가스계 소화약제 저장용기실의 온도가 40℃ 일 때 나타나는 현상

법령에서는 뭐라고 규정하고 있을까?

이산화탄소 소화설비의 화재안전기준(NFSC 106) 제4조(소화약제의 저장용기 등)에서 저장용기의 설치장소를 규정할 때 저장용기실의 온도가 40℃ 이하인 곳이어야 하고, 온도변화가 적은 곳에 저장용기를 설치하도록 하고 있다. 온도를 40℃로 규정한 그 이유가 있을 터인데, 만약 저장용기실의 온도가 40℃가 되었을 때 어떤 상황이 발생할 수 있는지 살펴보자.

 

이산화탄소 소화설비의 저장용기

온도 증가에 따른 내부 압력 증가

가. Liquid Full 현상 발생

이산화탄소 소화약제를 비롯한 가스계 소화약제는 압력을 가하여 저장용기에 액상으로 충전한다. 그러면 저장용기에는 상온에서 액상의 공간과 기상의 공간이 존재한다. 주위의 온도가 올라가면 액상의 소화약제가 기화되기 시작하여 기상의 공간을 꽉 채우게 된다. 그러면 저장용기의 내부 압력도 동시에 올라가는데 온도가 상승해도 더 이상 증발할 수 없는 상태, 즉 저장용기 내부의 액상과 기상의 포화증기압 선도가 만나는 곳이 발생한다. 저장용기 내부의 압력이 최대로 상승해 있는 상태를 Liquid Full 이라고 부른다.

 

나. 충전비와 Liquid Full 도달 시간과의 관계

이산화탄소 소화약제는 충전비가 낮을수록(1에 가까울수록) 할로겐화합물계에서는 최대 충전밀도를 초과할수록 Liquid Full 현상이 빨리 도달한다. 충전비가 낮다는 것은 한정된 용기에 소화약제의 저장량이 많다는 것을 의미한다. 결국 저장용기 내부에서 액상의 공간 대비 기상의 공간이 적다는 것을 의미한다. 액상의 소화약제가 기화를 해야 하는데 기상의 공간이 작으므로 더 이상 기화할 수 없는 상태에 빨리 도달하게 된다. 그러므로 소화약제의 저장량이 많을수록, 즉 충전비가 낮을수록 Liquid Full 현상에 빨리 도달한다.

 

 

어떤 영향이 있나?

가. 저장용기에 악영향 발생

Liquid Full 현상은 액상의 소화약제가 더 이상 기화할 수 있는 공간이 없다는 것을 말한다. 그리고 저장용기 내부의 압력이 한계에 달했다는 것을 의미한다. 비록 저장용기의 내압시험 압력은 더 높지만 언제든지 작은 충격이나 균열에도 터져 나갈 수 있다는 것을 의미한다. 그러므로 규정된 온도 이상으로 올라가는 것은 가장 먼저 저장용기에 악영향을 미친다.

 

방출 압력에 의해 손상을 받을 수 있는 배관 부속품

나. 방출시 배관, 부속품, 손상

더 중요한 것은 배관부속의 낮은 호칭압력이 문제다. 고압식의 경우 개폐밸브 또는 선택밸브의 2차측 배관부속은 호칭압력 2.0Mpa 이상의 것을 사용하여야 하며, 1차측 배관부속은 호칭압력 4.0Mpa 이상의 것을 사용하여야 한다. 그리고 저압식의 경우에는 2.0Mpa 이상의 압력에 견딜 수 있는 배관 부속을 사용하도록 하고 있다.

실온인 20℃에서의 압력과 40℃에서의 저장용기 내부의 압력이 현저한 차이를 보인다. 시중에서 가장 많이 사용하는 충전비 1.5인 저장용기의 경우 20℃에서는 70Kg/㎠를 보이는 저장용기 내부 압력이 40℃가 되면 약 110Kg/㎠ ~ 130Kg/㎠까지 올라간다. 그럼에도 1차측 배관 및 부속의 호칭압력이 4.0Mpa 이상의 것을 규정하고 있어서 온도가 올라갈수록 배관과 배관 부속에 엄청난 압력으로 작용하게 된다.

 

다. 배관의 파손으로 방호구역에 소화약제 방출 불가

저장용기실의 온도가 규정 온도를 넘으면 배관과 각종 부속에는 엄청난 부담으로 작용한다. 저장용기실의 온도가 40℃가 되면 저장용기 내부 압력이 약 110Kg/㎠ ~ 130Kg/㎠까지 올라가므로 선택밸브를 포함한 배관과 배관 부속에도 강한 압력이 도달하게 된다. 헤드까지 이어지는 배관과 각종 부속들이 이 압력을 감당할 수 있을지가 의문이다. 엘보우나 티(Tee) 하나만 파손 되어도 방호구역에 설치된 헤드까지 소화약제가 도달하지 못한다. 배관의 파손으로 약제가 방출되지 못해 소화에 실패한다는 결론에 이른다.

 

가스게 소화설비의 부속 및 기기류

이런 현상을 예방하려면

가. 냉방장치와 온도 센서 설치

최초 이산화탄소 소화설비의 설계 당시부터 여름철 또는 공장 열기에 의한 저장실 주위의 온도가 40℃를 넘을 것이 예상되는지 살펴보아야 한다. 만약 최대 온도가 40℃를 넘을 것으로 예상되는 때에는 소화약제 저장용기실 내부에 냉방장치가 필히 설치되어야 한다. 그리고 저장용기실에 온도 센서를 설치하고 35℃가 넘어가면 제어반에 표시되게 하여 관계자가 저장용기실의 온도 변화를 실시간으로 알 수 있도록 하여야 한다.

 

나. 배관부속의 호칭압력 개선

현행 가스계 소화설비의 화재안전기준에서 배관부속의 호칭압력에 대한 규정은 너무 낮다. 소화약제 저장실의 온도가 최대 40℃까지 올라갈 것을 예상하면서도 1차측 4Mpa, 2차측 2Mpa 이상으로 규정하고 있다. 40℃일 때에도 배관과 부속이 버티려면 선택밸브 1차측 배관부속의 허용압력은 13Mpa 이상이 되어야 한다. 그러므로 여유율을 두어 동관의 허용압력과 동일하게 16.5Mpa 이상으로 하는 것을 제안해 본다.

 

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