CO2 및 하론가스설비 의 비교 / 청정소화약제(Clean Fire Extinguishing)의 특징

CO2 및 하론가스설비 의 비교 / 청정소화약제(Clean Fire Extinguishing)의 특징

 

 

 

1. Soaking Time(가스에 잠기는 시간)과 가스방출시간

A급 화재에서 할로겐화물 약제에 의한 소화는 약 5%의 농도로도 충분하다, 그러나 할로겐화물 소화약제는 냉각효과가 아주 작기 때문에 심부화재 상황에서는 재발화가 일어날 수 있다. 따라서 재 발화의 차단을 위해서 높은 농도와 지속시간을 길 게 할 필요가 있다. 일반적으로 할로겐화물 소화설비의전역방출방식은 고가의 전자기기의 방호를 위해 사용되고 있으며, 이는 co2소화설비를 사용할 경우의 고가 전자기기의 냉해문제에 대응하기 위한 것이다.

 

할로겐화물 약제의 방출시간은 매우 중요하며, 이는 빠른 시간 내 방출하는 것이 소화작용에 따라 발생하는 분해 생성물을 최소화하고 유독가스의 인간에의 노출에 의한 피해를 방지할 수 있으며 NFPA에서는 10초 이내의 방출시간으로 규정하고 있고, 한국에서는 기준저장량의 소화약제를 30초 이내에 방출하도록 규정하고 있다.

 

할로겐화물 약제의 인간에 대한 불필요한 노출은 바람직하지 않으며, 인간에의 노출에 대한 최고농도는 다음과 같다.

★ 할론 1301은 심장 감각제로 작용하는데 사람에 따라서는 5% 정도의 낮은 농도에서는 아주 미소한 영향만 나타낸다.

 

2. Co2와 할론 1301의 비교

 

 

3. 할론소화약제의 No 명명법

Halon 이란 할로겐화 탄화수소(hakogenated Hydrocarbon)의 약칭으로 탄소 또는 탄화수소의 불소, 염소, 브롬, 요오드 등이 함께 포함되어 있는 물질을 통칭한다.

1) 미 공병단에서 처음 구분한 할론의 넘버링 시스템

 

4. 할론 1301, 1211, 2402 소화약제의 비교

 

5. 할로겐화물 및 이산화탄소 소화설비의 배관

가스계소화약제는 저장상태가 액체이지만 화재시 배관과 노즐을 통해 분사시에는 기화되어 가스상태 소화작용을 한다. 따라서 배관의 도중에서는 액상과 기상의 혼합상태에서 흐르므로 수계 소화설비와는 달리 2상계 흐름(2phase Flow)이 된다.

저장용기 부근 배관의 유체는 대부분 액상이나 배관내를 흐르면서 점차 기화되어 액체와 기체가 혼합된 상태가 되어 마찰손실이 일정하지 않고 배관의 직선거리에 비계하지도 않게된다. 그러므로 가스계의 관경이나 오리피스 계산을 수계와 같은 방법이나 테이블을 이용한 방법으로 처리하면 안되며, 개발된 Software에 의한 수리계산에 의해 마찰손실을 구하고 이에 따라 관경이 결정되어야 한다. 가스계 설비는 관경이 너무 작으면 압력손실이 크게되고 관경이 너무 크면 유출이 작게되어 소화약제가 제대로 방출되지 못한다.

1) 분사노즐로부터 방사되는 가스량의 불균등 원인

노즐로부터 방사되는 가스량은 노즐에서의 방출가스압력과 분구면적에 좌우되므로 각 노즐에서의 방출압과 분구면적이 적정치 못한 결과이며, 그 원인으로는 설계단계와 시공단계로 구분할 수 있다.

설계단계에서는 이론적 계산에 의한 배관경과 노즐선정의 오류, 시스템배관의 부적정

시공단계에서는 부적절한 자재의 선택과 조합, 현장여건에 의한 설계도면과 시공상태의 불일치 등이 있다.

 

2) 설계시 고려사항

co2나 할로겐화물을 규정된 짧은 시간내에 그 방호구역에 필요한 소화약제량을 모두 방출하고 방출시간내에 완전소화해야 하므로 가스의 균등한 확산을 위해 방호구역별 별도배관을 하고 토너먼트 배관으로 설계하여야 한다.

