연소 과학 분야의 중요한 개념인 "자동 점화"에 대해 논의할 이 기사에 오신 것을 환영합니다.
이 기사에서는 종이, 디젤, 에탄올, 수소, avgas 등과 같은 다양한 물질의 정의, 자동 점화 온도를 포함하여 자동 점화의 다양한 측면을 다룰 것입니다.
또한 인화점, 발화점 및 자동 점화 온도의 차이와 압력이 자동 점화 온도에 미치는 영향에 대해서도 설명합니다.
이 기사를 마치면 자동 점화와 그 의미를 포괄적으로 이해하게 될 것입니다. 자, 시작하겠습니다!
자동 점화란 무엇입니까?
공식적인 정의는 다음과 같습니다.
내연 기관의 연소실에서 연료-공기 혼합물의 일부 또는 전부가 자연적으로 점화되는 현상. 자연 발화라고도 합니다.
자동 점화는 물질이 외부 소스의 도움 없이 스스로 연소하기 시작하는 것입니다. 물질 내부의 열로 인해 자체적으로 불이 붙습니다.
자연 발화 온도는 무엇입니까?
자연 발화 온도는 정상 대기에서 물질이 타기 시작하는 최저 온도입니다. 이 온도는 압력, 산소 농도 및 공기에 대한 연료량과 같은 것들에 의해 영향을 받습니다. 물질이 자체적으로 연소하기 시작하는 온도는 물질의 유형과 구성에 따라 다르다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.
내연 기관의 자동 점화
내연 기관은 압축 열만으로 인해 또는 이 열이 연료 분사와 결합될 때 자체 점화될 수 있습니다. 자연 발화는 자연 발화라고도 하며 엔진의 연소실에서 발생할 수 있습니다.
가연성 물질로 작업할 때 자동 점화 온도는 화재 또는 폭발 위험을 파악하는 핵심 요소입니다. 외부로부터의 스파크나 화염 없이 정상적인 대기에서 물질이 스스로 발화할 가능성이 얼마나 되는지 알아내는 데 사용됩니다.
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다른 물질의 자연 발화 온도
목재:
나무가 스스로 타기 시작하는 온도는 약 482°F(250°C)입니다. 700°F(371°C)에서 바로 불이 붙을 수 있지만 450°F(232°C)와 500°F(260°C) 사이에서 몇 분 정도 걸립니다.
직접 화염을 시작하는 데 필요한 최소 열유속에서 표면 온도는 300~365°C(572~689°F)입니다.
Avgas(항공 휘발유):
스스로 연소하기 시작하는 온도는 280°C(536°F)입니다. Avgas는 비행기 엔진용으로 만들어진 휘발유의 일종입니다.
인화점은 -43°C(-45°F)입니다. 그것은 스스로 연소하기 시작할 수 있는 온도가 280°C(536°F)인 등유와 같습니다.
http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2
에탄올:
에탄올의 자연 발화 온도는 365°C(689°F)로 디에틸 에테르(160°C 또는 320°F)보다 낮고 가솔린(247-280°C 또는 477-536°F)보다 높습니다. ).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291
수소:
수소가 스스로 연소하기 시작하는 온도는 535°C(995°F)입니다.
https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature
산화 에틸렌:
에틸렌 옥사이드가 스스로 연소하기 시작하는 온도는 429°C(804.2°F)입니다. 그러나 녹이 있는 경우 140°C(284°F)만큼 낮을 수 있습니다.
10.7°C(51.3°F) 이상의 온도에서 에틸렌 옥사이드는 자체적으로 발화할 수 있는 무색 가스입니다.
https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf
디젤:
자연 발화점: 약 210°C.
강철:
자연발화점: 약 1315°C (2399°F).
종이:
자연발화점: 약 218 - 248°C.
일단 종이에 불이 붙으면 중앙의 열이 815°C까지 올라갈 수 있습니다.
기타 가스:
- 메탄: 580°C
- 프로판: 493°C
- 에틸렌: 425°C
- 아세틸렌: 305°C
- 나프타: 290 °C
- 이황화탄소: 102 °C
자동 점화, 인화점 및 발화점의 차이점을 구분하는 방법
요약하면, 인화점, 발화점 및 자연 발화 온도는 모두 물질의 가연성 정도와 관련이 있지만 각 용어는 열과 화재에 노출되었을 때 물질이 어떻게 작용하는지에 대한 다른 측면을 나타냅니다.
자동 점화
자연 발화는 가연성 물질이 스파크나 외부의 다른 발화원 없이 자체적으로 연소되기 시작하는 최저 온도입니다.
이것은 재료의 온도가 자동 점화 온도에 도달하여 자체적으로 연소하기 시작하는 인화성 가스로 변할 때 발생합니다.
