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문제 정의
- 본 연구에서 저자들은 국내에 설치된 스프링클러 동배관에 상당수의 공식이 이미 형성되어 있는 점을 고려하여 소화 용수의 용존산소 농도를 0.01 ppm 이하로 낮추어 공식 부식의 생성은 물론 성장을 정지시켜 누수의 발생을 획기적으로 줄이는 방안을 연구하였다.
제안 방법
- 기술을 적용한 아파트 중 1 세대에서 기술 적용 2 달 후에 누수가 발생하였으며 이 세대의 배관을 채취하여 공식 내부와 부근의 조직과 성분을 분석하였다. 또한 비교를 위하여 기술을 적용하지 않은 세대 중에서 누수가 발생한 1 세대의 배관을 채취하여 공식 내부 형상을 관찰하였다.
- 기술을 적용한 아파트 중 1 세대에서 기술 적용 2 달 후에 누수가 발생하였으며 이 세대의 배관을 채취하여 공식 내부와 부근의 조직과 성분을 분석하였다. 또한 비교를 위하여 기술을 적용하지 않은 세대 중에서 누수가 발생한 1 세대의 배관을 채취하여 공식 내부 형상을 관찰하였다.
- 미국 FEI사의 Inspect F50 모델의 SEM을 이용하여 20kV의 가속 전압으로 스프링클러 동배관의 내면과 공식의 외부 및 내부를 관찰하였으며 SEM에 부착된 EDS를 이용하여 각 부분의 성분도 함께 분석하였다.
- 스프링클러 동배관의 누수피해를 겪고 있는 입주한지 8년이 지난 총세대 수 870의 아파트를 선정하여 이 중에서 258세대 (2세대당 1개의 알람밸브, 알람밸브 개수: 129개)에 대해 저자의 특허 기술 [11] 또는 특허 출원 중인기술 [12]을 적용하였으며, 이에 의해 누수 빈도가 줄어드는지를 확인하였다. 이 기술을 요약하면 ‘진공펌프를 이용하여 배관내의 공기를 잔류 소화용수와 함께 제거하고 배관 내에 아황산나트륨(Na2SO3)을 용해시킨 물을 별도의 펌프를 이용하여 넣어준 후에 급수밸브를 열어 가압한다.
- 아황산나트륨 수용액 속에 담근 동판(1cm × 1cm)의 전기화학적 특성을 측정하기 위하여 동전위 분극시험을 실시하였다. 기준전극은 포화 칼로멜 전극(SCE), 상대전극으로는 백금을 사용하였고 시험 중에는 질소가스를 물 위로 불어 주어 수용액 위를 질소 분위기로 만들어 공기 중의 산소가 물에 녹아 들어가는 것을 방지하였다.
- 이 방법에 의해 배관 내에 용존산소가 거의 완벽하게 제거된 소화용수를 채워 넣을 수 있었다. 이 기술을 적용한 모든 세대의 알람밸브에서 1, 2 달 간격으로 최대 6 달간 소화용수를 7 ml 정도 빼내어 용존산소 농도를 측정하였다. 용존산소 농도의 측정에는 미국 OHAUS사의 Starter300D 모델을 사용하였으며 측정 정밀도는 0.
대상 데이터
- 4 달의 관찰 기간 동안에 기술을 적용한 258세대 중에서 1 개의 세대에서 기술 적용 후에 배관 누수가 발견되었으며, 기술을 적용하지 않은 612 세대에서 총 9 차례 누수가 발생하였다. 이러한 결과로부터 본 기술이 동 배관의 공식 부식을 방지하는데 상당히 유효한 것을 확인할 수 있었다.
- 본 기술을 적용한 129개의 알람밸브 중에서 4 개의 알람 밸브로부터 채취한 물 만이 0.01 ppm 이상의 용존산소 농도를 보이고 나머지는 모두 0.00 ppm을 가리키며 측정할 수 없을 정도로 낮았다. 이렇게 낮은 농도가 측정기간인 6개월간 지속되었다.
이론/모형
- 이 기술을 적용한 모든 세대의 알람밸브에서 1, 2 달 간격으로 최대 6 달간 소화용수를 7 ml 정도 빼내어 용존산소 농도를 측정하였다. 용존산소 농도의 측정에는 미국 OHAUS사의 Starter300D 모델을 사용하였으며 측정 정밀도는 0.01 ppm 이며 측정 전에 표준 용액을 이용하여 교정을 하였다.
- 기준전극은 포화 칼로멜 전극(SCE), 상대전극으로는 백금을 사용하였고 시험 중에는 질소가스를 물 위로 불어 주어 수용액 위를 질소 분위기로 만들어 공기 중의 산소가 물에 녹아 들어가는 것을 방지하였다. 전위차계(Potentiostat)는 한국 WonATech사의 Smart Interface로 컴퓨터 제어되는 WPG100 모델을 사용하였다.
성능/효과
- (1) 소화배관 내의 공기를 제거한 후에 아황산나트륨으로 용존산소를 제거한 물을 충수하는 기술은 스프링클러 동배관의 공식부식의 성장을 정지시켜 누수를 방지하는 매우 유효한 기술임을 확인하였다.
- (2) 아황산나트륨 수용액에 의한 동배관 공식부식의 방지는 용존산소 농도를 매우 낮은 값으로 유지하여 공식부식 반응을 열역학적으로 또는 반응속도적으로 멈추게함으로서 이루어진다.
- (3) 이 기술로 동배관 내의 용존산소 농도가 측정할 수 없을 정도로 매우 낮은 값으로 6개월 이상 유지됨을 확인하였으며, 최소 2년 이상 낮은 용존산소농도가 유지될 것으로 예상된다.
- (4) 스프링클러 동배관의 공식 부식의 성장은 배관 내에 가압된 공기층과 스프링클러 설치 시에 발생한 모래와 같은 이물질에 의해 만들어지는 산소농도차전지 현상으로 인해 일어난다.
- (5) 스프링클러 동배관의 핀홀 형성은 반구형 공식의 생성, 인접한 공식들의 합체와 성장, 공식 내 Cu 입자들의 용해와 분리에 의해 깊숙한 구멍으로 발전의 여러 단계를 거쳐 일어난다.
- 4 달의 관찰 기간 동안에 기술을 적용한 258세대 중에서 1 개의 세대에서 기술 적용 후에 배관 누수가 발견되었으며, 기술을 적용하지 않은 612 세대에서 총 9 차례 누수가 발생하였다. 이러한 결과로부터 본 기술이 동 배관의 공식 부식을 방지하는데 상당히 유효한 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 한편, equation (3)의 전체 반응 속도는 산소분압의 제곱근에 비례하므로 용존산소 농도를 매우 낮은 값으로 유지하면 실질적으로 공식 부식 반응이 정지될 것이다. 즉, 용존산소 농도를 아주 낮은 값으로 유지할 수 있다면 열역학적으로나 반응속도론적으로 공식의 성장을 멈추게 할 수 있을 것이다. 이것을 Fig.
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