가스계 소화설비의 기동용 가스로 이산화탄소를 사용한다고?

가스계 소화설비의 기동용 가스로 이산화탄소를 사용하는 경우가 많다. 이산화탄소는 어떤 특성을 가지고 있는지 그리고 이산화탄소를 기동용 가스로 사용했을 때 어떤 문제가 있는지 알아 보고자 한다.

기동용기의 중요성

가. 가스계 소화설비 작동의 중요한 단추 역할

가스계 소화설비가 작동하기 위해서는 감지기가 교차회로에서 화재를 감지하여 자동으로 작동하는 방법과, 사람이 화재를 발견하고 수동으로 작동시키는 방법이 있다. 가스계 소화약제 저장용기의 봉판이 개방되어야 소화약제가 배관을 따라 방호구역에 이송되는데 그 이전 단계가 바로 기동용기의 작동이다. 기동용기가 작동을 해서 기동용기에 저장된 가스 압력으로 소화약제 저장용기의 봉판을 개방시키는 것이다.

그러므로 기동용기가 작동하지 않는 상황이라면 가스계 소화약제의 저장용기는 개방되지 않는다. 물론 사람이 직접 소화약제 저장용기가 있는 저장용기실로 달려가서 이를 개방시키는 경우는 예외로 한다. 기동용기는 가스계 소화설비가 작동하기 위한 부품에서 중요한 역할을 하므로 형식승인이나 성능인증이 필요하다. 그러나 현재는 한국소방산업기술원에서 시행하는 KFI 인정에서 기동용 가스용기에 부착하는 가스계 소화설비 용기밸브의 개방장치에 대해서만 인정을 해주고 있는 실정이다.

 

나. Feed Back System의 사용

기동용 가스용기에서 저장하고 있는 가스의 압력만으로는 수십개의 저장용기를 모두 개방하는데 역부족이다. 많은 기술사분들이 하나의 기동용 가스용기로 개방할 수 있는 용기가 10개에서 15개라고 하고 있다. 그만큼 압력이 높지 않다는 이야기다. 그래서 많은 저장용기를 사용하는 곳에서는 Feed Back System을 사용하고 있다. 첫 번째 저장용기에서 별도로 동관을 구성하여 방출 압력의 일부를 다시 기동용기로 향하게 하는 방법을 말한다. 이를 Feed Back System 또는 Return System이라 부르며, 전체 저장용기가 모두 개방될 수 있는 안정적인 압력을 얻기 위해서 이런 시스템을 사용한다. 즉, 기동용 가스용기의 압력만으로는 한계가 있다는 것을 업체에서도 알고 있다.

 

가스계 소화설비 기동용 가스용기

 

 

 

가스계 소화설비별 기동용 가스용기와 기동용 가스

가. 이산화탄소 소화설비의 가스압력식 기동장치

기동용 가스용기의 용적은 5리터 이상으로 하고, 해당 기동용 가스용기에는 질소 등의 비활성 기체를 저장하게 하고 있으며, 충전 압력은 6.0Mpa 이상(21℃ 기준)의 압력으로 충전하게 하고 있다. 또한, 기동용 가스용기에는 가스가 적정하게 충전되어 있는지 여부를 확인할 수 있는 압력게이지를 설치하도록 하고 있다.

 

나. 할론 소화설비의 가스압력식 기동장치

기동용 가스용기의 용적은 1리터 이상으로 하고, 해당 기동용 가스용기에는 이산화탄소를 사용하게 하고 있으며, 저장하는 이산화탄소의 양은 0.6kg 이상으로 하며, 충전비는 1.5 이상으로 하고 있다.

 

다. 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비의 자동식 기동장치

할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비에서는 별도의 기동용 가스용기와 내부에 저장하는 기동용 가스를 언급하지 않고 있다. 자동식 기동장치에는 수동식 기동장치를 함께 설치하게 하고 있으며, 그 방식으로는 기계식, 전기식 또는 가스압력식에 따른 방법으로 기동하는 구조로 설치하게 규정하고 있다. 그렇다보니 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비를 기동하는 방법으로 대부분 할론 소화설비에서 사용하고 있는 기동용기와 기동용 가스로 이산화탄소를 사용하고 있다.

