제1편 소방시설의 구조·점검·실습(5)
⚬ 이산화탄소 소화약제의 주된 소화효과
1) 질식작용 : 공기 중에 산소농도는 21% 이나 이산화탄소 방사 시 산소농도를 15% 이하로 하여 질식
2) 냉각작용 : 이산화탄소 방사 시 Joule Thompson 효과에 의해 주위의 열을 훕수하는 냉각효과
⚬ 할론소화약제의 특징
1) 약간의 냉각·질식효과가 있으나, 주된 소화효과는 화학소화(억제효과)이다.
※ 억제효과 : 산화력이 큰 할로겐원소(F, Cl, Br, I 등)들이 연소 시에 활성기(OH, O, H)와 반응하여 연소를 억제하는 효과
2) 할로겐 원소는 원자의 전기음성도가 작을수록 빨리 분해되므로 라디칼포착제의 역할이 용이하여 F < Cl < Br < I 로 소화력이 증가된다.
3) 할론소화약제의 종류
⚬ 할론소화약제 분사헤드의 방사시간 : 10초 이내
HF 등의 분해 독성물 발생에 따른 인명피해를 방지하고, 소화가능 농도에 도달하는 시간을 짧게 하여 신속히 화재를 진압하기 위해서, ISO를 비롯한 모든 국제기준에서 동일하게 적용되는 10초를 준용하였다.
⚬ 할로겐화합물 및 불활성기체 소화약제의 특징
1) 정의 : 할로겐화합물(할론 1301, 할론 2402, 할론 1211 제외) 및 불활성기체로서 전기적으로 비전도성이며 휘발성이 있거나 증발 후 잔여물을 남기지 않는 소화약제를 말한다.
2) 소화효과
3) 종류
가. 할로겐화합물 소화약제
나. 불활성기체 소화약제
⚬ 소화농도와 설계농도
1) 소화농도
가. 불꽃소화농도 : Cup-burner 장치를 이용해 불이 꺼질 때의 소화약제 농도
나. 불활성화농도 : 가연성가스와 공기가 함께 섞여 있는 가연성혼합물을 불연성혼합물로 만드는데 필요한 최소소화약제 농도
2) 설계농도
가. 설계농도는 소화농도에 안전율을 고려한 값이다. 따라서 설계농도 값이 소화농도 값보다 크다. 대부분의 가연물의 경우 불활성화농도가 불꽃소화농도보다 30~40% 크며, 안전율을 고려한 설계농도로 적용할 경우 가연성혼합기의 폭발가능성 유무에 따라 구분하여 적용한다.
나. 가연성혼합기가 폭발가능성은 없고 확산연소 등 연소만 일어나는 경우에는 불꽃소화농도에 안전율을 고려한 설계농도를 적용한다. 국내기준에 적용되는 가스계소화약제의 소화농도는 불꽃소화시험에 의한 소화농도(불꽃소화농도)에 안전율을 고려한 결과값이다.
⚬ 이산화탄소의 설계농도
1) 이산화탄소가 설비에 적용되어 방사되는 경우, 소화효과를 위해 고농도로 장시간 방사되는 형태를 가진다. 약제의 누출이 방호구역에서 발생되는 자유유출(Free efflux)이라는 관점에서 소화약제량 산정식이 구해진다.
2) 그러나 이산화탄소의 최소 소화농도는 실험이 아닌 계산에 의해 선정해서 사용하는 것이 관례화되어 있다. 이는 이산화탄소의 물성이 동일하며 오랫동안 수계산을 해온 전통적인 가스계소화설비이기 때문이다.
3) 이산화탄소의 최소이론농도는 무유출이론(No efflux)을 적용한 아래의 식에 최소산소농도(MOC) 15%를 대입하여 구하면 28%가 된다.
