수온상승 방지를 위한 순환배관과 릴리프밸브

1. 소화펌프의 체절운전이란

펌프가 작동하지만 토출량이 없는 상태 즉 토출량이 0인 상태에서 펌프가 작동하는 것을 체절운전이라고 한다. 즉 펌프의 임팰러(Impeller)가 회전하면 물이 배관을 따라 이동되어 방수되어야 하는데, 이러한 물의 흐름이 없는 상태에서 펌프만 작동하여 배관 내부의 압력이 상승한 상태를 체절운전 상태라고 말한다.

2. 체절운전이 발생하는 이유

가. 게이트밸브의 폐쇄

펌프의 토출측 주배관의 게이트밸브를 폐쇄하면 체절운전이 발생한다. 이는 관계자가 주배관의 게이트밸브를 임의적으로 폐쇄한 경우와, 펌프의 성능시험을 하기 위해 의도적으로 게이트밸브를 폐쇄하는 경우가 있다. 두가지 모두 게이트밸브가 폐쇄되면 펌프가 작동함에도 배관의 물이 토출되지 않아 체절운전이 발생한다.

 

나. 화재 초기 하나의 헤드 개방

이는 스프링클러설비에서 화재 초기에 나타나는 현상이기도 하다. 화재 초기에는 감열되어 개방된 헤드 하나 또는 두 개 정도에서 소화수가 방수되게 된다. 폐쇄형 헤드 하나가 개방되면 80ℓ/min의 소화수가 방사되는데, 설치된 가압송수장치인 펌프는 정격토출량이 훨씬 높다.

 

다. 펌프의 정격 토출량에 미치지 못하는 방수량

즉 기준개수에 해당하는 30개 헤드가 개방될 것으로 계산하여 1분당 송수량을 2,400ℓ/min 이상이 되는 성능의 펌프를 설치한다는 것이다. 그러면 화재 초기에는 2,400ℓ/min 성능의 펌프가 기동하여 겨우 80ℓ/min의 소화수량을 방수하는 것이므로 거의 체절운전 상태가 유지되는 것이다.

 

라. 주펌프는 자동으로 정지하지 않는다.

주펌프 및 예비펌프는 일단 기동하면 자동으로 정지하지 않는다. 그 이유는 헤드의 소량 개방으로 인해 그리고 압력챔버의 공기 부족으로 인해 단속운전이 발생하는 것을 방지하기 위해서이다. 그러므로 일정 압력을 넘어서면 펌프가 정지해야 하는데, 정지하지 않도록 설정되어 있으므로 체절운전이 발생하는 것이다.

3. 체절운전이 발생하면 수온이 상승된다.

가. 체절운전은 수온을 상승시켜 기포가 발생된다.

체절운전이 장시간 이루어지면 내부 온도가 자연스럽게 상승하게 된다. 이렇게 배관 내부 수온의 온도가 상승하게 되면 포화증기압에 의해 유체가 증발하여 기포를 형성하게 된다. 기포는 배관 내에서 움직이다가 임펠러 쪽으로 이동하게 된다.

 

나. 수온상승은 펌프의 고장 원인이 된다.

임팰러에서 기포가 파괴되면서 소화펌프 작동에서 염려하는 캐비테이션 현상(공동현상)을 일으켜 소음과 진동을 발생시키고 임팰러에 손상을 유발하게 된다. 결국 체절운전은 수온의 상승으로 이어지고, 수온의 상승으로 인한 기포가 발생하여 펌프의 고장을 초래한다.

4. 수온상승을 방지하기 위한 순환배관의 설치

가. 순환배관을 20mm 이상으로 설치하는 이유

펌프의 토출측에서 체크밸브 이전에 구경 20mm 이상의 순환배관을 설치하도록 규정하고 있다. 현장에서는 주로 25mm의 배관을 사용하므로 순환배관도 대부분 25mm로 설치한다. 최소한 이정도 이상의 구경은 되어야 일정량의 물을 순식간에 배출해 줄 수 있고 펌프의 안전성을 도모할 수 있으므로 20mm 이상의 배관으로 설치하라고 규정하고 있다.

 

나. 개폐밸브의 설치 금지

순환배관에는 개폐밸브를 설치하지 않는다. 릴리프밸브 자체가 개폐밸브의 역할을 하기 때문이다. 만약 순환배관에 개폐밸브를 설치하게 되면 점검 또는 고장 수리를 위해 개폐밸브를 폐쇄한 상태로 유지하게 될 수도 있기 때문이다. 그러면 펌프에 체절운전이 발생했을때 순환배관의 역할을 하지 못해 펌프가 고장이 나게 되므로 순환배관에는 개페밸브를 설치하면 안된다.

 

다. 순환배관의 연결 방향

순환배관의 방향은 배수로를 통해 수조로 다시 들어가게 하는 방법 또는 물올림장치로 이어지게 하는 방법이 있다. 어느 것이든 순환배관을 통해 토출된 물이 바닥에 흥건히 흐르게 하면 안된다.

5. 릴리프밸브(Relief Valve)의 설치

 

순환배관에 릴리프밸브의 설치

가. 릴리프밸브의 설치 목적

순환배관을 설치하는 이유는 순환배관에 릴리프밸브를 설치하기 위해서이다. 릴리프밸브는 유체가 흐르는 배관에서 일정한 압력이 되면 개방되는 밸브를 말한다. 따라서 펌프가 체절운전을 하여 정해진 압력 이상이 되는 경우 릴리프밸브가 개방되도록 설치하면 된다. 이렇게 체절압력이 형성되기 전에 릴리프밸브가 개방되면 물이 일정량 토출되므로 수온이 상승되는 것을 막을 수 있고 더불어 펌프의 손상도 예방할 수 있다.

 

나. 릴리프밸브의 개방압력

체절운전 압력은 펌프 정격토출압력의 140%를 초과하지 않아야 하므로 릴리프밸브는 체절운전 압력에 도달하기 전에 개방될 수 있도록 설치하면 된다. 체절운전이 발생할 수 있도록 주배관의 게이트밸브를 폐쇄하고 펌프를 기동시킨 후 체절운전압력 이전에 릴리프밸브가 개방되도록 밸브 윗부분의 조절나사를 돌려서 세팅한다.

 

릴리프밸브

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