분말소화설비(Powder Extinguisher System) 계통도 / 분말소화설비의 장치

분말소화설비(Powder Extinguisher System) 계통도 / 분말소화설비의 장치

 

1. 분말소화약제의 특징

분말소화설비는 표면화재에 대하여 그 소화성능의 효과가 빠르며 특히 화재확대 및 급속한 인화성 액체의 화재방호에 적합하다.

약제는 전기절연성이 높으므로 전기설비의 방호에도 사용되며 표면화재성상을 보이는 A급 화재에 대하여도 효과가 있다. 동력을 필요로 하지 않아 전원이 불필요하다. 그러나 분말약제는 부촉매효과에 의한 억제소화제로써 불꽃연소에는 적응성이 있으나 작열연소에는 적응성이 낮다.

1) 장점

· 어떠한 화재에도 최고의 소화능력을 발휘한다.

· 우수한 소화성능 : 다른 소화설비보다 소화능력이 우수하며 소화시간이 짧다.

· B,C급에 적응(3종은 A급도 적응)

· 약제의 수명이 반 영구적이다

· 분말약제이므로 동결의 우려가 없고 장기보존이 가능하다.

· 약제는 인체에 무해하다.

· 신속한 화재진압(녹다운효과)

· 비전도성 : 완전절연성이므로 고전압기기의 소화에 안전하다.

· 기구가 간단하고 유지관리가 용이하다.

· 설비비가 경제적이다.

 

2) 단점

· 침투성이 나쁘다. 재발화 위험 : 단시간에 소화할 수 있는 반면, 분말분사로 소화에 성공하지 못했을 경우에는 분말방사전의 상태로 단시간에 되돌아가 버림으로 물이나 거품 소화설비와는 다르다.

· 냉각효과는 약하다

· 분말에 의한 잔유물로 인하여 미연소물의 2차 피해가 발생한다 : 방사후의 분말은 흡습하여 알칼리 혹은 약산성을 나타내어 금속의 부식을 일으키기 때문에 특히 전기기기에 사용하는 경우에는 방사후 즉시 청소를 하여야 한다.

· 가시도가 약화되어 피난을 방해한다.

 

2. 분말소화설비의 배관

분말소화설비 설계에서 가장 고려하여야 할 사항은 배관경의 결정과 배치이다. 배관의 압력손실은 분말 소화약제의 입도분포, 조성, 가압용 가스와의 혼합율, 유동성, 유속 등에 의해 변화한다.

1) 설계일반사항

· 배관은 전용배관으로 하여야 한다.

· 강관을 사용하는 경우 배관은 아연도금에 의한 배관용 탄소강관(KS D 3507)이나 이와 동등 이상의 강도, 내식성 및 내열성을 가져야 한다.

· 축압식의 경우 20℃에서 25~42 kg/㎠ g 이하의 것에 있어서는 압력배관용 탄소강(KS D 3562) 중 이음이 없는 스케듈 40 이상 또는 이와 동등 이상의 강도를 가진 것으로서 아연도금으로 방식처리한 것으로 사용한다.

· 동관은 고정압력 또는 최고사용압력의 1.5배 압력에 견딜 수 있는 것을 사용하여야 한다.

· 밸브류는 개폐위치 또는 개폐방향을 표시한 것이어야 한다.

· 관부속 또는 밸브류는 배관과 동등 이상의 강도 및 내식성이 있는 것이어야 한다.

· 저장용기 등으로부터 배관의 굴절부까지의 거리는 배관구경의 20배 이상으로 하여야 한다.

· 수배관에서 관경이 클수록 압력손실이 적으므로 굵게 설계하는 것이 일반적으로 안전설계가 되는데, 분말 배관에서는 관경이 과대하면 유속이 저하되므로 분말 소화약제와 가압용 가스와의 분리가 생겨 만족한 방출이 되지 않는다.

· 배관 내 압력손실에 대하여는 미국 NFPA의 NFC code에도 현재 해명이 없다. 따라서 시험한 데이터를 기초로 정할 필요가 있다.

