최소화하기 위해 실내에서 진행하였으며, 온도 및 습도 등 동일한 조건을 구성하기 위해 동일한 조건에서 동시에 실험을 수행하였다. 각각의 철제 프레임내 비치한 마그네슘의 내·외부 온도변화를 측정하기 위해 Fig. 2와 같이 K-type 열전대를 설치하였다. 금속화재의 표면온도를 측정하기 위해 좌측(LT), 중앙(CT), 우측(RT)를 설치하였고, 내부의 온도를 측정하기 위해 좌측(LB), 중앙(CB), 우측(RB) 6포인트에 열전대를 설치하였다.

실험에 사용된 가연물 및 소화약제

본 실험에서 사용한 가연물은 ISO7165에서 제시하고 있는 ｢Metal powder or dust fires｣경우에서 언급된 순도 99.9%, 입자 150㎛ 이상의 마그네슘 분말가루를 사용하였다. 착화된 마그네슘 분말에 도포하는 소화용구 및 약제의 종류는 국내에서 가장 많이 사용하고 있는 간이소화용구와 실제 금속화재 현장에서 적용한 액체 소화약제로 구분하였고, 추가적으로 국외에서 상용되어 판매하고 있는 D급 소화기도 사용하였다.

간이소화용구로는 국내에서 가장 많이 사용하고 있는 건조사와 팽창질석, 간이소화용구로 금속화재에 효과성 검증이 필요한 미장용 황토가루, 국외에서 인증받아 사용하고 있는 D급소화기를 사용하였으며, 액체 소화약제로는 2020년도에 발생한 국내 군산 금속화재에서 효과성을 보인 수산화실리카(규산염혼합물)를 사용하였다.

실험방법

실험방법은 ISO7165에 제시된 과정과 같이 Fig. 3과 같이 진행하였다. Fig. 2와 같이 제작한 철제 프레임 중앙에 가연물인 마그네슘 분말 2kg을 비치하고 가스토치로 가연물 중앙부에 25~30초간 연소하였다. ISO7165에서 제시한 것과 같이 마그네슘의 표면이 25% 정도 연소할 때 가스토치를 중지하였고 마그네슘 표면이 약 50% 이상 자유 연소할 때까지 대기하였다. 5가지 간이소화용구와 소화기, 소화약제는 동시에 실험하였으며 마그네슘 표면의 면적에 비해 50%의 면적이 연소된 것은 육안으로 확인하여 동일 시점에 간이소화용구와 소화기, 소화약제를 도포하였다. 간이소화용구나 약제를 도포할때는 마그네슘을 완전히 덮을 수 있도록 도포하였고, 각 사용된 간이소화용구나 약제의 효과성을 검증하기 위해 D급 소화기 내 분말약제의 양과 유사하게 20ℓ의 부피로 동일 용량을 도포하였다.

Fig. 3. Experimental procedures

Fig. 3은 착화(Fig. 3a)부터 마그네슘의 자유연소(Fig. 3b), 간이소화용구와 소화기, 소화약제 적용(Fig. 3c), 온도측정(Fig. 3d)의 실험상황을 볼 수 있다. 간이소화용구인 건조사와 팽창질석, 황토가루의 경우에는 실제 금속화재 현장에서 대응시 활용하는 방법으로 삽을 활용하여 연소된 마그네슘 상부에 살며시 흩뿌리는 방식을 적용하였다. D급 소화기도 사용방법에 따라 소화기 노즐을 연소된 마그네슘 상부에서 적용하였다. 금속화재 경우 일반소화기와 달리 원거리에서 적용할 수 없으며 화재가 발생한 부분에 압력을 가하지 않고 적용해야 한다. 수산화실리카는 따로 분사 장치가 없어 소량을 여러 차례에 걸쳐 연소된 마그네슘 상부에 적용하였다. 이는 실제 국내의 금속화재 현장에서도 적용하였던 방식과 같은 방식으로 가연물 위에 직접 분무하는 형식으로 적용하였다. 가열된 마그네슘에 간이소화용구를 적용한 모습은 다음 Fig. 4와 같다. 수산화실리카는 초기 폭발반응으로 인해 초기 표면을 기록할 수 없었다.

Fig. 4. Extinguishing agent for fuel

실험의 종료는 금속화재의 특성상 일반화재와 달리 지속적으로 금속분말이 연소가 되어 간이소화용구나 약제가 적용된 상태라도 내부의 가연물은 계속 연소가 되므로 가연물 내부의 온도가 주변의 온도(실내 실험 환경, 기온 28°C)와 유사해질 때까지로 하였다. 이는 NFPA484 에서 제시한 것과 같이 금속화재의 완전 소화는 주변 외기와 유사할 때를 보는 것과 같다.

