코밍 방열 두께 및 블레이드 방열 유무에 따른 방화 댐퍼의 내화성능에 관한 실험적 연구 An experimental study on the fireproof performance of fire damper in accordance with insulation conditions on the coaming and blade원문보기
본 논문에서는 방화 댐퍼의 H-120 등급 방열성능 확보를 위하여 탄화수소화재 조건에 따른 내화 실험을 수행하였다. 실험체는 댐퍼 블레이드 방열 유무와 코밍 방열재 두께의 변화에 따라 3가지 타입으로 제작 하였으며, 내화실험을 통한 비 노출면 단열재와 코밍 표면 온도를 측정 하였다. 내화실험 결과 댐퍼 블레이드를 방열하지 않은 실험체-1, 2는 각각 21분, 46분경과 방열성능 허용 기준을 초과하였으며, 댐퍼 블레이드를 방열한 실험체-3은 120분 방열성능을 만족하는 것으로 나타났다. 방화 댐퍼 내화 시험 기준에 따른 비 노출면 최소 돌출길이(500 mm) 조건에서 댐퍼 블레이드 방열조건이 방화 댐퍼 내화성능에 큰 영향을 미치는 요인임을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 방화 댐퍼의 H-120 등급 방열성능 확보를 위하여 탄화수소화재 조건에 따른 내화 실험을 수행하였다. 실험체는 댐퍼 블레이드 방열 유무와 코밍 방열재 두께의 변화에 따라 3가지 타입으로 제작 하였으며, 내화실험을 통한 비 노출면 단열재와 코밍 표면 온도를 측정 하였다. 내화실험 결과 댐퍼 블레이드를 방열하지 않은 실험체-1, 2는 각각 21분, 46분경과 방열성능 허용 기준을 초과하였으며, 댐퍼 블레이드를 방열한 실험체-3은 120분 방열성능을 만족하는 것으로 나타났다. 방화 댐퍼 내화 시험 기준에 따른 비 노출면 최소 돌출길이(500 mm) 조건에서 댐퍼 블레이드 방열조건이 방화 댐퍼 내화성능에 큰 영향을 미치는 요인임을 확인할 수 있었다.
In this paper, Fire resistance test was carried out to obtain class H-120 thermal insulation of fire dampers according to a hydrocarbon fire conditions. Specimens were fabricated three different types according to the change of the insulation system applied to damper blade and coaming which were mea...
In this paper, Fire resistance test was carried out to obtain class H-120 thermal insulation of fire dampers according to a hydrocarbon fire conditions. Specimens were fabricated three different types according to the change of the insulation system applied to damper blade and coaming which were measured surface temperature by performing the fire resistance test. As a test result, specimen-1, 2 of an uninsulated damper blade were exceeded thermal insulation acceptance criteria at 21 minutes, 46 minutes respectively, but specimen-3 of an insulated damper blade was satisfied thermal insulation acceptance criteria during 120 minutes. The test results showed that the insulation of the damper blade is an important factor in the fireproof performance of fire dampers concerning the coaming length minimum 500 mm on the unexposed side as specified test standard.
In this paper, Fire resistance test was carried out to obtain class H-120 thermal insulation of fire dampers according to a hydrocarbon fire conditions. Specimens were fabricated three different types according to the change of the insulation system applied to damper blade and coaming which were measured surface temperature by performing the fire resistance test. As a test result, specimen-1, 2 of an uninsulated damper blade were exceeded thermal insulation acceptance criteria at 21 minutes, 46 minutes respectively, but specimen-3 of an insulated damper blade was satisfied thermal insulation acceptance criteria during 120 minutes. The test results showed that the insulation of the damper blade is an important factor in the fireproof performance of fire dampers concerning the coaming length minimum 500 mm on the unexposed side as specified test standard.