 

라. 분말소화설비의 가스압력식 기동장치

분말소화설비는 분말 자체가 압력을 가질 수 없으므로 분말 소화약제 저장용기에 미리 가스를 축압하는 축압식, 별도로 가압용 가스용기를 두는 가압식의 방식을 사용한다. 이때 분말 소화약제를 가압하는 용기를 가압용 가스용기라고 부른다. 그리고 가압용 가스용기를 작동시키기 위해 가스압력식 기동장치를 사용하고 있다.

기동용 가스용기의 용적은 1리터 이상으로 한다. 해당 기동용 가스용기에 저장하는 가스는 이산화탄소로 하며, 이산화탄소의 저장량은 0.6kg 이상으로 하고, 충전비는 1.5 이상으로 규정하고 있다.

 

분말소화설비의 소화약제 저장탱크

이산화탄소의 특징

가. 온도에 따른 압력 변화

이산화탄소는 쉽게 액화되는 특징을 가지고 있다. 그래서 저장용기에 저장할 때에는 액화하여 많은 양을 저장한다. 이산화탄소는 31.35℃이하에서 압축하면 쉽게 압축된다. 이 때의 임계압력은 72.9atm 이다.

우리나라는 4계절의 특성상 겨울과 여름에 온도 차이가 분명하다. 아래 표에서 보는 것처럼 온도가 30℃까지 올라가는 여름철에는 이산화탄소의 압력이 55kg/㎠까지 올라가고, 온도가 –10℃까지 떨어지는 겨울철에는 압력이 25kg/㎠ 까지 낮아진다. 소화약제 저장용기의 저장실을 항상 일정한 온도로 유지하는 경우에는 문제가 발생하지 않는다. 그러나 저장용기실을 난방 또는 냉방하는 경우는 많지 않다. 결국 외부 온도변화에 그대로 유지시키는데 겨울철에는 방출 압력이 낮아지는 문제가 발생한다는 것을 표를 통해 쉽게 알 수 있다.

 

이산화탄소 성상

화재안전기준에서는 대부분 실온을 21℃를 기준으로 사용한다. 이때 이산화탄소의 압력을 보면 약 43kg/㎠에 해당한다. 그래서 실온인 21℃ 근처에서 유지되는 압력으로 저장용기를 개방하는 압력을 사용한다. 그러나 겨울철에는 영하로 내려가고 그 때에는 이산화탄소의 압력도 현저하게 저하됨과 동시에 기동라인인 동관의 길이, 체크밸브와 배관부속에서의 마찰손실 등에 따라 더더욱 압력이 저하될 것이다. 그러므로 겨울철 내부 실내온도에 따라 소화약제 저장용기를 개방할 수 있을지는 실험을 통해 가능성을 증명해야만 한다.

 

나. 압력게이지 설치 불가

이산화탄소는 임계온도인 31.35℃ 이상에서는 기체로 존재하고, 삼중점인 –57℃ 위의 온도에서는 가해지는 압력에 따라 기상과 액상으로 존재한다. 그렇다보니 실온에서는 이산화탄소가 기상과 액상으로 동시에 존재하기 때문에 압력게이지를 설치할 수 없다. 압력게이지가 없다는 것은 해당 건물의 관계자나 소방설비의 점검자가 기동용기에 저장된 가스의 누설여부를 육안으로 확인할 수 없다는 뜻이기도 하다.

온도가 낮아져 내부 압력이 현저하게 떨어지는 경우 실내 보온 또는 기동용 가스용기의 보온이 필요하다는 것을 인식해야 하는데 이를 모를 수밖에 없다. 또한, 실제 누설이 있음에도 불구하고 이 상황을 모른 채 가스계 소화설비를 유지하게 된다면, 실제 상황에서는 기동을 위한 가스압력 부족으로 저장용기의 봉판이 파괴되지 않아 소화설비가 무용지물이 될 수도 있다. 그러므로 기동용 가스용기의 가스 상태를 확인하기 위해 압력게이지를 설치하여야 할 필요성이 강조된다.

대체 가스로 무엇을 사용해야 하나

선진국에서는 이러한 문제점을 인식하고 질소 등의 불활성 기체로 대체하고 있다. 우리도 이번 기회에 이산화탄소를 사용하는 기동용기에 대한 실험을 통해 문제점을 파악하고 질소 가스 등 다른 가스로 대체해야 할 필요성이 높다 하겠다.

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