[논문]소방배관에 사용되는 동관과 스테인리스관의 특성 비교

남준석; 이영식; 김영호; 원성연

소방배관에 사용되는 동관과 스테인리스관의 특성 비교
A Characteristic Comparison of Copper Pipe and Strain less Pipe used in Fire Protection System 원문보기

남준석 (한국소방산업기술원) , 이영식 (한국소방산업기술원) , 김영호 (포스코기술연구소) , 원성연 (포스코기술연구소)

건축환경의 변화에 따라 최근 스테인리스배관을 소방배관에 사용하고자 하나 국가화재안전기준에 관련근거가 없어 사용이 어려운 것이 현실이다. 따라서 본 논문에서는 이 기준에서 사용할 수 있는 배관가운데 동관(KS D 5301)과 일반배관용 스테인리스 배관(KS D 3595)의 성능비교를 통하여 사용가능성을 확인하였다. 비교한 성능은 강도, 내식성 및 내열성이며 유한요소해석과 관련 시험을 통해 성능을 비교한 결과 동등이상임을 확인할 수 있었다.

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 국가화재안전기준에서 언급되어 있기 않은 스테인리스배관중 일반배관용 스테인리스강관이 소화설비에 사용될 수 있는기의 여부를 비교대상의 배관인 동관과성능비교를 통해 판단하고자 한다.

제안 방법

또한, 두 배관의 성능비교를 위해 다음과 같이 강도.내식성 및 내열성을 비교하였다.
에서는 수계소화설비의 사용배관으로 일본공업규격 G3442, G3448, G3452, G3454 혹은 G3459에 적합한 관 또는 이와 동등이상의 강도, 내식성 및 내열성을 갖은 금속제 관을 사용하도록 하고 있다" JIS G 3448(2004, Light gauge stainless steel tubes for ordinary piping, 일반배관용 스테인리스강관)은 국내 KS D 3595와 동일하다. 다음 표에서는 배관 종류에 따라 KS와 JIS의 규격을 비교하였다.
와 같다. 시험시료는 호칭기름 50으로 하였으며 성능비교를 위한 강도시험압력은 「스프링클러 설비의 화재 안전기준_ 4.중 배관용 탄소강관의 최고사용압력인 1.2 에 5배의 압력을 본체강도시험압력으로 하였다.

대상 데이터

두 관의 성능비교를 위해 그림 4와 같이 스테인리스배관은 용접부 특성을 고려하여 인장 시편(KS 12A)을 채취하여 모델링에서 용접부분과 용접부가 없는 부분의 물성을 각각 고려하였고, 동관의 경우 이옴매가 없으므로 관의 길이방향으로 인장시편을 채취하여 모델링에서 입력자료로 사용하였다. 두 관의 물성은 표 3.
설치된 사례로는 Cognis, chemical plant (Dusseldorf), Misubishi Papers, paper production (Bielefeld), B\IW, automobile production( Leipzig), The Gate, office building (Dubai), Seestem, office building (Du s seldorf), Skala, multi-story office building (Frankfuii), Hospital Devenier(Netherlands), Retail Outlets(Aberdeen) 등이 있다.

성능/효과

25°의 온도, pH (6~14), IM NaCl 용액내에서 1 mV/sec로 양극분극시험을 통해 두 관의내식성을 비교한 결과 스테인리스관의 Eb (Breakdown Potential)는 (0.2—0.3) V SCE (Saturated Calomel Electrode)기만, 구리의 경우 (-0.3(pH 6)~+0.1) V SCE로 나타나 스테인리스관의 Eb가 높음을 알 수 있었다.
강도는 스테인리스관이 동관보다 약 123, 6 % 높아 충분한 강도를 가기고 있었고, 내식성은 STS304의 Eb(인가전압에 따른 전류변화 감기 전위 값)가(0, 2~03) V SCE 이고 Cu의 Eb가 (-0.3(pH 6)~+0.1) V SCE로 나타나 스테인리스관의 부동태 안정성이 높았으며, 화재시험을 통해 스테인리스관의 내열성을 평가한 결과 성능에 이상이 없음을 시험을 통해 알 수 있었다.
또한, 동관은 호칭기름이 커질수록 수압력이 적어기고, 일반배관용 스테인리스배관은 동일한 수압력으로 가기배관의 압력을 기준으로 가압송수장치를 설계하는 소방설비의 특성을고려할 때 일반배관용 스테인리스강관이 보다 적합한 것으로 판단된다.
유한요소해석결과 스테인리스강관과 동관 모두 탄성한도를 넘기 않아 소성변형이 발생하기않음을 확인하였고, 스테인리스관의 경우 105.1 \lfe 동관의 경우 85.05 의 강도를 가기고 있었다. 이는 동일크기의 관에서 스테인리스관의 두께가 0.

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