할론, co2 노즐은 20A, 25A등 노즐구경 자체가 중요한 것이 아니라 노즐 속의 분구면적(오리피스면적)을 어떻게 뚫느냐에 따라 유량이 달라지므로 노즐구경과 함께 오리피스 구경을 제조회사 자료를 참조하여 도면에 명기한다.

배관내의 유체마찰손을 작게하기 위하여 전장을 되도록 짧게 하고 굴곡개소가 적게 되도록 설계한다. 배관 전장의 한도는 동시에 방사되는 헤드 또는 노즐에 이르는 배관 내 용적 합계가 소화액의 저장량을 넘지 않도록 한다.

배관의 구경 결정은 배관 직관과 부속, 밸브류 등 배관계의 압력손실은 계산함에 있어 정확성이 요구되므로 액체에서 기체로 상변화를 수반하는 Two Phase Flow 계산은 수 계산보다는 국제적인 공인 Software program의 활용이 바람직하다.

설계자의 계산과 의도에 의거 현상시공이 가능토록 평면도와 더불어 배관부속, 장치류 등이 상세히 표기된 상세 도면과 입체배관도를 작성하여 시공에 반영한다.

 

6. 청정소화약제(할론 대체물질)

할론은 인체에 미치는 독성이 작고 소화후에 잔사를 남기지 않으며 B급 화재나 C급화재에 우수한 우수한 소화능력을 가지고 있고, 상온에서 기체 상태로 존재하는 유일한 소화제로서 인화성기체의 폭발방지용으로도 사용되고 있다. 그러나 오존층 보호를 위한 몬트리올 의정서에 의해 선진국에서는 1994년부터 이의 생산을 중단하여 할론대체 소화제의 개발이 요구되고 있다. CFC 규제관련 국제적 움직임은 1987년 몬트리올 협정에 의해 1995년부터 CFC물 관세부과, 2000년부터 사용을 금지하기로하였고, 또한 선진국에서는 1994년부터 이의 생산을 중단하였으나, 한국의 경우에는 이를 10년간 유예하고 단계적으로 폐기하기로 함( 2005년 50%, 2010년 전폐)

1) 할론 대체 소화약제의 요건

1-1) 소화성능

· 절대적 소화성능

· 상대적 소화성능

· 불활성화법(Inerting Test)

가연성 혼합물을 불연성 혼합물로 만드는데 필요한 소화제의 양을 측정하는 방식이며, 불화성화법에 의한 농도는 할론이 폭발억지제로 사용될 때의 기준 농도로서 NFPA 2001의 규정에 의하면 설계농도는 이 측정농도의 1.1배 이다.

· 불꽃소화법

불꽃에 소화가 확산되어 불을 끄는데 필요한 소화제의 농도를 측정하는 방식이며, 불꽃소화법에 의한 농도는 할론이화재진압용으로 사용될 때의 기준농도이며 설계농도는 측정농도의 1.2배 이다.

 

1-2) 오존파괴지수(ODP:Ozone Depletion Potential)

가능한 한 ODP가 적은 할론대체소화제를 개발하는 것이 시급하다.

ODP = 어떤 물질 1kg이 파괴하는 오존량 / CFC-11 1kg이 파괴하는 오존량

할론 1301의 ODP는 14.1, 할론 1211은 2.4, 할론 2402는 6.6으로 CFC-11에 비해 훨씬 높은 값을 갖고 있어 양이 대기중에 방출되면 더 많은 성층권의 오존을 파괴시킨다.

미국의 대기청정법(Clean Air Act)은 ODP가 0.2 이상인 물질은 추가 규제하며, 미 공군에서는 대체소화제의 ODP 기준을 0.05 이하로 정하고 있다.

 

1-3) 지구온난화지수(GWP ; Global Warming Potential)

가능한 한 GWP가 적은 할론대체소화제를 개발하는 것이 시급하다.

GWP = 물질 1kg이 기여하는 온난화 정도 / CFC-11 1kg이 기여하는 온난화 정도

할론, Co2, 수증기, 오존, 메탄, 아산화질소, ccl4 등 50여종 이상이 대기중 수명이 클수록 GWP는 증가한다.

 

1-4) 특성

할론대체소화제는 주로 NOAEL과 LOAEL에 의해 독성을 상대적으로 평가하고 있다. 사람이 존재하는 곳의 총괄소방시스템의 경우 소화약제의 소화농도가 NOAEL보다 낮은 것이 바람직하다. 할론 1301의 소화농도는 3.5%로 NOAEL인 5%보다 낮아 그 동안 총괄 소방시스템의 소화약제로 사용되어 왔다.