4) 이산화탄소의 최소설계농도는 여기에 안전율 20%를 고려하여 1.2를 곱해서 34%가 되며, 어떠한 경우에도 설계농도가 34% 미만이 되어서는 안 된다. 이산화탄소의 최대설계농도는 질식소화가 주된 소화효과이기에, 산소농도를 15% 이하로 유지해야 질식 소화효과가 있으므로 상한값을 제한하는 것은 의미가 없다.
⚬ 할로겐화합물 및 불활성기체소화약제의 설계농도
1) A급 화재에 대한 할로겐화합물소화약제의 소화시험 기준은 UL Standard 2166기준을 적용한 불꽃소화시험, 불활성가스소화약제는 UL Standard 2127 기준을 적용한 불꽃소화시험을 한다.
2) B급 화재의 경우 “컵 버너 시험(Cup burner test)”에 따라 불꽃소화시험을 행하여 결정한다.
3) 최소설계농도는 A급 및 C급 화재에는 불꽃소화농도에 안전율을 고려하여 1.2배를 곱한 값이고, B급 화재에는 컵 버너 시험에 의한 불꽃소화농도에 안전율을 고려하여 1.3배를 곱한 값이다.
4) 최대설계농도를 설정하는데 중요한 고려인자는 인간에 대한 위험성이다. 주요 위험성은 불활성계열은 산소결핍, 할로겐계열은 심장발작이다.
5) NFPA 기준에서는 이러한 심장발작의 위험이 있는 할로겐 가스계 소화약제의 인명노출안전을 위해 2가지 반응치를 정의하고 있는데, 이것이 NOAEL과 LOAEL이다. 불활성계열은 저산소 분위기에서 인체에 생리학적 영향을 주는지의 여부에 의해 No Effect Level(NEL)과 Low Effect Level(LEL)로 표현한다.
6) 최대설계농도는 이런 인간에 대한 안전성강화 측면에서 최대허용설계농도란 표현으로 화재안전기준에 적용되었으며, 할로겐 가스계 소화약제는 NOAEL이, 불활성계열은 No Effect Level(NEL)이 기준이 된다.
⚬ 가스계 소화약제 상호비교
1) 소화약제가 방호구역에 방사되는 경우, 약제의 유출상황을 3가지 경우로 나누어 볼 수 있다.
가. 완전치환 : 방사된 약제 부피만큼 실내공기만 외부로 배출되는 경우
나. 자유유출(Free efflux) : 방사된 약제 부피만큼의 실내공기와 소화약제가 혼합되어 외부로 배출되는 경우
다. 무유출(No efflux) : 방호구역이 완전 밀폐되어 소화약제의 유출이 없는 경우
2) 이산화탄소와 불활성가스 소화약제는 주된 소화효과가 질식 소화효과이기에 방사되어야 하는 방사량이 많고 설계농도가 높다. 따라서 자유유출(Free efflux) 상태의 이론을 적용한다.
3) 반면에 할론과 할로겐화합물소화약제는 주된 소화효과가 부촉매(억제) 소화효과로 상대적으로 소화성능이 우수하여 방사되어야 하는 방사량이 적고 설계농도가 낮다. 또한, 약제의 독성으로 인한 방사시간이 10초로 매우 짧다. 이런 이유로 인해 무유출(No efflux) 상태의 이론을 적용한다.
⚬ 설계농도 유지시간(ST : Soaking Time)
1) 감지기 동작시간(교차회로로서 2개 회로 감지기)
가. 1개 회로 동작 시 : 화재경보 발신
나. 2개 회로 동시 동작 시 : 약제방출 기동장치 동작
2) 시간지연장치 동작시간 : 가스계소화설비에는 소화약제가 방출되기 전에 인명대피를 위한 시간지연장치를 설치한다. 일반적으로 교차회로 2개의 감지기가 동작되면 약 30초의 지연시간 후에 소화약제가 방출된다.
