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F40 소화설비 집합관 안전밸브의 필요성과 오리피스 크기 산출
- 작성일2023/09/20 14:23
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첨부1
집합관 안전밸브의 필요성과 오리피스 크기 산출.pdf
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집합관 안전밸브의 필요성과 오리피스 크기 산출
국가화재평가원
전성호 소장(소방기술사 / 소방시설관리사)
집합관에 안전 밸브를 설치하는 이유
1."집합관"이란 개별 소화약제 저장용기의 방출관이 접속되어 있는 관을 말합니다.(보통 선택밸브 이전까지의 배관을 말합니다.)
2.가스계 소화설비 집합관은 저장용기의 약제가 모이는 곳으로써 선택밸브 등이 고착, 기동관 구성 미흡, 누설 등으로 미개방시 집합관 내에 과다한 압력이 형성되고,
3.이 경우 집합관 및 연결부속의 약한 부분을 파손시켜 소화실패 및 2차 피해(인면, 재산)를 발생시킬 수 있습니다.
4.이와 같은 사고를 예방하고자 집합관에는 보통 안전밸브/파열판 등의 안전장치가 설치됩니다.
집합관에 형성되는 과압의 크기는 어느 정도일까요?
1.아래 계산서는 HFC-125 소화설비 계산서로 선택밸브 정상 개방 시 집합관엔 23bar 정도의 압력이 형성되나,(선택밸브 정상 작동시의 과압)
2.선택밸브 미개방으로 집합관 과압 형성 시에는 36bar 정도가 형성되는 것으로 계산됩니다.
3.과압 계산은 http://tool.kfsl.co.kr/의 집합관 최대 압력 산정 Tool을 사용했으며, 할로카본의 경우 HFC-23을 제외하면 집합관 과압은 보통 50bar 이하로 형성되는 것이 보통이며 불활성기체는 70bar 이상 형성도 가능합니다.
집합관 안전장치 설치의 법적 근거는 있나요?
1.위와 같은 과압 위험성에도 불구하고 집합관에 설치되는 안전장치의 법적 근거는 이산화탄소 소화설비에만 규정되어 있습니다.
2.청정소화설비의 경우 배관·배관부속 및 밸브류는 방출 내압을 견딜 수 있어야 한다고 규정되어 있습니다. 즉, 안전밸브 등의 필요 없이 배관 등의 강도 확보를 규정하고 있으나, 이 역시 방출 내압에 대한 강도로 선택밸브 미개방 같은 상황을 고려치는 않는 것으로 판단됩니다.
3.또한, 실제 사고사례 및 산술적인 계산에서도 나타나듯이 선택밸브 미개방에 따른 집합관 과압 형성은 존재하는 위험으로 생각됩니다.
집합관에 설치되는 안전장치는 무엇인가요?
1.안전장치는 보통 안전밸브 또는 파열판을 설치합니다.
2.둘 중 어느 것을 사용하여도 무방하나 안전장치를 통해 방출된 가스는 외부로 배출하여야만 2차 피해를 방지할 수 있습니다.
안전장치 오리피스 크기는 어떤 인자에 영향을 받나요?
1.안전장치의 오리피스 크기는 배출량과 안전장치 작동압력에 의하여 결정됩니다.
2.소요배출량은 안전장치가 시간당 얼마를 배출(kg/hr)하여야 배관 등이 안전한지를 결정하는 배출량이고,
3.작동압력은 안전장치가 배출을 시작하는 작동압력으로 보호받아야 할 설비(배관 등)의 내압압력보다 작아야 설비를 보호할 수 있습니다. – 작동압력이 높을 수록 오리피스 크기가 작아지는 경향이 있습니다.
4.즉, 소요배출량이 클수록 안전장치의 작동압력이 낮을수록 오리피스의 크기가 커집니다.
안전장치가 개방되는 작동압력은 얼마로 하여야 하나요?
1.안전장치의 오리피스 안전밸브 등의 설정압력은 보호하려는 용기 등의 설계압력 또는 최고허용압력 이하이어야 합니다.
2.다만, 이산화탄소 소화설비의 경우 내압시험압력 0.8배에서 작동하는 것을 규정하고 있으므로 이를 참고하여 용기 등의 설계압력 또는 최고허용압력의 0.8배에서 작동하는 것이 Issue가 적을 것으로 판단됩니다.
