[논문]불활성 가스계 청정 소화약제의 방출 및 소화

송은석; 김재덕; 박양원

문제 정의

7-10))Fig. 2에 A 급 소화시험에 사용되는 목재 연료의 형상에 대하여 나타내었으며 목재의 아래에 있는 starter tray는 950 mZ의 n-헵탄을 부어 5분간 예비연소를 시키기 위한 목적으로 설치되어 있다.
B급 소화시험은 인화성 액체나 가연성 액체의 표면을 따라 순간적으로 확산되는 분출성 화재의 진화 성능을 알아보기 위한 목적으로 수행한다. 가연성 물질의 표면에서 화염을 발생하며 연소하는 화재를 대상으로 하며 복잡한 경로의 열분해에 의하여 생성되는 분해연소가 아닌 직접 증발한 증기가 연소하는 증발연소 의 특성을 갖는 헵탄을 연료로 사용하여 수행한다.
본 연구에서는 IG-90K 소화약제로 사용하여 최악의 시나리오를 가정하여 구성된 소화시스템에서 방출 시험 및 소화시험을 수행함으로써 개발된 소화약제의 방출 및 소화 성능을 검증하였다.
소화시험은 나무를 사용하여 심부화재를 소화하는 성능을 평가하는 A급 소화시험과 ".헵탄을 사용하여 수행하는 B급 소화시험이 있으며 본 연구에서는 실물 모형에서 A급 및 B급 소화시험을, 소형 모형에서 B급 소화시험을 수행하여 본 연구에서 개발된 소화약제의 소화성능을 검증하고자 하였다. 이에 해당하는 모든 과정은 한국소방검정공사에서 국내에 판매되는 모든 소화약제의 형식을 승인, 검증하는, , 소화약제의 형식승인 및 검정기술 기준(FIS 002)9)”에 준하여 수행되었으며 기준에 따르면 설비의 소화시험장소는 가능한 20±3ºC로 유지되어야 하며 소화시험에 사용하는 소화약제의 농도를 설계농도의 83%로 규정하고 있다.