3) 소화약제 방출시간(Discharge Time) : 소화약제 방출시점부터 방호구역 각 부분에 설계농도가 95% 이상이 될 때까지의 시간은 이산화탄소 소화약제 및 불활성기체 소화약제는 방출시간이 60초 이내이고, 할론 및 할로겐화합물 소화약제는 방출시간이 10초 이내이다.
4) 설계농도 유지시간(ST : Soaking Time)
가. 가스계소화설비는 소화약제 방출 후 일정시간 농도를 유지해야만 소화가 가능한데 이 일정시간을 Soaking Time이라고 한다.
나. 설계농도 유지시간(Soaking Time) 동안 일정농도를 유지하기 위해서는 방호구역에서 소화약제의 누출이 없어야 하나, 부득이한 경우에 그 개구부에 대한 약제를 보상하여 설계농도를 유지하고 있다.
⚬ 이산화탄소소화설비 약제저장방식의 분류
⚬ 할로겐화합물 및 불활성기체소화설비 약제저장방식의 분류
1) 할로겐화합물 소화약제는 질소로 축압하여 저장하고, 상온에서 자체증기압이 높은 HFC-23은 자체 증기압을 이용한다.
2) 불활성기체 소화약제는 상온에서 기체상태이기에 용기 내 압축 가압하여 저장한다.
⚬ 약제방출방식에 의한 분류
1) 전역방출방식 : 방호구역 전체에 소화약제를 방출하는 방식
2) 국소방출방식 : 방호구역 내에서 일부 방호대상에만 소화약제를 방출하는 방식
3) 호스릴방식 : 사람이 직접 소화약제 저장용기의 호스를 화점에 끌고가서 소화약제를 방출하는 방식
⚬ 기동장치에 의한 분류
1) 수동기동방식
가. 저장용기 직접개방방식 : 약제 저장용기를 직접 손으로 개방하는 방식으로 가장 단순한 방식이다. 수동으로 개방하는 것으로서, 안전핀(Safety Clip)을 이탈시키고 니들밸브(수동용 누름버튼)를 눌러 직접약제 저장용기를 개방하는 방식이다.
나. 기동용기함 전자밸브(솔레노이드밸브) 직접개방방식 : 화재발견 시 관계자나 조작자 등에 의해 기동용기함 전자밸브(솔레노이드밸브)에 부착되어 있는 수동조작버튼의 안전핀(Safety Clip)을 제거한 다음 직접 눌러 기동용기를 개방한다. 개방된 기동용기의 방출가스(이산화탄소 또는 질소가스)는 동관을 따라 약제 저장용기로 흘러 방출 가스압력에 의해 약제 저장용기의 봉판이 파괴되고 동시에 소화약제가 방출되는 방식이다.
다. 전기적 원격 수동개방방식 : 기동장치에 전기를 사용하는 방식으로 방호구역 출입구 외부 인근에 부착되어 있는 수동조작함의 누름버튼을 누르면 약 30초의 지연시간 후에 기동용기함의 전자밸브(솔레노이드밸브)를 개방하는 방식이다.
※ 지연시간 이후에 가스계 소화약제가 방출되는 이유는 가스계 소화약제의 경우 사람이 있는 곳에 방출하는 경우 질식사 등 인명피해를 줄 수 있으므로 감지기 동작 또는 수동조작함의 누름버튼을 누른 경우 사이렌 경보 발생 및 약 30초간의 피난시간을 주는 것이다.
2) 자동기동방식
가. 전기식 : 약제 저장용기에 니들밸브 대신 솔레노이드밸브를 직접 설치하여 전기적 작동에 의해 약제 저장용기를 직접 개방시켜 소화약제를 방출하는 방식이다. 약제 저장용기를 7병 이상 동시에 개방하는 설비에 있어서는 2개 이상의 용기에 솔레노이드 밸브를 설치해야 한다.