NOAEL(No Observable Adverse Effect Level) : 농도를 증가시킬 때 아무런 악영향도 감지할 수 없는 최대농도

LOAEL(Lowest Observable Adverse Effect Level) : 농도를 감소시킬 때 악영향을 감지할 수 있는 최소농도

 

1-5) 소화분해물

할론소화제가 방출되어 열분해 되거나 다른 물질과 결합하여

 

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등의 독성물질을 형성하는데, 이 분해물질은 인체에 매우 유해하므로 대체물질의 선택시 그 양이 적을수록 유리하다.

 

1-6) 저장안정성 및 부식성

대체소화제는 안정하여 저장시 분해하지 않을 뿐만 아니라 금속을 부식시키지 않아야 한다.

 

1-7) 상용성

대체소화제도 재질과 상용성이 우수한 것이 바람직하다.

 

1-8) 물성

· 할론 대체소화제의 중요한 물성

- 적당한 증기압 : 5~150 psia

- 낮은 전기전도도 : 10-11Ω-1

- 높은 비열

- 끓는 점(-60 ~60℃)

- 잔사가 없을 것

- 가격이 저렴할 것

· 소화제의 전기전도성이 낮아야만 전기가 가동 중에도 감전사고 및 기기 손상의 위험이 없이 소화제를 안전하게 분사할 수 있으며, 또 소화제는 화재진압시 가능한 한 열을 많이 흡수하는 것이 바람직하므로 액체 및 기체의 비열이 높을수록 좋으며, 다른 분사추진제의 도움없이 적절히 방사될 수 있도록 적당한 증기압을 지녀야 한다.

 

2) 청정소화약제(할론대체물질)

미국의 경우에는 환경영향성(대기환경청 규정에 의한 SNAP Program), 소방규격(NFPA 2001 Standard), 소방시스템 및 약제의 형식승인(UL 1058, FMRC)의 단계를 거친 물질만이 시판될 수 있다.

· 제1세대 대체물질 : 소화성능은 우수하지만 ODP 가 높은 물질

· 제2세대 대체물질 : 소화성능도 우수하고 ODP가 낮은 물질

 

3) 청정소화제 사용시 유의사항

· 사용금지장소 및 물질

- 산소를 함유하고 있는 질산염 및 화약 등의 저장 취급장소

- 공기가 없는 곳이나 사람이 상주하는 곳으로서 최대허용 설계농도를 초과하는 장소

- 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질)이나 제5류 위험물(자기반응성물질)을 사용하는 장소

- 반응성 금속물질을 저장 취급하는 장소

- 자기 열분해 물질을 저장 취급하는 장소

· 액화가스방출시 접지되지 않은 도체에는 정전기가 축적될 수 있다.

· 약제방출시 위험에 대한 고정된 밀폐실이 지정된 기간동안, 충분히 지정된 농도에 달하고 지속될 수 있도록 설치되어야 함

· 주위온도가 높은지역(예 : 爐,오븐)에서 청정소화제를 사용할 때는 소화효과와 장비의 약제 분해영향을 고려해야 함

· 인명위험

- 모든 청정소화제와 그 분해생성물의 불필요한 노출을 피해야 한다.

- 설계농도가 NOAEL 보다 높은 약제는 상시 거주지역에서의 사용은 금지

- 산소농도를 인간의 기능손상 발생점인 16% 이상으로 유지하기 위해서 어떠한 할로겐 화합물 소화약제도 24% 초과농도의 상시 거주지역에서는 사용할 수 없다.

- 화재상황에서 신속한 대피와 위험한 혼합기 속으로의 진입을 막는 적절한 안전조치가 고려되어야 한다.