· 배관분기에서 방출약제의 단위유량이 항상 같아지게 배관 단면적을 결정해야 한다. 또한 관경 20배의 직관을 통해 흐름이 한결같이 된 다음이 아니면 T를 사용해서 분기하면 안된다.

· 주배관의 전체길이는 대체로 100m를 한도로 하는 것이 바람직하다. 관경이 과대할 경우에는 최소유량 문제 뿐만 아니라 배관 내 용적의 증대점에서도 바람직하지 않다.

· 배관경의 결정은 현단계에서 물배관과 같이 Table에 의해 임의적으로 결정할 수 없으므로 경험이 풍부한 설계자의 의견을 듣는 것이 필요하다.

· 고압배관이며 정압기 출구와 분사헤드 간의 압력차에 의하여 배관 내 유속과 유량은 정해진다.

 

그런데 보통 분말소화설비는 급속히 확대되는 화재에 적용되며, 단위시간 당 소화능력이 크며 고속으로 분출해야 하므로 정압기의 압력은 이에 따라 정해져야 한다.

· 고압배관이며 높은 유속을 가지므로 보통 분체의 수송은 고압기류 내에 분체가 고루 확산이 된 것으로 볼 수 있다.

· 유량은 화재의 연소발열량(kcal/h)에 따라 정해져야 하며, 이 유량에 따라 정압기의 정압과 파이프의 관경, 배관의 설계가 이루어진다. 또한 화재진압의 최소유량도 참고토록 한다.

· 분말소화설비에도 전역과 국소방출방식으로 분류되며, 배관설계는 이에 맞추어 효율적으로 설계한다.

· 분말은 확산이 가스보다 나쁘고 고른 분말의 분배가 요구된다 따라서 토너먼트 배관으로 한다.

· 마찰감소를 위해 Long Elbow 사용(용접용이기 때문에 비용이 증가한다)

· 분체배관이므로 가능한 짧게 굴곡이 작게 계획한다.

· 분말의 유동성 향상을 위해 입도가 극히 작은 미분상태로 해야 하며, 단일상 유체가 아니므로 이송을 위해 고압기체 팽창을 이용하여야 하고 분말이 고압기체의 흐름 속에 분산 혼합되어 흘려야 한다.

 

2) 설치후 성능확인방법

· 분사헤드 중 가장 먼 곳의 배관 끝의 분사헤드와 동일마찰특성을 갖는 밸브를 설치하고 시스템 작동을 시험한다.

· 시험작동후 배관 내 분말은 완전히 제거되어야 하므로 가압가스로 잔존물을 완전히 제거한다.

· 가압가스의 양은 반년마다 점검하여야 하며, 이는 질소의 경우 압력으로 CO2의 경우에는 무게로 측정할 수 있다.

· 분말의 양은 분말용기의 눈금으로 육안으로 확인이 가능한 경우가 있고 무게로 측정할 경우도 있다. 가압식이 아닌 경우에는 분말이 응결되었는지 여부도 확인해야 한다.

· 노즐은 방호대상물에 정확인 조준되었는지 장애물의 존재 여부를 확인한다.

· 기타 각종 기능 및 장치를 점검하여야 하며, 일단 용기 밖으로 나온 분말은 폐기처분 하는 것이 좋다.

 

3. 분말소화설비 계통도

· 기동장치의 조작으로 기종용 가스압에 의해서 가압용 가스용기의 용기밸브 및 분말 방사구획에 해당하는 선택밸브가 열리게 된다.

· 가압용 가스가 압력 조정기를 경유하여 소화제 저장용기 내로 도입되어 분말 소화약제가 가스와 혼합된어 유동화디어 용기 내가 가압된다.

· 저장용기 내의 압력이 소정의 압력에 도달하면 정압작동장치가 작동하여 압력조정기를 경유한 가압용 가스로서 방출주밸브가 열린다.

· 가압가스와 혼합되어 유동화된 분말 소화약제는 이미 개방되어 있는 선택밸브와 배관을 통하여 분사헤드 또는 노즐 등의 방사구에서 방출된다.