나. 가스압식 : 가스계 소화설비에서 가장 일반적인 기동방법이다. 교차회로 감지기 2개 회로의 동작신호에 따라 솔레노이드 밸브의 파괴침이 격발되면 소형의 기동용기 내에 있는 기동용 가스(이산화탄소 또는 질소가스)가 동관을 통하여 방출된다. 이때 방출된 가스압에 의해 용기밸브에 부착된 니들밸브의 니들핀이 용기 안으로 움직여 약제 저장용기의 봉판을 파괴하고 방출되는 가스(소화약제)는 집합관을 따라 개방된 선택밸브를 거쳐 방호구역 내로 가스(소화약제)를 방출하게 된다.
다. 기계식 : 국내에서는 미시공으로 알려져 있으며, 열에 의해 감지기의 공기가 팽창하면 튜브를 통해 미세한 팽창압력이 전달되어 용기밸브에 부착된 Pneumatic Control Valve의 기계적 동작에 의해 용기밸브가 개방되는 방식이다.
⚬ 가스계소화설비 주요 구성요소(가스압식 기준)
1) 약제 저장용기 : 화재 진압용 소화약제
2) 기동용 가스용기 : 솔레노이드밸브(전자밸브) 파괴침 격발에 의해서 개방되며 방출된 기동용 가스는 동관을 따라 선택밸브 개방 및 약제 저장용기를 개방시키는 주압력원이 된다
3) 솔레노이드밸브(전자밸브)
가. 교차회로 감지기 동작에 의하여 30초 지연시간 이후 파괴침 격발
나. 방호구역 출입문 인근에 있는 수동조작함의 수동조작버튼을 누르면 30초 지연시간 이후 파괴침 격발
다. 솔레노이드밸브에 부착된 수동조작버튼을 안전클립(안전핀) 제거 후 누르면 파괴침 즉시 격발
4) 선택밸브 : 2개소 이상의 방호구역 또는 방호대상물이 있는 경우 약제 저장용기를 공용으로 사용하는 경우 사용하는 밸브(화재 신호를 받은 방호구역의 선택밸브만 개방되어 해당 구역에만 약제 방출)
5) 압력스위치 : 선택밸브 2차측에서 방출된 약제 압력을 이용하여 압력스위치의 버튼을 튀어나오게 하며(접점신호에 따라 감시제어반에 신호 송출) 신호를 받은 감시제어반(수신반)은 방호구역 출입구 상단에 설치된 방출표시등을 점등시키게 된다
6) 방출표시등 : 압력스위치 작동에 의해 점등되며 방호구역 안으로 거주자의 진입을 방지할 목적으로 설치된다
7) 수동조작함(수동식기동장치) : 방호구역 출입구 외부 손잡이 인근에 설치되며 수동조작함의 조작버튼을 누르면 지연시간(30초) 이후에 솔레노이브 밸브가 격발된다. 방출지연스위치(수동조작버튼 누른 후 방호구역 내에 인명이 확인되는 경우 약제 방출을 지연시키는 용도), 보호장치, 전원표시등으로 구성된다
8) 방출헤드 : 가스계 약제 방출헤드
9) 피스톤릴리저 : 가스계소화약제 방출 시 설계농도에 도달하기 위해서 개구부(출입문, 창문, 환기구 등) 및 덕트 내 급·배기 댐퍼가 폐쇄되어야 한다. 피스톨릴리저는 소화약제의 방출압력을 이용하여 급·배기 댐퍼 등을 폐쇄하는 용도로 사용된다.
10) 댐퍼복구밸브 : 일부 소화약제의 압력이 피스톤릴리저에 가해져 폐쇄된 댐퍼는 화재 진압이 끝난 후에는 댐퍼를 다시 개방해주게 된다. 이때 피스톤 릴리저와 조작동관 사이의 가스압력을 배출하여 댐퍼를 복구할 목적으로 방호구역 외부 출입구 인근에 설치된다.