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문제 정의
이와 같은 필요성에 따라 본 연구에서는 탄화수소화재 내화시험 기준 소개와 더불어 방화 댐퍼의 H-120 등급 방열성능 확보를 위하여 방화 댐퍼 블레이드 방열 유무와 코밍 부위 적용 방열재 두께를 변화시켜 120분 탄화수소화재 조건의 내화실험을 통하여 비 노출면의 코밍 방열재 지점 별 표면 온도분포와 코밍 표면의 지점 및 거리 별 온도분포를 분석하였다.
제안 방법
또한 본 실험에서는 H 120 등급 방열성능 확인을 목적으로 방화 댐퍼 블레이드 구동부인 액추에이터를 제외하였으며, 실험 시작 전 댐퍼 블레이드는 닫힌 상태로 내화실험을 수행하였다.
방화 댐퍼 블레이드 방열 유무에 따른 비 노출면 코밍 표면 온도상승이 180℃에 도달하는 시간을 파악하기 위해 코밍을 구속하고 있는 격벽 방열재로부터 151 mm, 313 mm, 475 mm 이격된 지점에 열전대를 설치해 코밍 표면 온도변화를 측정하였으며, 결과는 Table 6과 같이 나타내었다.
방화 댐퍼의 H-120 등급 방열성능 확보를 위하여 방화 댐퍼 블레이드의 방열 유무와 코밍 부위 적용 방열재의 두께를 변화시켜 120분 탄화수소 화재 조건의 내화 실험을 실시한 결과, 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
방화 댐퍼의 내화성을 평가하기 위하여 사용된 시간-가열온도곡선은 노르웨이 선급 규정의 NDP Fire Temperature Curve에 따라 식 (1)과 같이 산정하였으며 탄화수소화재조건 내화시험 기준에 규정되어 있는 120분 가열실험을 실시하였다.
코밍부위 방열 두께에 따른 비 노출면 코밍 방열재 표면 온도상승이 180℃에 도달하는 시간을 파악하기 위해 코밍을 구속하고 있는 격벽 방열재로부터 25 mm 이격된 지점의 방열재 레이어별로 표면 열전대를 설치해 표면 온도변화를 측정하였으며, 결과는 Table 5와 같이 나타내었다.
대상 데이터
제작된 3가지 타입의 실험체는 Table 4와 같이 세라믹울의 적용 두께와 방열부위를 달리하였으며, 본 실험에서는 방화 댐퍼의 방열성능 평가를 위하여 비 노출면 격벽의 방열재 표면으로부터 25 mm 떨어진 코밍 방열재 위에 8개 지점, 그리고 코밍 표면 12개 지점 총 20개의 K 타입 표면 열전대를 Figure 4와 같이 설치하였으며, Figure 5는 실험체 제작과정을 나타내었다.
이론/모형
노르웨이 선급 규정에 따라 탄화수소화재 조건의 내화실험을 수행하기 위하여 Figure 3과 같이 실험체의 일면 가열이 가능하도록 제작된 소형가열로에서 실시하였다. 소형가열로는 최대 1,200℃ 내의 가열조건을 구현할 수 있으며, 가열온도 측정을 위한 로 내부 열전대는 ISO 834에서 규정한 판형 열전대를 사용하여 댐퍼와 코밍으로부터 100 mm 이격된 지점에서 측정하였다.
성능/효과
1) 댐퍼 블레이드 내부에 방열재를 넣지 않고 코밍 부위에 방열두께 변화를 준 실험체-1, 2의 경우 각각 20분, 45분으로 모두 120분 방열성능을 만족하지 못하였으며, 댐퍼 블레이드 내부에 방열재를 넣은 실험체-3은 120분 방열성능을 만족하는 것으로 나타나 블레이드 방열조건이 방화 댐퍼 내화성능에 큰 영향을 미치는 요인임을 알 수 있었다.