실험 결과

금속화재 실험 초기(착화~60분)

마그네슘 분말 2kg을 착화한 후각각의 간이소화용구와 소화기, 소화약제를 도포하고 시간 경과에 따른 온도변화를 측정하였다. 초기 60분 내부온도는 Fig. 5와 같으며, 외부온도는 Fig. 6과 같다.

Fig. 5. Internal temperatures measured for the first 60 minutes according to the extinguishing agents

Fig. 6. External temperatures measured for the first 60 minutes according to the extinguishing agents

초기 60분간 측정된 온도를 살펴보면, 건조사의 경우 내부온도가 점점 상승하고 외부온도는 약 600°C를 유지하였다. 팽창질석이 가장 높은 온도가 측정되었고, 내부는 1,160°C, 표면온도는 1,360°C로 측정되었다. 황토가루의 내부온도는 약 600°C를 유지하고, 외부온도는 점점 낮아지다가 순간적으로 높아지는 양상을 보였다.

D급 소화기는 초기 60분간은 다른 간이소화용구나 소화약제에 비해 가장 낮은 표면온도를 유지하였으나 내부온도는 조금씩 상승하는 양상을 보였다. 황토가루의 경우 도포 약 60분경 순간적으로 내부에서 Fig. 7a와 같이 폭발이 발생하였고 이는 조밀한 황토가루로 인해 내부에 가스가 축적되어 폭발한 것으로 보인다. 수산화실리카의 경우는 초기 반응 및 내부로의 약제 침투로 인해 내·외부 온도가 낮게 측정되었다. 하지만 수산화실리카의 경우에는 도포 초기부터 Fig. 7b와 같이 급격한 연소와 폭발이 발생하여 반응성이 높은 금속화재에는 적합하지 않은 것으로 도출되었다.

Fig. 7. Explosion of ocher powder(a) and silica gel(b)

금속화재 실험 중기(60분~240분)

간이소화용구와 소화약제 도포 60분 후부터는 각각 다른 양상을 보이기 시작한다. 초기 60분 동안 가장 낮고 안정적인 양상을 보인 D급소화기는 실험시작 80분 후부터 표면온도가 급격하게 상승하는 것을 볼 수 있다. 또한 내부온도 약 480°C에서 약 840°C까지 상승하여 적용한 소화약제 중 가장 높은 내부온도로 나타났다. 건조사의 경우에는 내부의 온도가 서서히 상승하여 400°C 이상을 일정하게 유지하였고, 외부온도도 약 500°C 정도를 유지하는 양상을 보였다.

실험 초기와 가장 상반된 양상을 보이는 간이소화용구는 팽창질석으로, 초기 가장 높았던 내부온도가 240분 이후 100°C 정도로 하강하였고 외부온도 또한 1,300°C에서 200°C까지 하강하였다. 팽창질석은 입자의 크기가 0.7mm에서 2mm로 다양하여 공극이 생겨 화재 초기 산소공급이 이루어져 온도가 높게 올라가지만, 내부에 축적된 열이 발산되어 온도하강이 안정적인 것으로 보인다.

실험 초기 폭발적인 반응이 발생한 수산화실리카는 초기 연소 촉진으로 인해 서서히 온도가 하강하여 내부와 외부온도가 약 200°C까지 하강하는 양상을 보인다. 실험 약 60분 후 폭발이 발생한 황토가루의 경우는 불안정한 상태를 유지하고 서서히 온도하강의 양상은 보이지만 내·외부 온도가 약 300°C 이상으로 측정되었다(Fig. 8, 9).

Fig. 8. Internal temperatures measured between 60 and 240 minutes according to the extinguishing agents

Fig. 9. External temperatures measured between 60 and 240 minutes according to extinguishing agents

금속화재 실험 종료(1,080분)

본 실험에서 실험종료는 일부의 간이소화용구와 약제가 도포된 내부온도가 주변 온도까지 하강하는 시점으로 하였다. 이는 NFPA 484에서 D급 소화로 언급한 “D급 소화약제 사용 후 전체 잔여물이 주변온도에 도달할 때까지 냉각”을 준용하여 실험을 종료하였다.

온도측정 중 팽찰질석의 외부온도는 약 8시간 이후부터는 0°C로 열전대의 측정이 불가하였으나 내부의 온도가 측정되어 내부의 온도가 상온과 유사해지는 시점을 종료시점으로 하였고 건조사를 제외한 소화용구와 약제는 15시간 정도에 상온과 유사한 온도로 하강하여 온도측정을 종료하였다.