인화점
반면에 인화점은 발화할 수 있는 액체가 발화원과 접촉했을 때 발화하기에 충분한 증기를 발산하는 최저 온도입니다.
각 가연성 액체에 대해 불을 계속 유지하는 데 필요한 공기 중 증기의 양은 다르며 인화점 온도는 가연성 액체가 발화원 근처에 있을 때 발화하는 최저 온도를 나타냅니다.
인화점 대 자동 발화점:
인화점과 자동 발화점은 물질이 얼마나 쉽게 발화하는지 측정하는 두 가지 중요한 방법입니다.
두 용어 모두 무언가가 타기 시작할 수 있는 온도를 나타내지만 프로세스의 다른 부분에 대해 이야기합니다.
인화점은 물질이 외부 소스에서 발화할 수 있는 온도이며, 자연 발화점은 자체 발화 온도입니다.
발화점
발화점은 가연성 액체의 증기가 불이 붙은 후에도 계속 타는 온도입니다.
인화점 온도보다 높으며 물질에 불이 붙은 후에도 계속 타는 가장 낮은 온도를 나타냅니다.
Expeltec은 몇 가지 차이점을 시각적으로 설명하기 위해 정말 멋진 인포그래픽을 만들었습니다.
https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/
자동 점화 대 기타 프로세스
자연발화는 시작하는 데 외부 에너지원이 필요하지 않기 때문에 자연발화와 다릅니다.
자연 발화 온도는 외부에서 스파크가 발생하지 않고 정상 대기에서 물질이 발화할 수 있는 최저 온도입니다.
자동 점화와 자동 노출도 다른 프로세스입니다. 자동 노출은 2층 이상의 건물에서 화재가 한 층에서 다른 층으로 확산되는 경우이며, 자동 점화는 가연성 물질이 스스로 타기 시작하는 최저 온도입니다.
자연 점화에 대한 연료 저항성 측정
옥탄가
요컨대, 옥탄가는 연료가 폭발과 사전 점화에 얼마나 잘 저항할 수 있는지에 대한 척도이며, 자체 시동에 얼마나 잘 저항할 수 있는지도 보여줍니다.
옥탄가는 휘발유 및 디젤과 같은 연료가 스파크 점화 엔진에서 자체적으로 연소되기 시작하는 정도를 측정하는 표준 방법입니다.
이 등급은 제어된 환경에서 연료가 자동 점화(스스로 연소를 시작)하는 압력을 기반으로 합니다.
옥탄가는 연구 옥탄가(RON) 또는 모터 옥탄가(MON)로 표시됩니다.
옥탄가가 높을수록 연료가 자체 점화에 더 강하고 SI 엔진이 압축 중에 노크하거나 핑할 가능성이 적습니다.
자연발화 및 특성
크랭크 각도에서 자동 점화 지연은 연료 분사 시작(SOI)과 연소 시작(SOC)(CAD) 사이의 시간입니다.
점화 지연 시간(IDT)이라고도 하며 연료와 공기의 혼합물이 특정 온도와 압력에서 반응하는 데 걸리는 시간을 나타냅니다.
자연 발화 온도
에탄올은 685°F(363°C)의 온도에서 타기 시작할 수 있습니다. 외부 소스의 도움 없이 연료와 공기의 혼합물이 자체적으로 발화하는 온도입니다.
자동 점화 온도를 알아내는 한 가지 방법은 압축 행정의 끝과 자동 점화 이벤트의 시작 사이의 온도 상승을 측정하는 것입니다.
또 다른 방법은 1-프로판올과 2-프로판올의 자연 발화 온도를 찾는 것입니다.
자연 발화 및 복사열 전달
이것은 가연성 액체가 발화 온도 이상으로 가열되고 방출된 증기가 뜨거운 물체 또는 화재 기둥에서 나오는 적외선과 같은 방사선에 노출될 때 자체 발화할 때 발생합니다.
점화에는 파일럿 점화와 자동 점화의 두 가지 종류가 있습니다. 가연성 물질은 파일럿 점화를 시작하기 위해 불꽃이나 화염과 같은 외부 열원이 필요합니다.
반면에 자동 점화는 외부 열원이 필요하지 않습니다. 대신 재료 자체의 에너지를 사용하여 불을 피웁니다.
자연 발화 온도
물질의 자연 발화 온도는 연소가 시작되는 최저 온도입니다. 그것은 어떤 것이 저절로 타기 시작할 수 있는 온도입니다.
자연 발화 온도의 중요성 이해
자연 발화 온도는 연소 과학의 핵심 개념입니다. 물질이 외부에서 스파크 없이 스스로 발화하여 불이 붙을 수 있는 최저 온도를 의미합니다.
