[논문]해양플랜트용 H-120 Class 파이어 댐퍼의 성능 실험

장성철; 허남수; 김인환

doi:10.14775/ksmpe.2014.13.2.131

해양플랜트용 H-120 Class 파이어 댐퍼의 성능 실험
Performance Experiment of H-120 Class Fire Damper for Offshore 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.13 no.2, 2014년, pp.131 - 136

장성철 (한국폴리텍항공대학) , 허남수 (경남과학기술대학교) , 김인환 (경남과학기술대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a fire resistance test was carried out in accordance with the change of the insulation conditions on the exposed side and unexposed side of a coaming to obtain the optimal insulation conditions for class H-120 insulation in connection with specimen1 of the preceding paper for an evaluation of the fireproof performance of fire dampers according to hydrocarbon fire conditions. In the test results, specimen2(88 mm, $171^{\circ}C$) met the class H-120 insulation conditions, but specimen3(76mm, $181^{\circ}C$) exceeded the thermal insulation acceptance criteria at 110 minutes. Therefore, specimen2(88 mm) represents the optimal insulation conditions as a possible lightweight materialas compared to specimen1. From a comparison of the test results, we concluded that the temperature increase of the coaming insulation surface was influenced by conductive heat from the bulkhead and that the coaming surface was influenced by radiant heat from the blade and coaming.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 해양플랜트용 방화댐퍼의 열응력 해석을 수행한 후 댐퍼 블레이드 방열(20mm), 코밍 방열(126mm, 벽면과의 일정치수)에 대한 최적 조건을 도출하기 위해, 코밍 노출면 방열 두께와 비노출면 방열 길이를 변수로 하여 내화실험을 통한 비노출면 방열재와 코밍 표면 온도를 측정하여 성능실험을 수행한후 국내최초의 H-120 Class 화재등급 인증을 받아 국산화 시키는 것이다.

제안 방법

방화 댐퍼 내화성능 평가를 위한 실험장치의 구성은 Fig. 2에서와 같이 격벽(Bulkhead)과 코밍(Coaming) 및 방화 댐퍼(Fire damper)로 구성되어 있으며, 격벽은 방화 댐퍼가 시험하고자 하는 등급으로 방열하고 그 면이 시험의 가열로에 비노출면이 되도록 한다.^[5]
방화 댐퍼 비노출면 코밍 방열재 표면의 방열성 확인을 위해 Fig. 2에서와 같이 Bulkhead insulation으로부터 25mm 이격된 코밍 A~D지점의 방열재 레이어별로 표면 열전대를 설치해 표면 온도변화를 측정하였으며, 결과는 Fig. 8, 9에서와 같이 나타내었다.
방화 댐퍼 비노출면 코밍 표면의 방열성 확인을 위해 비 노출면 코밍 방열재가 끝나는 부위로부터 25mm 이격된 A∼D지점에 열전대를 설치해 표면 온도변화를 측정하였으며 온도상승 결과는 Fig. 10에서와 같이 나타내었다.
본 연구에서는 해양플랜트용 방화댐퍼의 열응력해석을 수행한 후 댐퍼 블레이드 방열(20mm), 코밍 방열(126mm)에 대한 최적 조건을 도출하기 위해, 코밍 노출면 방열 두께와 비노출면 방열 길이를 변수로 하여 내화실험을 통한 비노출면 방열재와 코밍 표면 온도를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