건조사의 경우에는 실험시작 경과 약 400분부터 내부온도가 급격하게 상승하여 약 800°C까지 도달하고 점차 서서히 하강하는 양상을 볼 수 있다. 외부온도 또한 약 600°C 이상으로 본 실험에서 사용한 소화용구와 약제 중 가장 높은 온도를 보였고, 실험종료 시점(1,080분)까지도 완진되지 않은 양상을 보였다(Fig. 10, 11).

Fig. 10. Internal temperatures measured during the experiments(Full-time) according to extinguishing agents

Fig. 11. External temperatures measured during the experiments(Full-time) according to extinguishing agents

팽창질석은 초반의 온도는 높지만 시간이 지나면서 점차 온도가 하강하는 양상으로 보인다. 소화용구 중에서는 내부온도의 하강율이 가장 좋으며 안정적인 온도 하강을 보인다. 본 실험에서는 외부온도는 측정 중 열전대의 손상으로 측정되지 않았지만 내부온도를 보면 소화용구 중 가장 빠르게 상온과 유사한 온도로 하강하는 것을 볼 수 있다.

황토가루의 경우에는 초반의 부분적인 폭발 이후에 내·외부 온도가 서서히 하강하였고, D급 소화기도 앞에서 언급한바와 같이 초중기에 온도가 상승하고 약 450분 이후부터는 내·외부온도가 전체적으로 하강하는 양상을 보였다. 수산화실리카의 경우 초기 수차례 폭발과 같은 반응으로 내·외부의 온도가 가장 먼저 하강하는 양상을 볼 수 있었다. 본 실험에서 사용된 소화용구와 약제의 내·외부온도 양상은 Table 2와 같으며 실험종료 탄화된 마그네슘의 잔해는 Fig. 12와 같다. 탄화된 마그네슘에 다시 토치를 사용하여 열을 가하여도 착화하지 않았다.

Table 2. Internal and external temperature measured over time according to the extinguishing agent

* Thermocouple burn out due to high temperature

Fig. 12. The appearance of experimental debris

결론

본 연구에서는 최근 금속가공공장이나 금속폐기물 공장에서 발생하는 금속화재의 특징과 금속화재에 적용한 간이소화용구 및 약제에 대한 실험을 통해 효과성을 도출하였다. 금속을 가공할 때 발생하는 잔여물이나 금속폐기물의 주성분은 마그네슘이나 알루미늄 등 금수성물질도 포함되어 있어서 소화약제를 사용하는데 주의해야 한다. 또한 금속폐기물은 주로 가루나 먼지 형태로 구성되어 있어 연소 확대도 빠르며 장시간 연소되는 특징이 있다. 금속화재는 일반화재와 달리 간이소화용구를 사용하여 확산을 방지하며 질식소화를 하거나 냉각을 통해 소화를 한다.

현재 국내의 금속화재 현장에서는 간이소화용구인 건조사나 팽창질석을 주로 사용하고 있다. 본 연구에서는 금속화재 현장에서 사용중인 간이소화용구와 국외에서 인증되어 사용중인 금속화재용 소화기, 국내 화재현장에서 효과성이 있었던 소화약제를 대상으로 ISO7165 시험방법을 준용하여 효과성 검증을 하였다.

실험의 종합적인 결과는 간이소화용구와 약제의 효과성과 경제성, 사용편의성 측면을 고려하여 분석하였다. 소화효과성은 약제적용 후 연소된 마그네슘 내·외부의 온도하강과 소화시간을 고려하였다. 경제성은 본 실험에서 사용된 간이소화용구와 약제의 단가에 실제 사용된 양을 적용하여 Table 3과 같이 도출하였다. 사용편의성은 간이소화용구나 약제 적용 시 사용안전성과 화재현장에서 사용이 용이하도록무게를 고려하였고 이는 비중을 통해 도출하였다.

Table 3. Comparison of extinguishing agents​​​​​​​

실험 초기(착화부터 초기 60분까지)에는 팽창질석이 가장 높은 온도로 상승하였으며, D급소화기와 건조사가 안정적인 온도양상을 보였다, 수산화실리카는 급격한 연소반응으로 온도는 하강하지만 사용상 위험성이 도출되었고 황토가루의 경우는 앞에서 언급한 것과 같이 폭발반응이 발생하였다. 실험 중기(60분~240분)에는 팽창질석의 경우 내부 온도가 서서히 하강하였고, D급소화기의 내부 온도는 급격하게 상승하고 건조사는 일정한 온도를 유지하였다. 금속화재는 주변의 외기와 유사한 온도가 되었을 때 소화된 것으로 판단할 수 있어 1,080분까지 온도를 측정하였고 전체적인 온도 변화에 따른 결론은 다음과 같다.