 

4. 분말소화설비의 장치

1) 정압작동장치

정압작동장치는 소화제 저장용기와 방출 주밸브 사이에 있는 장치로서 가압용 가스가 소화약제 저장용기에 도입되어 소화약제가 약 15~30초 후 유동화되고 용기 내 압력이 소화약제 방출에 충분한 압력에 도달했을 때 방출주밸브가 개방되는 장치로 그 기구는 소화약제 저장용기 내압이 일정한 압력에 도달했을 때 방출 주밸브 개방가스 회로가 열려서 밸브 개방장치로 가스가 도입되도록 되어 있다.

· 압력스위치식

약제탱크 내압에 의하여 움직이는 압력스위치는 설치하고, 소정의 내압에 달했을 때 스위치가 동작하여 전자밸브를 작동시켜 주밸브 개방용의 가스를 보내는 방식

· 기계식

약제탱크 내압에 따른 밸브의 콕크를 잡아당겨서 가스의 통로를 열어서 주밸브 개방용의 가스를 보내는 방식

· 시한릴레이식

약제탱크 내압이 소정압력에 달하는 시간을 미리 추정하여 시간 릴레이를 이것에 포함하여 기동과 동시에 시한 릴레이를 움직여 소정시간 후에 릴레이가 동작하여 전자밸브를 열어 주밸브 개방용의 가스를 내보내는 방식

 

2) 압력조정기

압력조정기는 가압용 질소가 통상 150 kg/㎠의 압력으로 봄베에 충전되어 있으나 이 압력을 소화약제 방출압의 15~20 kg/㎠로 감압하여 소화약제 저장용기로 도입시키기 위해 사용하는 것으로, 저장용기의 압력이 낮을 때에는 개방하여 가스를 보내고 적정압력에 달하면 개방을 정지하는 구조로 되어 있다. 소화제 방출에 필요한 충분한 가스량을 보내질 수 있는 대용량이 필요하다.

분말소화약제의 가압용 가스용기를 3본 이상 설치한 경우에는 2개 이상의 용기에 전자개방밸브를 부착한다.

25 kg/㎠ 이하의 압력에서 조정이 가능한 압력조정기 설치

 

3) 기동장치

기동장치로서는 가압용 가스와 별도로 기동용 가스를 사용하고 가압용 가스용기의 용기밸브를 개방하는 장치가 일반적으로 사용된다. 기동용 가스용기의 용기밸브는 인력 또는 솔레노이드와 스프링을 이용한 전기적 조작봉으로 봉판을 파손하고 개방된다.

기동용 가스는 일반적으로 CO2가 사용된다.

전역방출식의 경우 기동버튼 조작에서 소화약제 방출까지의 시간이 20초 이상 되도록 하는 지연장치가 설치된다.

 

5. 기타

1) 식용유화재에 대해 인산암모늄계 약제보다 중탄산나트륨계 약제가 재발화 방지효과가 좋은 이유

· 인산암모늄계(제 3종 분말소화약제) - NH4H2PO4(제일인산암모늄)

화재시 열분해에 의해 메타인산, 암모니아, 수증기의 생성물이 생기는데 메타인산(HPO3)은 가연물의 표면에 부착되어 산소와 접촉을 차단하기 때문에 제1종, 제2종 분말소화약제보다 20~30% 소화효과가 더 크다. 그러나 식용유화재에는 비누화현상을 일으키지 못하기 때문에 적당하지 않다.

· 중탄산 나트륨계(제1종 분말소화약제)- NaHCO3

식용유화재에는 가연물과 직접 반응하여 비누화현상을 일으키므로 질식소화 및 재발화까지 방지하므로 효과가 있다. 이 경우 비누화가 일어나고 수증기와 비누가 포를 형성하며, 이때 발생하는 탄산가스 및 글리세린의 막이 소화를 돕는다.

◆ 비누화현상 ◆

비누분자는 친유기인 알킬리(R-)와 친수기인 카아복실기의 알칼리염으로, 기름과 친유기가 결합하고 친수기는 물쪽으로 향하여 기름을 둘러싸 전체적으로 친수의 집단이 되므로 물에 잘 분산된다(계면 활성제의 기능)

분말소화제에서는 분말운(미세가루)에 의한 자유기(radical)의 흡착이 기름의 친유기가 기름과 결합하는 것과 흡사하기 때문에 비누화현상이라 한다.