성능/효과

(a) 에 비하여 (36∼51)℃ 증가된 온도상승 값을 나타내었으며, A∼D지점 모두 방열성 허용기준을 만족하였다.
(a)와 비교하여 (43∼54)℃ 증가된 온도상승 값을 나타내었고, A, B, C 지점은 방열성 허용기준을 만족하였으나, D 지점에서 185℃로 방열성 허용 기준을 초과하는 것으로 나타났다.
7 (b)의 A~D 지점 온도상승 값은 (136 ~ 154)℃로 Fig. 7 (a)와 비교하여 A, B, C지점은 (10 ~ 25) ℃ 증가된 온도상승 값을 나타내었고, D지점의 경우 -5 ℃로 온도상승 값이 감소하는 것으로 나타났다. Fig.
7 (c)의 경우 A∼D지점 코밍 표면 온도상승 값은 (51∼78)℃로과 Fig. 7 (a)와 비교하여 A, C지점은 온도변화가 없었으며, B 지점의 경우 27 ℃ 증가하였고, D 지점은 -27 ℃로 온도상승 값이 감소하는 것으로 나타났다. 온도상승에 대한 비교결과 Fig.
둘째, 코밍 표면 온도상승 결과는 노출면 코밍방열 두께 88mm의 실험체-2는 H-120 등급 방열성능 기준을 만족하였으나, 노출면 코밍방열 두께 50mm의 실험체-3은 방열성 허용기준을 초과하는 것으로 나타났다.
셋째, 방화 댐퍼 블레이드 내부 방열(20mm)조건에서 노출면 코밍 방열 두께 88mm, 비 노출면 방열 두께 50 mm와 방열 길이 324mm가 실험체-1로부터 경량화가 가능한 최적의 방열 조건인 것으로 확인되었다.
온도상승에 대한 비교결과 노출면 코밍 방열두께가 감소함에 따라 온도가 상승하는 것으로 나타났으며, A ~ D 지점의 온도상승 결과가 Fig. 7 (a)와 동일한 패턴을 나타나는 것으로 확인되어 방열재 표면이 격벽을 통한 전도열에 영향을 받는 것과는 달리 코밍 표면은 블레이드와 노출면 코밍으로부터 방사되는 복사열에 의한 영향이 큰 것으로 판단된다.
첫째, 비 노출면 방열재 표면 온도상승 결과는 실험체-2, -3 모두 첫 번째 레이어(50mm)에서 방열성능을 만족하는 것으로 나타나 두 번째 레이어 방열재 길이 조정은 필요 없는 것으로 확인 되었다.
6은 방화댐퍼의 최대 등가응력을 나타낸 것이다. 최대 등가응력 값은 덕트 구조부재에서 약 140MPa로 나타났다. 이러한 등가응력 값은 방화댐퍼의 SUS 316 소재의 항복강도 290MPa의 약 1/3 수준에 해당하는 값이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화재란 무엇인가	화재는 불로서 야기된 재앙으로 제어되지 않는 소화할 필요성이 있는 연소현상이다[1]. 제어되는 연소의 경우 화력발전 등과 같은 유익한 자원으로서 이로움을 가져다주지만, 제어되지 않는 연소는 화재로 이어져 인명과 재산 손실을 초래한다.
	방화 댐퍼의 역할은 무엇인가	방화 댐퍼는 Fig. 1에서와 같이 덕트에 연결되는 외부 프레임(External fame)과 화염 및 유독가스 차단역할을 하는 블레이드(Blade), 블레이드를 개폐시키는 액추에이터(Actuator), 온도 및 연기 감지센서로 구성되어 있으며, 기능으로는 화재 발생시 센서 감지에 의해 블레이드가 자동 폐쇄되어 덕트 관통부에 의한 화염 및 유독가스의 확산을 차단하는 역할을 수행한다.
	선박과 해양플랜트에 적용되는 해상에서 화재 감지기 및 스프링클러 등의 능동적 소화시스템과 수직 및 수평 구획에 화재저항 기능을 갖는 수동적 개념의 방화 구획화를 화재안전 기능요건으로 규정하는 이유는 무엇인가?	화재는 불로서 야기된 재앙으로 제어되지 않는 소화할 필요성이 있는 연소현상이다[1]. 제어되는 연소의 경우 화력발전 등과 같은 유익한 자원으로서 이로움을 가져다주지만, 제어되지 않는 연소는 화재로 이어져 인명과 재산 손실을 초래한다. 특히 피난공간의 미확보와 외부의 도움을 받을 수 없는 해양에서 화재발생은 매우 치명적인 재해요소로 사전 예방과 화재가 확산되지 않도록 하는 것이 중요하다. 이러한 이유로 선박과 해양플랜트에 적용되는 해상에서 인명의 안전에 관한 국제협약(SOLAS), 노르웨이 해양산업표준(NORSOK Standard), 선급 규정(Class Rule)[2] 에서는 화재 감지기 및 스프링클러 등의 능동적 소화시스템과 수직 및 수평 구획에 화재저항 기능을 갖는 수동적 개념의 방화 구획화를 화재안전 기능요건으로 규정하고 있다.

참고문헌 (7)

Quintiere, J. G. "Principles of Fire Behavior," 1st ed, Seoul, Korea: Dong Hwa Technology Publishing Co., 2004.
Choi, T. J., Kim, J. S., Choi, K. K., Lim, Y. S., Kim, Y. T., "An Experimental Study on the Fireproof Performance of Fire Damper in Accordance with Insulation Conditions on the Coaming and Blade", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 37, No. 4, pp.431-437, 2013.

원문보기 상세보기
http://dx.doi.org/10.5916/jkosme.2013.37.4.431
NORSOK Standard H-001: Heating, Ventilation and Air Conditioning 2001.
International Convention for the Safety of Life at Sea, (SOLAS) 2012.
IMO Res. 307(88) : Adoption of the International Code for Application Fire Test Procedures, 2010.
Standard for Certification-No. 2.9 /Appendix A-Type Approval Programme No. 470, June 2003.

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