(1) 건조사는 도포 후 약 400분 이전까지는 일정 온도를 유지하지만 향후 급격하게 온도가 상승하고 실험종료 1,080분 이후에도 실외기온보다 온도가 높아 성능이 가장 떨어진다.

(2) 팽창질석은 초기 온도는 다른 약제들과 비교하면 상승하지만, 폭발 등의 연소반응이 없고 도포 60분 이후부터는 가장 안정적인 온도하강으로 금속화재에 사용이 적합하여 금속화재 시 방어선 구축 시 활용이 가능하다.

(3) 황토가루는 초기 온도하강이 보여지지만, 도포 약 60분 후 내부에서 폭발이 발생하여 금속화재에 사용이 적합하지 않다.

(4) D급 소화기는 타 약제에 비해 초기 60분 동안 온도하강은 우수하지만 60분 이후 내부온도가 급격하게 상승하는 경향을 보여 초기 사용에는 효과적으로 보인다.

(5) 수산화실리카는 적용 시 급격한 연소반응으로 인해 온도는 하강하지만 사용상 주의가 필요하다.

경제적인 측면에서는 사용된 간이소화용구나 약제의 동일 부피를 사용하였을 때 팽창질석이 가장 우수하며 황토가루, 수산화실리카, 건조사, D급 소화기 순으로 도출되었다. 사용상 편의성은 간이소화용구나 소화약제의 무게 및 보관 방법에 따라 도출한 결과, 팽창질석이 가장 낮은 비중으로 매우 가벼우며, 포대와 같이 개별적으로 비치할 수 있어 보관에도 용이하여 우수한 것으로 도출되었다. D급 소화기는 소화기형태로 비치하여 보관에는 용이하지만 D급 소화기의 방사거리는 약 1m 미만에 불과하여 소화기 용기의 무게를 고려해보면 상대적으로 팽창질석보다 무거워 사용상 어려움이 있다. 건조사의 경우에는 국내에서 많이 사용하고 있으나 시급하게 건조된 모래를 조달하기도 힘들고 완전히 건조되지 않은 모래를 사용할 경우 수분을 함유하고 있어 위험하여 금속화재 대응 시 어려운 점이 있다. 황토가루도 따로 포대와 같이 개별적으로 저장은 할 수 있지만 다른 소화용구나 약제에 비해 무거워 사용상 불편하다.

종합적인 결과를 살펴보면 본 실험에서 사용한 간이소화용구와 소화기, 소화약제 중 팽창질석이 상대적으로 적절한 간이 소화용구로 도출되었다. 금속화재 현장의 안전이나 금속화재에 대응하는 소방대원의 안전을 위해서는 팽창질석과 같은 간이소화용구를 활용하여 방어선을 구축하고 소화약제를 적용하더라도 현장에서 미리 적용한 후에 안전성이 확보된 후 공격적인 소화를 해야한다.

본 실험에서는 ISO7165의 분진 또는 가루 형태의 실험을 준용하였고 일반적으로 국내에서 발생하는 금속화재 현장보다 더욱 가혹한 환경이라 볼 수 있다. 국내의 금속가공업이나 폐기물 공장에서 보관하는 폐기물은 입자가 다양하고 마그네슘, 알루미늄, 철 등 다양한 금속분도 혼합되어 보관중이다. 향후에는 국내의 다양한 금속폐기물에 대한 간이소화용구나 소화약제의 적응성에 대해 실험적인 결과를 통해 취급 금속폐기물별 적정 소화약제 사용을 할 수 있도록 추가적인 연구가 필요하다.

NFPA에서는 “빠른 냉각효과를 지닐 만큼 다량으로 공급될 수 있다면 물은 마그네슘 화재를 소화하는데 사용해도 되지만 휴대용 소화기 정도의 수분은 마그네슘 화재를 격렬하게 가속시킬것”으로 수계 소화약제 사용의 부적절함을 명시하고 있다. 또한 NFPA480 ｢마그네슘 고체 및 분말의 저장, 취급 및 처리｣에서는 소화약제로 물을 사용하지 말도록권고하고 있다.

본 실험에서 사용된 수산화실리카의 경우에는 실제 금속화재 현장에서 우수한 대응을 한 적이 있지만, 순수 마그네슘 분말 화재 실험에서는 위험성이 도출되었다. 신규 소화약제의 현장 적용을 위해서는 먼저 여러 가지 금속에 대한 적용성 평가가 수행되어야 할 것으로 사료된다. 나아가 국내의 D급 소화기 형식승인은 마그네슘 칩뿐만 아닌 금속분말 등 다양한 상황에 대한 형식승인을 위해 향후 실험과 연구가 필요할 것으로 사료된다.