3.즉, 집합관과 연결되는 선택밸브 및 관부 속 중 설계압력 또는 최고허용압력이 가장 작은 것을 확인하고 확인된 값의 0.8배에서 작동하는 것으로 안전밸브 작동압을 설정합니다.
4.다만, 이경우 소화설비 정상 작동 시 소화약제의 정상 흐름 압력보다는 커야 합니다.
5.즉 30 bar의 선택밸브가 설치된 집합관의 경우 안전밸브는 24bar(30bar의 0.8배)에서 작동하도록 설정하되 약제 정상 흐름 압력이 24bar보다는 작아야 정상 작동시에 안전밸브가 개방되지 않습니다.
6.만약 정상 흐름 압력이 24bar 보다 크다면 안전밸브 설정압력을 이보다 높여야 합니다.
【 왼쪽부터 30bar 선택밸브/ 20bar 내압 플렌지 】
안전장치 오리피스 크기를 산출하는 방법은 무엇인가요? - 액화 소화가스
1.안전장치의 오리피스 크기에 관련된 기준은 KGS FP211 와 Kosha_D-26 공정용 안전 밸브의 기준을 따르며 국내 고압가스와 산업안전 관련 안전밸브는 해당 기준을 참고하여 설치되고 있습니다.
2.2개 기준의 큰 차이는 없으나 일부 미세한 차이가 있고, 가스계 소화설비의 저장양이 일정기준이상일 경우 고압가스 안전관리법을 따르므로 여기서는 KGS기준을 참조하여 오리피스 크기를 산출할 예정입니다.
3.먼저 안전밸브로부터 방출하여야 할 소요 분출량을 산정합니다.
4.소요 분출량은 설비를 과압으로부터 보호하기 위하여 필요한 배출량입니다.
5.할로카본 약제는 집합관에 모일 시 액상과 기상이 혼재 되어 있을 가능성이 크고, 주변 열을 흡수하면서 기상화가 이루어질 것으로 예상되며, 기상화된 약제가 과압을 형성할 것으로 예상됩니다.
6.또한 안전밸브 배출 전에는 2상(액체,기체)으로, 배출 후에는 기상으로 추정되므로 다음의 산식을 사용하여 소요분출량과 오리피스 크기를 산출합니다.
안전장치 오리피스 크기는 얼마로 하여야 하나요? – 액화 소화가스
1.http://tool.kfsl.co.kr/ 집합관 안전밸브 산정(액화소화가스) 프로그램을 이용하여 안전밸브 오리피스 크기를 편리하게 산출 할 수 있습니다.
안전장치 오리피스 크기를 산출하는 방법은 무엇인가요? – 압축 소화가스
1.압축가스(불활성 기체)의 경우 액화가스(할로카본)와 다른 점은 안전밸브로 부터 방출하여야 할 소요 분출량의 산정이 다릅니다.
2.그 이유는 압축가스는 집합관에 2상으로 존재하지 않고 기체상으로만 존재하기 때문으로 다음의 산식(KGS FP211 인용)을 사용하여 소요분출량과 오리피스 크기를 산출합니다.
1.http://tool.kfsl.co.kr/ 집합관 안전밸브 산정(압축 소화가스) 프로그램을 이용하여 안전밸브 오리피스 크기를 편리하게 산출할 수 있습니다.
안전장치에서 배출된 소화가스는 어떻게 처리되어야 할까요?
1.소화약제는 기본적으로 화재와 작용해서 HF가 발생되기 전까지는 독성으로 보기 어렵습니다.
2.안전장치에서 배출된 가스를 저장실로 그대로 배출될 경우 저장실에 가압이 발생해 2차 피해 (질식, 벽체 파손)가 발생할 수 있습니다.
3.그러므로 저장실 외부로 배출되어야 하며, 실외로 배출되는 것이 2차 피해 방지에 가장 효과 적입니다.
4.결론적으로 옥외 배출이 가장 안전하고,
5.가스 방출관의 방출구는 빗물 등이 고이지 않는 구조로 하여야 하며,
6.인근의 건축물이나 시설물의 높이 이상의 높이로서(지상 5m 이상 권장),
7.주위에 화기 등이 없는 장소가 바람직합니다.
【 안전밸브와 파열판과 연결된 가스 방출관 사례 】
-본 칼럼은 국가화재안전저널 제 32호에 기고된 글입니다.