제안 방법

A급 화재 시험의 경우에는 실물모형에서 수행되었으며 잘 건조된 목재를 50 mmX50 mmX460 mm로 절단한 후 지그재그로 4단 높이로 쌓아 심부화재 소화 성능을 시험하였다. 심부화재 소화성능을 알아보기 위한 것이므로 시험실 내로 옮기기 전에 외부에서 n-헵 탄을 목재 하단에 부어 예비 연소를 5분간 진행하였으 며 Fig.
가연성 물질의 표면에서 화염을 발생하며 연소하는 화재를 대상으로 하며 복잡한 경로의 열분해에 의하여 생성되는 분해연소가 아닌 직접 증발한 증기가 연소하는 증발연소 의 특성을 갖는 헵탄을 연료로 사용하여 수행한다. B급 소화시험은 두 단계에 걸쳐 실시하는데 직육면체로 지어진 시험실 내부의 각각 8군데 모서리에 설치된 원형 캔 소화시험과 정방형 팬 모형을 사용하는 2차 시험을 수행하였다. 캔 모형의 경우에는 직경 7.
개발된 소화 약제의 성능을 검증하기 위하여 방출시 험과 소화시험을 각각 수행하였으며 법에서 규정된 시간인 60초 내에 약제량의 95% 이상 방출되는지 여부를 확인하였다. 방출 시간을 지배하는 주요 매개변수 인 오리피스의 직경을 바꾸면서 각 모형별, 배관 길이 별로 방출시간을 측정하였으며 이 결과는 소화시스템 설계 프로그램 개발에 주요한 입력 자료로 활용되었다.
소화약제의 방출시험을 위하여 설치된 배관이나 시험실의 크기가 고정되어 있기 때문에 조절할 수 있는 변수는 오리피스의 크기뿐이며 약제의 양을 조절하는 것은 계산된 소화농도의 변화를 의미하기 때문에 고려의 대상이 될 수 없다. 따라서 Table 1에 오리피스 크기 변화에 따라 약제의 방출 시간을 나타내었으며 각각 90%와 95% 방출이 일어난다고 생각되는 15 bar와 7.5 bar를 기준으로 하였으며 실린더 내부의 압력이 측정되지 못한 경우에는 집합관의 압력을 기준으로 방출 시간을 제시하였다. 집합관의 경우 실린더 내 압력과 1-2 bar 정도의 차이를 나타내며 방출 시간에 있어서는 소형 모형의 경우 L5초, 실물 모형의 경우 3초 내외의 차이를 나타내는 것으로 관찰되었다.
개발된 소화 약제의 성능을 검증하기 위하여 방출시 험과 소화시험을 각각 수행하였으며 법에서 규정된 시간인 60초 내에 약제량의 95% 이상 방출되는지 여부를 확인하였다. 방출 시간을 지배하는 주요 매개변수 인 오리피스의 직경을 바꾸면서 각 모형별, 배관 길이 별로 방출시간을 측정하였으며 이 결과는 소화시스템 설계 프로그램 개발에 주요한 입력 자료로 활용되었다. n-헵탄을 이용하는 유류 화재와 목재를 사용한 심부 화재에 대한 소화 성능 또한 소화시험을 통하여 방 호구역의 크기나 배관의 길이에 상관없이 모두 우수하게 나타났으며 외국에서 수입되는 제품과 비교하여 본 연구에서 개발된 불활성 가스계 청정 소화약제의 소화 성능이 유사하거나 좀더 우수한 수준인 것으로 판단된다.
집합관을 거친 소화약제는 소형 모형과 실물 모형 그리고 최대길이(약 128 m)와 최소길이(약 28 m)의 배관을 선택할 수 있도록 설치되어 있는 4개 중 하나의 선택밸브를 통과하여 각각의 배관을 통과하여 시험실 천장에 설치된 방출헤드에 도달하여 시험실 내부로 방출된다. 방출시험 장치에는 소화약제 실린더, 집합관에 압력 및 온도 센서를 설치하였으며 배관에는 선택밸브와 노즐 사이의 중간 위치와 노즐 직전 두 곳에 센서를 설치하여 주었다.
8 m)의 두 가지로 각각 27 m3, 190 m5의 부피로 제작되었다. 방출시험에 사용된 소화약제 실린더는 본 연구에서 개발된 소화약제의 소화농도를 기준으로 가능한 시험 당일 온도 조건에 맞추어 153kg/cm2의 압력이 되도록 충전하였다. 소화약제 실린더와 집합관은 flexible hose로 연결하였으며, 집합관에는 실린더를 4개 단위로 묶어 체크밸브를 설치함으로써 소형 모형 또는 임의의 모형에서의 시험시 사용하지 않는 영역을 최소화하여 시험 결과의 오차를 줄이고자 하였다.
방출시험에 사용된 소화약제 실린더는 본 연구에서 개발된 소화약제의 소화농도를 기준으로 가능한 시험 당일 온도 조건에 맞추어 153kg/cm2의 압력이 되도록 충전하였다. 소화약제 실린더와 집합관은 flexible hose로 연결하였으며, 집합관에는 실린더를 4개 단위로 묶어 체크밸브를 설치함으로써 소형 모형 또는 임의의 모형에서의 시험시 사용하지 않는 영역을 최소화하여 시험 결과의 오차를 줄이고자 하였다. 집합관을 거친 소화약제는 소형 모형과 실물 모형 그리고 최대길이(약 128 m)와 최소길이(약 28 m)의 배관을 선택할 수 있도록 설치되어 있는 4개 중 하나의 선택밸브를 통과하여 각각의 배관을 통과하여 시험실 천장에 설치된 방출헤드에 도달하여 시험실 내부로 방출된다.
소화시험은 방출시험에서 사용된 바 있는 소형 및 실물 모형에서 수행되었으며 방출시험에 사용된 것과 동일한 조건의 소화약제를 사용하였다. 실물 모형에 대해서는 앞서 설명한 A급 화재에 대하여 2회, B급 화재의 제1, 2차 시험을 각 1회씩 실시하였으며 소형 모형에 대해서는 B급 화재 시험을 2회 실시하였다. B급 화재의 팬 소화시험의 경우 소형 및 실물 모형 모두 소화약제 방출 이후 40초도 채경과하기 이전에 완전히 소화되는 것을 관찰할 수 있었다.
초기에는 화염이 크나 5분 정도 진행된 이후에는 불꽃 이 잦아들기 시작하여 숯의 연소와 유사한 상태를 보인다. 이 때 연소 중인 모형을 실물 모형 시험실 내부로 이동시킨 후 소화약제를 방출하고 10분이 경과한 이후 화재의 완전 진압 여부와 외부의 공기와 접할 때 재연소 여부를 판단한다. Fig.