· 전기기기와의 이격거리는 규정에 의한 최소한 이격거리를 항시유지

· 약제선택시 환경에 대한 약제의 영향성을 고려

· 동일한 밀폐공간의 방호를 위해서 서로 다은 청정소화제를 동시에 방출하는 설비는 금지

 

4) Inergen Gas 소화설비

가스소화시스템은 화재구획을 폐쇄하고 불활성 가스를 방출하여 구획 내의 산소농도를 연소범위 이하로 낮추어 소화한다. 소위 질식소화이다. 산소농도가 15% 이하가 되면 대부분의 연소는 중지된다. 대표적인 질식소와제는 co2로서 질식소화목적은 달성하나 사람도 질식되고마는 치명적인 결함이 있다. 인간은 co2농도가 약 5% 이상의 분위기 가운데서 탄산과잉증을 나타내기 시작하고 또한 산소농도 16% 이하의 분위기에서는 저산소증을 나타낸다. 이에 대한 대책으로 할론 1301 소화설비가 개발 소화 및 인체의 유해성 문제를 해결하였으나, 할론 1301가스는 열에 접촉하였을 때 발생하는 열분해 생성물이 인체에 유해할 뿐만 아니라 할론가스의 대기방출이 지구오존층을 파괴하는 것으로 밝혀짐에 따라 새로운 물질이 요구되어 개발된 것의 하나로서 Inergen Gas는 질소 52%, 알곤 40%, co2 8%의 혼합기체지만 조성가스 모두가 자연대기중에 존재하는 기체이기 때문에 방출후 대기중에 확산되어도 지구환경에 전혀 영향이 없다. 당연히 ODP, GWP도 0 이다.

4-1) 특징

· 주된 불활성 가스는 질소이지만 알곤을 40% 첨가하여 혼합기체의 비중량을 1에 가까우므로 방호구역에서의 가스누설을 최소화할 수 있다.

· Co2의 비율을 8%로 하여 구획내의 Co2비율이 3~4%가 되게 함으로써 산소농도 12~14%에서도 호흡에 지장을 주지 않는 농도가 된다.

· 기체상태로 용기에 저장되고, 방출시에도 배관속을 기체상태로 흐른다, 따라서 Co2나 할론소화설비와 같이 방출시에 기화냉각을 일으키지 않는다.

· 용기를 수평으로 배치하는 방법이 가능하다.

· 배관마찰저항이 작으므로 수평상당관장이 400m, 수직방향으로도 300m까지 배관이 가능하다.

· 기화냉각이 없으므로 섬세한 전자부품에 결로 등의 피해를 주지 않는다.

· 금속의 부식을 일으키는 물질을 생성하지 않는다.

· 정전기의 축적이 없으므로 도전성이 변하지 않는다.

· Co2나 할론과 같이 방출시의 가시도 악화로 피난구를 식별못하는 문제가 없다.

· 저장용기의 수가 Co2 소화설비에 비해 2배 가까이 된다.

4-2) 적용

· 컴퓨터실, 통신, 기계실, 중앙감시실, 전화교환기실, 콘트롤센터와 같이 전자기기와 인간이 항상 공존하는 곳

· 미술품, 박물관, 귀중품보관소, 데이터보관소, 서고

· 냉동창고, 냉장창고

· 반도체 제조라인

· 전기실, 기계실, 유류탱크실

· 거실

 

5) 청정소화약제의 방출시간

청정소화약제의 방출시간은 정해진 위험을 방호하는데 필요한 규정방출시간과 상황에 따라 연장이 필요한 경우의 지연 방출시간으로 대별된다.

5-1) 규정방출시간

· 약제방출은 화재를 진압하고, 분해나 연소생성물 형성을 막기위해 가능한 한 빨리 완료되어야 한다, 어떠한 경우에도 방출시간은 10초를 초과할 수 없으며, 관할기관의 필요에 의한 경우에는 초과할 수 있다.

단, 분해생성물을 형성하지 않는 불활성가스의 경우 방출시간은 설계농도를 맞추기 위해 1분 이내로 연장될 수 있다.

· 방출시간은 최소설계농도에 도달하는데 필요한 약제량(21℃에서)의 95%를 노즐로부터 방출하는데 필요한 시간으로 정의한다.

5-2) 지연방출시간

· 방출시간의 연장이 필요할 때, 방출속도는 필요한 지연시간 동안 원하는 농도를 지속시키기에 충분해야 한다.

· 방출지연이 생명이나 재산의 위험을 급격히 증가시키지 않는 지역에 사용할 때는 청정소화약제 방출설비를 방출전에 울리는 경보설비와 함께 사용하여 시간을 지연시킴으로써 방출전에 거주자가 대피할 수 있도록 해야 한다.

· 시간지연은 거주자의 대피와 위험지역으로의 방출준비을 위해서만 사용해야 한다

· 시간지연을 자동작동 전의 감지설비의 작동을 확인하기 위한 방법으로 사용해서는 안된다.