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펌프 기동 및 정지에 따른 배관 압력상승과 수격작용 영향 고찰
Consideration of Pressure-Rise and Water Hammer for Pipe System in Relation to Start-Up and Sudden Stop of the Pump 원문보기

한국압력기기공학회 논문집 = Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping, v.13 no.1, 2017년, pp.69 - 74  

허민웅 (한국수력원자력(주) 중앙연구원) ,  민지호 (한국수력원자력(주) 중앙연구원)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the fire protection system or fire fighting water supply system, the jockey pump is generally installed for the prevention of the pressure decrease of pipes, the frequent driving of the fire pump and protection the pipes from the water hammer. In this paper, the pressure-rise in fire fighting wat...

주제어

#소방펌프   #압력상승   #배관가압   #완충탱크   #수격작용  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 소방시설 설계기준 중 하나인 NFPA(National Fire Protection Association)에 의하면, 압력 유지 용도로 사용되는 충압펌프는, 미분무용 용적 펌프나 주 펌프가 아닌 다른 승인된 방법으로 대체될 수 있도록 되어 있다. 현재 일부 발전소의 경우, 소화수 공급계통 내 소화수 분배 배관의 압력유지를 위해, 충압펌프의 대체 수단으로 별도의 질소가압 완충탱크를 이용하여 배관을 가압하고 있으며, 본 논문에서는 질소가압 완충탱크의 충압펌프 대체 여부를 검증하기 위해, 화재 발생 시 소방펌프 급속 기동 조건 및 완충탱크 수위 변화 조건, 펌프 급속 정지 조건에서 수격작용에 의한 소화수 분배 배관 압력상승 영향을 분석하였고, 정상운전 시 배관 내 수격작용 발생 가능성을 확인하였다.

가설 설정

  • 2는 소방펌프와 소화수 분배 배관 및 완충탱크로 구성된 압력상승 계산을 위한 소화수 공급계통의 개략도로, 소화수 분배 배관의 압력상승 계산을 위해 계통을 단순화하여 계산에 필요한 인자들을 나타내었다. z1은 완충탱크의 해수면 기준 수위, z2는 소화수 분배 배관의 해수면 기준 높이, z3은 소화수가 분출되는 소화호스의 높이로, 계산의 보수성을 위해 소화수 분출 시 소화호스의 높이는 1.0 m로 가정하였다. 소화호스의 내경은 40 mm이고 분출구 주변의 압력은 대기압이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
소방펌프의 잦은 기동을 방지할 수 있는 방법은 무엇인가? 충압펌프가 추가로 설치되는 경우, 배관 압력을 일정 범위 내로 유지함으로써, 화재 발생 시 소방펌프 기동 및 정지 등의 운전 조건에서의 압력 변화로부터 배관을 보호할 수 있다. 또한, 충압펌프의 기동압력을 소방펌프 기동압력보다 약간 높게 설정함으로써, 배관 누수 등 화재 발생 이외의 조건에서 소방펌프의 잦은 기동을 방지할 수 있다. 충압펌프는 계통 배관 내에서 발생할 수 있는 수격작용(Water Hammer)의 방지 용도로도 사용될 수 있다.
충압펌프 추가설치 시 얻는 효과는 무엇인가? 특히 화재발생 시 각각의 화재 보호 계통에 위치한 소화전, 스프링클러 등으로 소화수를 지속적으로 보내주는 소화수 공급 계통에는, 소화수 공급 용도의 소방펌프 이외에, 배관 압력 유지 용도로 소방펌프 토출부 인접 배관에 충압펌프(Jockey Pump)의 설치를 고려할 수 있다. 충압펌프가 추가로 설치되는 경우, 배관 압력을 일정 범위 내로 유지함으로써, 화재 발생 시 소방펌프 기동 및 정지 등의 운전 조건에서의 압력 변화로부터 배관을 보호할 수 있다. 또한, 충압펌프의 기동압력을 소방펌프 기동압력보다 약간 높게 설정함으로써, 배관 누수 등 화재 발생 이외의 조건에서 소방펌프의 잦은 기동을 방지할 수 있다.
소방펌프가 급속하게 정지될 경우 유속 및 압력의 구체적인 변화는 어떠한가? 소방펌프 운전 중, 예기치 못한 상황으로 펌프가 급속하게 정지될 경우, 펌프로부터 공급되던 소화 수의 유속 급감으로 수격작용이 발생하여 소화수분배 배관 작용 압력의 변화(1),(4)가 생길 수 있다. 소방펌프 급속 정지 시에는 펌프 토출 유속 1.04 m/s가 0 m/s로 떨어지게 되므로, 유속 차는 1.04 m/s이고, 이에 따른 압력변화는 (6)식에 의해 13.02 bar로 계산되며, 이는 배관 설계 압력 15.0 bar 보다 낮으므로, 펌프 급속 정지 시 수격작용이 발생하여 나타나는 압력 변화에도 배관 건전성은 확보가 되는 것을 확인할 수 있다.
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참고문헌 (5)

  1. Sharp, B. B, Sharp, D. B., 1996, Water Hammer : Practical Solutions, Americas Halsted Press, pp. 9 - 14 

  2. Joukowsky, N., 1904, "The Hydraulic Hammer in Water Supply Pipes," Proceeding American Water Works Association, Vol. 24, pp. 341 - 424 

  3. Electric Power Research Institute, 1996, Water Hammer Handbook for Nuclear Plant Engineers and Operators, EPRI TR-106438s 

  4. Hanif Chaudhry, M., 2014, Applied Hydraulic Transients, Springer New York, pp. 1 - 58 

  5. The American Society of Mechanical Engineers, 2002, ASME Code for Pressure Piping, B31 

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