대상 데이터

Fig. 1에는 방출 및 소화시험에 사용되는 가스계 소화시스템을 나타내었으며 시험실은 소형의 1모형(3 mX3mX3m)과 실물 크기의 제3모형(9.1 mX5.5mX3.8 m)의 두 가지로 각각 27 m3, 190 m5의 부피로 제작되었다. 방출시험에 사용된 소화약제 실린더는 본 연구에서 개발된 소화약제의 소화농도를 기준으로 가능한 시험 당일 온도 조건에 맞추어 153kg/cm2의 압력이 되도록 충전하였다.
B급 소화시험은 인화성 액체나 가연성 액체의 표면을 따라 순간적으로 확산되는 분출성 화재의 진화 성능을 알아보기 위한 목적으로 수행한다. 가연성 물질의 표면에서 화염을 발생하며 연소하는 화재를 대상으로 하며 복잡한 경로의 열분해에 의하여 생성되는 분해연소가 아닌 직접 증발한 증기가 연소하는 증발연소 의 특성을 갖는 헵탄을 연료로 사용하여 수행한다. B급 소화시험은 두 단계에 걸쳐 실시하는데 직육면체로 지어진 시험실 내부의 각각 8군데 모서리에 설치된 원형 캔 소화시험과 정방형 팬 모형을 사용하는 2차 시험을 수행하였다.

이론/모형

소화시험은 방출시험에서 사용된 바 있는 소형 및 실물 모형에서 수행되었으며 방출시험에 사용된 것과 동일한 조건의 소화약제를 사용하였다. 실물 모형에 대해서는 앞서 설명한 A급 화재에 대하여 2회, B급 화재의 제1, 2차 시험을 각 1회씩 실시하였으며 소형 모형에 대해서는 B급 화재 시험을 2회 실시하였다.

성능/효과

실물 모형에 대해서는 앞서 설명한 A급 화재에 대하여 2회, B급 화재의 제1, 2차 시험을 각 1회씩 실시하였으며 소형 모형에 대해서는 B급 화재 시험을 2회 실시하였다. B급 화재의 팬 소화시험의 경우 소형 및 실물 모형 모두 소화약제 방출 이후 40초도 채경과하기 이전에 완전히 소화되는 것을 관찰할 수 있었다. 한편, 캔 모형의 경우에는 연료인 "-헵탄의 양이 적고 화염의 크기가 작아 상대적으로 소형 화재이므로 좀더 빠른 시간에 쉽게 소화되는 경향을 나타내었다.
방출 시간을 지배하는 주요 매개변수 인 오리피스의 직경을 바꾸면서 각 모형별, 배관 길이 별로 방출시간을 측정하였으며 이 결과는 소화시스템 설계 프로그램 개발에 주요한 입력 자료로 활용되었다. n-헵탄을 이용하는 유류 화재와 목재를 사용한 심부 화재에 대한 소화 성능 또한 소화시험을 통하여 방 호구역의 크기나 배관의 길이에 상관없이 모두 우수하게 나타났으며 외국에서 수입되는 제품과 비교하여 본 연구에서 개발된 불활성 가스계 청정 소화약제의 소화 성능이 유사하거나 좀더 우수한 수준인 것으로 판단된다.
9에는 제3모형, 최소 길이 배관에서의 온도 변화를 나타낸 것으로 온도의 감소폭이 크게 증가하였음을 쉽게 알 수 있다. 소화약제의 양이 증가함에 따라 집합관에서의 온도가 -30°C 부근까지 크게 감소하였으며 저)1모형과는 달리 배관이나 노즐에서의 온도 또한 상당 수준 감소하고 있는 결과를 보이고 있다. 시험실 내부 또한 4°C 정도의 온도 감소를 보일 정도로 소화 약제 사용량의 증가에 따른 영향이 증가하였다.
6)이 가스계 소화약제 및 시스템 개발의 일환으로 할론 대체 불활성 가스계 소화약제의 소화농도를 측정하였다. 이 연구에서 개발된 소화약제는 질소와 이산화탄소의 조성이 각각 92± 1%, 8±1%로써 IG-901 이라 명명된다.
12에는 목재 모형을 외부로 꺼내어 손으로 열기를 감지하고 입김을 불어 재발화 여부와 완전히 연소되었는지 여부를 확인해보는 과정을 나타내었다. 총 2회의 시험 모두 완전히 연소 되었음을 확인하였으며 본 연구에서 개발된 소화약제가 목재의 심부화재를 진압하는데도 뛰어난 성능을 발휘하는 것을 알 수 있었다.

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