2) 비 노출면 코밍 방열재 각 레이어별 표면 온도 측정 결과를 통하여 노출면 코밍 부위 방열두께가 88 mm, 126 mm이면서 댐퍼 블레이드를 방열하지 않은 경우 비 노출면 코밍 방열두께는 88 mm 정도가 적정하며, 노출면 코밍 방열 두께가 126 mm이면서 댐퍼 블레이드 내부에 방열재(20 mm)를 넣은 경우 비 노출면 코밍 방열 두께 50 mm로 방열성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
3) 코밍 거리 별 표면 온도를 측정한 결과 방화 댐퍼 내화시험 기준에서 요구하는 비 노출면 코밍 최소 돌출 길이(500 mm) 에서의 방열성능 확보를 위해서는 댐퍼 블레이드 내부를 방열하여야 하며, 블레이드 내부를 방열하지 않은 경우에는 코밍 방열 길이를 500 mm 이상으로 하여야 하는 것으로 판단된다.
Table 5를 볼 때 120분 실험 시간 동안 첫 번째 레이어의 표면 온도상승 값은 실험체-1의 경우 322 ~ 397 ℃, 실험체-2의 경우 179 ~ 216 ℃로 두 실험체 모두 방열성능 허용 기준 값을 초과 하였으나, 실험체-3의 경우 126 ~ 159 ℃로 방열성능 허용 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
Table 6을 볼 때 120분 실험 시간 동안 151 mm 지점에서의 표면 온도상승 값은 실험체-1의 경우 433 ~ 501 ℃, 실험체-2의 경우 317 ~ 414 ℃, 실험체-3의 경우 295 ~ 316 ℃로 3개 실험체 모두 방열성능 허용 기준을 모두 초과 하는 것으로 나타났으며, 313 mm 지점에서의 표면 온도상승 값은 실험체-1의 경우 374 ~ 446 ℃, 실험체-2의 경우 308 ~ 358 ℃, 실험체-3의 경우 138 ~ 185 ℃로 3개 실험체 모두 방열성능 허용 기준을 모두 초과 하는 것으로 나타났으며, 475 mm 지점에서의 표면 온도 상승 값은 실험체-1의 경우 253 ~ 274 ℃, 실험체-2의 경우 196 ~ 226 ℃실험체-3의 경우 88 ~ 136 ℃로 실험체-1, 2는 방열성 허용 기준을 초과 하였으나, 실험체-3은 방열성 허용 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
댐퍼 블레이드 내부에 방열재를 넣지 않은 실험 체-1의 경우 실험시작 20분 후 비 노출면 코밍 표면의 온도상승이 188 ℃로 나타났으며, 실험체-1과 동일 부위 방열 조건으로 방열두께가 증가된 실험체-2의 경우 45분 후 비 노출면 코밍 표면 온도상승이 181 ℃로 실험체-1에 비하여 방열성능이 25분 정도 더 유지되는 차이를 보였으며, 댐퍼 블레이드 내부에 방열재를 넣고 코밍 부위에 방열두께 변화를 준 실험체-3의 경우 실험시작 후 120분이 경과될 때까지 비 노출면 코밍 표면 온도상승이 136 ℃ 로 요구 방열성능 기준을 만족 하였다.
두 번째 레이어 표면 온도상승 값은 실험체-1의 경우 81 ~ 117 ℃, 실험체-2의 경우 60 ~ 74 ℃, 실험체-3은 51 ~ 78 ℃로 3개 실험체 모두 방열성 허용 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
방열성에 대한 각 실험체의 결과는 Figure 6에서와 같이 비 노출면 코밍 방열재 표면에 대한 방열성능은 3개 실험체 모두 120분을 만족하였으나, 비 노출면 코밍 표면의 최고 온도상승에 대하여 댐퍼 블레이드 내부에 방열재를 넣지 않고 코밍 부위만 방열한 실험체-1, 2의 경우 각각 20분, 45분으로 방열성능 120분을 만족하지 못하였으며, 코밍과 댐퍼 블레이드 내부를 방열한 실험체-3은 방열성능 120분을 만족 하는 것으로 나타났다.
탄화수소화재 조건의 내화시험 기준에 따른 실험 결과는 Table 7에 나타내었다. 실험결과 3개 실험체 모두 비 노출면에서의 화염 발생이 없었으며, 또한 가열로 내부의 화염을 관통시키는 유해한 갭 발생이 없어 보존성 120분을 확보하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방화 댐퍼 블레이드에 대한 120분 탄화수소 화재 조건의 내화 실험을 실시한 결과는 무엇인가?
