이산화탄소 소화설비에서 저압식 저장용기를 사용하면 파생되는 문제

이전 포스팅에서는 저압식 저장용기를 사용하면 어떤 장점이 있는지에 대해 살펴보았다. 이번에는 이산화탄소 저장용기 중 저압식 저장용기를 사용했을 때 야기되는 문제점을 짚어본다.

 

이산화탄소 저압식 저장용기의 부속 설비

저압식 저장용기의 특징

가. 낮은 온도로 이산화탄소를 쉽게 액화 가능하다.

저압식 저장용기는 용기 내부의 온도가 영하 18℃ 이하에서 2.1Mpa의 압력을 유지할 수 있도록 자동냉동장치를 설치한다. 이산화탄소의 특성에 따라 낮은 온도로 냉각해서 쉽게 액화시키는 것이다. 다만, 낮은 온도에도 불구하고 저장용기에서의 저장압력은 최소 2.1Mpa 이상으로 하여 출발압력을 기준삼아 놓았다.

 

나. 충전비에 따라 많은 이산화탄소 소화약제를 저장 가능하다.

저압식 저장용기는 충전비가 1.1 이상 1.4 이하이므로 저장용기의 내용적에 거의 꽉 차게 액화된 이산화탄소를 저장하게 된다.

 

다. 낮은 압력이므로 설비비가 저렴하다.

내부 저장 압력이 2.1Mpa 정도 이므로 고압이 걸리지 않는다. 고압식의 저장용기는 내압시험 압력이 25Mpa을 견뎌내야 하므로 두껍게 제작되지만, 저압식 저장용기는 내압시험 압력이 3.5Mpa로서 두껍게 제작하지 않아도 된다. 또한 배관의 스케줄도 40 이상의 것을 사용하면 되므로 설비비가 줄어든다.

 

고압식 이산화탄소 저장용기

어떤 문제가 있는가?

가. 별도의 소화약제 저장용기실에 설치해야 한다.

이산화탄소 소화약제의 저장용기는 방호구역 외의 장소에 설치하도록 하고 있어서 별도의 소화약제 저장용기 저장실을 설치한다. 방호구역 내에 설치할 수 있는 단서 조항이 있으나 대 전제가 방호구역 외의 장소이므로 실무에서도 대부분 별도의 장소에 설치한다. 방호구역 근처에 설치하면 다행이지만 소화약제 저장용기실은 항상 지하나 건물의 중요부분이 아닌 시야에서 잘 보이지 않는 위치에 설치된다.

 

나. 방출 경로가 되는 배관의 길이가 길어진다.

이는 배관의 길이가 길어진다는 것을 의미한다. 저장용기실과 방호구역이 멀면 멀수록 배관의 길이는 길어진다. 저장용기의 전제조건이 저압식인데 배관의 길이가 길어지면 저압으로 출발한 압력이 헤드에서 1.05Mpa 이상의 방출압력으로 나오겠는가 하는 문제가 발생한다.

 

 

다. Vapor Delay Time 발생

저압식 저장용기는 저장 온도가 –18℃ 이하이므로 초저온 상태에서 저장된다. 그런데 배관으로 방출이 시작되면 배관의 온도는 상온인 20℃에 해당하므로 배관으로부터 열을 흡수하여 배관 내에서 이산화탄소가 기화되기 시작한다. 기화된 이산화탄소는 체적이 커지면서 마찰손실로 인해 액체의 진행을 느리게 한다. 결국 헤드에서 액상의 이산화탄소가 방출되어야 하는데 길어진 배관 내부에서 기화되는 이산화탄소의 양이 많을수록 헤드에서의 방출 개시시간은 더 늦어진다. 이렇게 기화되는 이산화탄소 때문에 헤드에서 액상의 이산화탄소 소화약제의 방출이 늦어지는 시간을 Vapor Delay Time 이라고 한다. Vapor Delay Time이 길어질수록 소화농도에 이르는 시간이 늦어지고, 화재가 확산되 이후에야 화재가 진압되는 결과를 초래한다.

 

라. 자동냉동장치의 고장

저압식 저장용기는 –18℃ 이하에서 2.1Mpa의 압력을 유지하여야 한다고 했다. 온도가 중요한 것이 아니라 사실은 2.1Mpa이라는 압력이 중요하다. 이것이 최소 저장압력이고 출발압력이기 때문이다. 2.1Mpa에 해당하는 온도가 –18℃이다. 그래서 최소 저장압력을 유지하기 위해 또한 –18℃ 이하로 저장하기 위해 자동냉동장치를 설치해야 한다.

기계는 언제든지 고장이 발생할 수 있다. 자동냉동장치가 고장나면 당연히 저장용기 내부의 온도가 올라갈 것인데, 별도의 압축압력이 없으므로 내부의 이산화탄소가 기화되기 시작한다. 충전비 1.1의 경우라면 저장용기 내부의 기상공간이 10%도 안되는 상태인데 점차적으로 내부 압력이 증가한다. 그러므로 온도가 올라가 내부 압력이 변화하면 압력경보장치가 경보를 하도록 하고, 계속적으로 압력이 올라가는 경우 안전밸브가 먼저 개방되고 그 이후에 봉판이 터져나가게 하는 것이다.

 

저압식 저장용기의 압력계

왜 압력경보장치는 2.3Mpa 이상 1.9Mpa 이하의 압력이 되면 작동하는가?

가. 내부 압력이 2.3Mpa 이상이라는 것

이 상황은 자동냉동장치가 고장나서 –18℃ 이하를 유지하지 못하고 내부 온도가 올라갔다는 것을 의미한다. 온도의 상승으로 기화되는 이산화탄소 때문에 내부 압력이 상승하는 것이므로 관계자의 빠른 확인이 필요하다.

 

나. 1.9Mpa 이하가 되었다는 것

저압식 저장용기에서 이산화탄소의 누설이 있거나, 자동냉동장치에 의해 온도가 너무 내려가서 저장용기의 저장압력이 낮아졌다는 것을 의미한다. 낮은 온도일수록 Vapor Delay Time이 많이 발생하고, 출발압력이 2.1Mpa 이하로 낮아져 헤드 방출압력과 방출시간을 충족할 수 없기 때문이다.

 

 

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