재료가 스스로 연소하기 시작하는 온도는 해당 지역에 무엇이 있는지에 따라 달라질 수 있습니다.
발화할 수 있는 연료 혼합물의 경우, 자연 발화 온도는 외부에서 스파크가 발생하지 않고 연료가 자체적으로 발화하는 최저 온도입니다.
물질의 자연 발화 온도를 이해하는 것은 화재 안전과 화재가 발생할 수 있는 물건을 안전하게 사용하고 보관하는 데 중요합니다.
수소 가스 및 자동 점화
수소 가스를 엔진에 넣으면 자동 점화가 독특한 방식으로 작동하는 방식이 바뀝니다. 연소 방식은 자연 발화 온도와 열전도율이 메탄과 같은 연료보다 높기 때문에 영향을 받습니다.
자동 점화에 대한 수소의 영향
수소가 다른 연료와 혼합되면 자체 발화 온도가 높아져 연소 속도가 빨라지고 실린더의 압력이 높아집니다.
그러나 수소를 사용하면 안전 문제, 조기 발화, 역화 및 전력 감소와 같은 문제가 발생할 수도 있습니다.
스파크 점화가 있는 엔진에 특정 부하가 가해지면 제어되지 않은 자동 점화로 인해 엔진이 노킹될 수 있습니다.
디젤 연료와 수소를 모두 사용할 수 있는 엔진에서 수소를 흡기 매니폴드에 넣으면 디젤 연료가 저절로 연소되기 시작할 수 있습니다.
공기의 자연 발화 온도
공기는 가연성이 아니므로 자체적으로 연소하기 시작하는 온도가 없습니다. 부탄, 코크스, 수소 및 석유와 같은 연료 및 화학 물질에는 종종 자동 점화 온도가 지정됩니다.
자동 발화 온도는 재료가 자체 가열되기 시작하여 화재로 이어질 수 있는 최저 온도입니다.
자연 발화 압력
수소가 연소되기 시작하는 압력은 3.5~7Mpa(35~70bar)입니다. 자연 발화는 초기 방출 압력이 높고 선행 충격이 강할 때 더 잘 발생합니다.
불을 피우는 데 필요한 압력은 공기 중에 얼마나 많은 산소와 헬륨이 있는지에 따라 다릅니다.
자동 점화에 대한 압력의 영향
압력이 올라가면 가스 또는 증기의 혼합물이 자체적으로 연소하기 시작할 수 있는 온도가 내려갑니다.
압력이 높을수록 반응 속도가 빨라져 반응이 시작되는 온도가 낮아지기 때문입니다.
수소 온보드 스토리지
대부분의 온보드 수소 저장 시스템은 최대 700bar의 압력에서 작동합니다. 이러한 종류의 저장을 위해 주유소에서는 훨씬 더 높은 압력이 사용됩니다.
내부에서 점화된 가스는 전체 볼륨에 불이 붙기 전에 불꽃이 꺼지는 충격 방전을 통해 열을 잃을 수 있습니다. 이것은 가스가 스스로 발화하는 것을 막을 수 있습니다.
원유의 자연발화 시험
원유에 대해 자연 발화 테스트를 수행하여 정상 실온에서 자발적으로 발화하는 최저 온도를 알아냅니다.
미국재료시험협회(ASTM)는 원유의 자기 발화 능력을 테스트하기 위한 표준을 설정했습니다.
ASTM E659: 물질이 스스로 연소하기 시작하는 온도
ASTM E659는 원유가 자체적으로 발화하는지 확인하는 데 사용되는 표준 테스트입니다. 이 테스트 방법은 균일하게 가열된 용기의 대기압에서 공기 중 액체 화학 물질의 고온 화염 및 저온 화염 자동 점화 온도를 찾는 방법을 보여줍니다.
이 테스트의 결과는 원유가 정상적으로 발화하는 최저 온도를 보여줍니다.
ASTM E659와 ASTM D2155 비교
ASTM E659는 ASTM D2155보다 자동 점화를 위해 원유를 테스트하는 최신 방법입니다. 각 방법의 도구는 다르지만 결과는 동일합니다.
ASTM D93A: 인화점 결정
ASTM D 93A는 석유 및 석유로 만든 제품의 인화점을 파악하는 방법입니다. 그러나 자체 점화 테스트는 다루지 않습니다.
인화점은 석유 기반 제품이 작은 불꽃이 불을 피우고 계속하기에 충분한 증기를 발산하는 온도입니다.
인화점 온도는 자연 발화 온도와 다릅니다. 자연 발화 온도는 물질이 외부에서 스파크 없이 스스로 연소하기 시작하는 온도입니다.
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