⚬ 가스계소화설비(가스압식) 동작순서
1) 화재발생
2) 감시제어반(수신반)에서 화재표시등 점등, 해당 방호구역 음향(사이렌) 경보, 환기장치 정지
가. 자동 : 방호구역의 교차회로 감지기(A감지기 and B감지기) 동작
나. 수동 : 방호구역의 출입구 인근 수동조작함의 수동조작버튼 누름
3) 지연장치 동작(30초) : 방호구역 내의 인명의 피난시간 부여
4) 기동용기함 내의 전자(솔레노이드) 밸브 격발
5) 기동용 가스용기 개방
6) 선택밸브 개방 및 약제 저장용기 개방
7) 소화약제 방출
가. 소화약제 흐름 : 집합관 → 개방된 선택밸브 → 배관 → 분사헤드
나. 방출되는 약제 일부는 압력스위치를 동작시켜 방출표시등 점등 및 피스톤릴리저댐퍼 동작으로 방호구역 완전 폐쇄(자동폐쇄장치 동작)
8) 화재 진압
⚬ 솔레노이드밸브(전자밸브) 격발 시험방법
1) 수동조작버튼 작동 : 솔레노이드밸브에 부착된 안전클립(안전핀) 제거 후 버튼 누르면 즉시 격발
2) 수동조작함 작동 : 방호구역 출입문 인근에 있는 수동조작함의 수동조작버튼을 누르면 약 30초 지연시간 이후 격발
3) 교차회로 감지기 동작 : 약 30초 지연시간 이후 격발
4) 감시제어반(수신반)에서 수동조작 스위치 동작 : 수신반에서 수동조작 스위치 동작시키면 약 30초 지연시간 이후 격발
⚬ 가스계 소화설비 점검 시 동작확인 사항
1) 감시제어반(수신반)에서 화재표시 확인
2) 경보(사이렌)발령 여부 확인
3) 지연장치의 지연시간(30초) 확인
4) 솔레노이드밸브 격발 확인
5) 자동폐쇄장치 작동 및 환기장치 정지 여부 확인
⚬ 방출표시등 작동 확인사항
1) 감시제어반(수신반) 방출표시등 점등
2) 방호구역 출입문 상단 방출표시등 점등
3) 수동조작함(수동기동장치) 방출등(방출확인등) 점등
⚬ 약제량 점검
1) 약제 저장용기 약제량 점검
가. 가스계 소화약제량 측정방법에는 압력 측정법, 중량 측정법, 액면위치 측정법이 있다. 측정 후 법령에서 정한 기준 미달일 경우에는 재충전 또는 저장용기를 교체하도록 규정하고 있다.
나. 액면위치측정법은 보편적인 약제량 측정방법으로 액화가스 레벨미터를 이용하여 액면의 높이를 측정하여 약제량을 계산하는 방법이다.
다. 만약 용기 내 약제가 임계온도 이상일 경우에는 모두 기체상태로만 존재하므로, 액면측정법을 이용하여 약제량을 측정할 수 없다.
2) 기동용 가스용기 약제량 점검
가. 기동용 가스용기 약제량을 측정하는 방법은 간평식측정기(저울)를 사용하는 중량측정법이다.
나. 판정방법
① 기동용 가스용기(질소) : 압력계의 녹색범위(0.7~0.98㎫) 지침 확인
② 기동용 가스용기(이산화탄소) : 기동용기 이산화탄소 양은 0.6㎏ 이상이 되어야 한다.
→ 기동가스 약제량(㎏) = 측정한 총중량(㎏) - 용기밸브 중량(㎏) - 기동용기 중량(㎏)
⚬ 호스릴 가스계소화설비 사용방법
1) 호스릴 가스계소화설비의 문짝 개방
2) 호스 전개
3) 저장용기에 붙어 있는 니들밸브 개방(격발)
4) 방출구(혼)에 결합되어 있는 개폐밸브 개방 후 소화약제 방사
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