1) 댐퍼 블레이드 내부에 방열재를 넣지 않고 코밍 부위에 방열두께 변화를 준 실험체-1, 2의 경우 각각 20분, 45분으로 모두 120분 방열성능을 만족하지 못하였으며, 댐퍼 블레이드 내부에 방열 재를 넣은 실험체-3은 120분 방열성능을 만족하는 것으로 나타나 블레이드 방열조건이 방화 댐퍼 내화성능에 큰 영향을 미치는 요인임을 알 수 있었다.
2) 비 노출면 코밍 방열재 각 레이어별 표면 온도 측정 결과를 통하여 노출면 코밍 부위 방열두께가 88 mm, 126 mm이면서 댐퍼 블레이드를 방열 하지 않은 경우 비 노출면 코밍 방열두께는 88 mm정도가 적정하며, 노출면 코밍 방열 두께가 126 mm이면서 댐퍼 블레이드 내부에 방열재(20 mm)를 넣은 경우 비 노출면 코밍 방열 두께 50 mm로 방열성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
3) 코밍 거리 별 표면 온도를 측정한 결과 방화 댐퍼 내화시험 기준에서 요구하는 비 노출면 코밍 최소 돌출 길이(500 mm) 에서의 방열성능 확보를 위해서는 댐퍼 블레이드 내부를 방열하여야하며, 블레이드 내부를 방열하지 않은 경우에는 코밍 방열 길이를 500 mm 이상으로 하여야 하는 것으로 판단된다.
해양플랜트에서 H 등급 기자재를 요구하는 이유는 무엇인가?
그러나 해양플랜트의 경우 일반 선박과는 달리가연성 물질을 생산, 적재함으로서 화재 발생 시대규모 사고로 발전할 우려가 크기 때문에 일반 선박에서 요구하는 표준화재(종이, 섬유 등) 등급보다 가혹한 탄화수소계 물질(Gas, Oil)이 동반된 급 가열 조건에서의 저항성을 가지는 H 등급 기자재를 요구하고 있다.
해양플랜트용 기자재 개발에 대한 관심이 증대하는 이유는 무엇인가?
현재 국내 조선 산업은 글로벌 경기 침체에 따른 일반 선박의 수주 급감으로 부진을 면치 못하고 있으나, 에너지 자원의 개발에 따른 특수선을 비롯한 고부가가치 해양플랜트 수주 실적은 증가세에 있어 국내 조선소를 비롯한 관련 기자재기업에서도 해양플랜트용 기자재 개발에 높은 관심을 가지고 개발에 나서고 있다[1].
참고문헌 (8)
J.-S. Kim "Offshore standard for fire & explosion protection materials," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 36, no. 6, pp. 751-752, 2012 (in Korean)
T.-J. Choi, U.-T. Kim, and J.-S. Kim, K.-K, S.-C. Jang, and S.-M. Han, "An experimental study on the hydrocarbon fire resistance test of the "H" class divisions," Proceedings of the 36th KOSME Spring Conference, p. 205, 2012 (in Korean).
BS, "Fire tests on building materials and structures. method for determination of the fire resistance of elements of construction (general principles)," UK, BS 476 Part 20, 1987.
DNV, "Standard for certification-no. 2.9," NOR, Type Approval Programme No. 470, 2003.
ASTM, "Standard test methods for determining effects of large hydrocarbon pool fires on insulated marine bulkheads and decks, constructed of steel," USA, ASTM F 2133-01, 2007.
IMO, "Adoption of the international code for application fire test procedures," IMO Res. 307(88), 2010.
ISO, "Fire-resistance tests - elements of building construction - part 3," ISO 834-3, 2012.
Cerak Wool New-Bio 1100-1300, www.kccworld.co.kr/eng/business/insulation_materials, Accessed December 11, 2012.
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