저압식 이산화탄소 소화설비에서 스케줄 40 이상인 배관을 사용하는 이유가 뭘까

스케줄 번호가 뭐지?

가. 스케줄에 대한 의미

배관 스케줄 번호(Schedule Nnumber)이란 배관의 두께를 나타내는 것이다. 기호로는 줄여서 SCH No, 또는 SCH, 또는 #로 표현한다. 배관의 스케줄이 높으면 두께가 두껍다는 것이고 스케줄이 낮으면 두께가 얇아진다는 것을 의미한다.

배관의 두께를 나타내는 스케줄은 숫자를 사용해서 구분한다. 5, 5s, 10, 10s, 30, 40, 40s, 60, 80, 100, 120, 140, 160 이렇게 표시한다. 숫자 뒤에 s가 붙은 것은 스테인리스 스틸 배관이라는 의미로 해석하면 된다.

 

압력 배관 스케줄표(출처 : 이스틸마켓)

나. 배관 스케줄의 역사

산업혁명 초기에는 배관의 내경을 중심으로 배관의 치수를 결정했다. 그 당시에는 Iron 배관의 두께가 그리 중요하지 않았다. 배관의 크기는 다양했지만 두께는 크게 관심을 두지 않았다. 왜냐하면 Iron 배관을 사용하던 초기에는 증기기관의 스팀 압력을 감당할 수 있을 정도면 충분했기 때문이었다. 그러므로 배관의 크기에 따라 정해진 두께가 있었으니 그것을 Standard(STD) 라고 불렀다.

그러나 산업이 발전하면서 배관의 압력에 따라 배관의 두께가 중요시되면서 내경만을 가지고 배관을 구분할 수 없게 되자 배관의 두께를 중요시하게 되었다. 같은 재질 같은 크기라도 감당해야 할 압력에 따라 두께가 변화하기 시작했고 이를 구분하고 표시해야 할 필요가 생겼다. 그래서 배관의 크기를 표현하기 위해 NPS(Normal Pipe Size)와 배관의 두께를 표현하기 위해 Schedule(SCH) 이라는 시스템을 이용하기 시작했다.

 

다. 배관 스케줄 계산방법

배관 스케줄 계산식

스케줄을 계산하는 방법은 두 가지인데 사실은 같은 식이다. 분모로 사용되는 배관의 허용응력의 단위를 Kg/㎠로 할 것인가 Kg/㎟로 할 것인가의 차이에 따라 1,000을 곱하기도 하고 10을 곱하기도 한다. 그러므로 단위 환산만 된다면 첫 번째 방법만 알고 있으면 편하다.

 

 

화재안전기준에서의 규정

이산화탄소 소화설비의 화재안전기준(NFSC 106) 제8조(배관 등)에 규정되어 있는 이산화탄소 소화설비의 배관 설치기준을 살펴보자. 강관을 사용하는 경우의 배관은 압력배관용 탄소강관(KS D 3562) 중 스케줄 80(저압식은 스케줄 40) 이상의 것 또는 동등 이상의 강도를 가진 것으로 아연도금 등으로 방식처리된 것을 사용라고 하였다. 다만, 배관의 호칭구경이 20mm 이하인 경우에는 스케줄 40 이상인 것을 사용할 수 있다고 되어 있다.

이산화탄소 소화설비의 고압식 저장용기에는 충전비에 따라 11Mpa ~ 13Mpa의 압력으로 저장이 되고, 저압식 저장용기에는 2.1Mpa 이상의 압력으로 저장되어 있다. 고압식 이산화탄소 소화설비는 상온에서의 저장압력이 높으므로 출발압력도 높고 배관 내부의 통과 압력도 높다. 그래서 고압식은 SCH 80 이상의 것을 요구하고 있다. 저압식 이산화탄소 소화설비는 저장압력 자체가 낮으므로 SCH 40 이상인 압력배관용 탄소강관으로 설치할 것을 규정하고 있다.

 

저압식 이산화탄소 소화설비 배관 및 부속

스케줄 40 이상의 배관을 사용하는 이유

가. 소화약제 저장압력과 배관의 통과압력이 저압이다.

저압식 이산화탄소 소화설비에서 배관은 스케줄 40을 사용하게 하고 있다. 스케줄 80에 비해 두께가 얇은 것을 사용하는 이유는 먼저 저장압력이 2.1Mpa의 저압이기 때문에 굳이 스케줄 80의 것을 사용하지 않아도 된다. 저압식은 고압식에 비해 저장압력이 1/5 수준이므로 이 압력을 견뎌내기 위해 SCH 40 이상인 압력배관용 탄소강관이면 충분하다.

 

나. 배관 무게를 경량화 시킬 수 있다.

스케줄이 작아지면 배관의 두께가 얇아지는 것이므로 가격이 낮아지는 것을 물론이요 배관의 무게도가 경량화 된다. 벽과 천장에 이산화탄소 소화배관을 지지하는 지지대를 설치해야 하는데 배관이 가벼운 만큼 지지하기가 편리하다. (유)금강기업의 자료에 따르면 압력배관용 탄소강관(KS D 3652)의 호칭지름이 40mm인 경우 스케줄 40이면 4.10Kg/m 인데 스케줄 80이면 5.47Kg/m의 무게가 된다. 이는 1미터 당 스케줄 번호에 따른 배관 무게의 변화를 보여주는 것이므로 전체 설비에서의 배관 무게는 많은 차이가 난다. 특히 이산화탄소 소화설비는 물분무등소화설비의 한 종류이므로 내진설계 대상이다. 배관이 경량화 될수록 내진 설계에도 긍정적이다.

 

다. Vapor Delay Time을 감소시키기 위해서이다.

저압식 이산화탄소 소화설비의 배관을 스케줄 40 이상으로 것으로 하는 이유 중 가장 큰 이유는 Vapor Delay Time을 감소시키기 위해서 이다. 저압식 이산화탄소 소화설비의 소화약제 저장탱크 내부의 저장온도는 –18℃ 이하이다. 저온이다 보니 소화약제가 방출될 때 배관의 열을 흡수하여 배관 내에서 기화가 된다. 기화된 이산화탄소 때문에 배관을 흐르는 마찰손실이 증가하고 헤드에서 액상인 이산화탄소가 주를 이루어 배출하는데 까지 시간이 많이 소요된다. 이러한 Vapor Delay Time 은 배관의 두께에도 영향을 받는다. 두께가 두꺼울수록 즉 스케줄이 클수록 배관 전체를 냉각시키는데 소요되는 시간도 길어진다. 결국 Vapor Delay Time이 길어진다. 그러므로 저압식 이산화탄소 소화설비에 사용하는 배관은 두꺼우면 두꺼울수록 소화가 늦어져 실패할 확률이 높아지기 때문에 SCH 40 이상의 것을 사용하는 것이다.

 

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