개요
할론소화설비의 주요 구성요소는 이산화탄소소화설비와 거의 유사하며 약제만 차이가 있는 것으로 생각하면 된다. 할론 소화약제
를 사용하여 화재의 연소반응을 억제함으로서 소화하는 설비로서 본 소화약제는 당초 항공기 엔진의 화재를 소화할 목적으로 개발
되었다. 할론소화약제란 지방족 포화탄화수소의 분자 중에 존재하는 수소원자들 중 하나 이상의 할로겐족 원소 F(불소), Cl(염소),
Br(브롬), I(요오드)와 치환되어 생성된 물질 중 현실적으로 소화약제로 사용될 수 있는 것을 총칭하는 것을 말한다.
법령상 소화약제로 인정되는 것은 할론 1301, 할론 1211, 할론 2402의 3종류가 있다.
(1) 할론소화설비의 소화원리
연소의 4요소 중 하나인 연쇄반응이란 화재 시 지속적으로 발생하는 OH+, H+ 의 활성라디칼이 연소반응을 확대시키는 것으로서,
억제소화란 이러한 연쇄물질을 억제하여 연쇄반응을 차단함으로서 소화하는 것을 말한다. 즉, 이는 일종의 부촉매역할을 하는 것
으로서 할론소화약제의 경우는 전적으로 화학적 소화방법의 하나인 억제소화에 의해 소화하는 것이다.
(2) 할론소화설비의 장, 단점
장점 ① 화학적 부촉매에 의한 연소억제작용이 크며, 소화능력이 크다.
② 전기적 부도체로서 C급 화재에 매우 효과적이다.
③ 저농도로서 소화가 가능하며, 질식의 우려가 없다.
④ 소화 후 잔존물이 없다 (=증거보존이 용이하다)
⑤ 금속에 대한 부식성이 적고, 독성이 비교적 적다.
단점 ① CFC (Chloro Fluoro Carbon, 불화염화탄소) 계열의 물질로 오존층 파괴의 원인물질이다.
② 가격이 매우 고가이다.
③ 약제 생산 및 사용제한으로 안정적 수급이 불가능하다.
(3) 오존층 파괴 메커니즘
① 지상에서 방출된 CFC(불화염화탄소, Chloro Fluoro Carbon)의 대부분은 대류권(지표에서 20km 까지)대에서 분해되지
않고 성층권(지상 20~40km)에 도달하게 된다.
② 성층권에 도달된 CFC는 태양으로부터의 강한 자외선에 대한 광분해되어 염소를 방출한다.
③ 염소는 오존(O3)과 반응하여 오존이 파괴된다.
④ 촉매반응에 의해 염소가 다시 분리되어 또 다른 오존과 반응하게 되며, 따라서 하나의 염소원자는 수천 개의 오존분자를 파괴
할 수 있게 된다.
(4) 오존층 파괴로 인한 문제
성층권에서 오존층이 파괴되면 지금까지 오존층에서 흡수되었던 유해한 자외선이 지표면에 보다 많이 도달하게 되는데 그 결과
다음과 같은 문제점을 야기하게 된다.
① 건강면에서 피부 암, 피부 노화, 백내장 등을 유발한다.
② 식물의 광합성 과정에서 성장에 좋지 않은 영향을 끼쳐 농산물의 수확량을 감소시킨다.
③ 해양 동식물 플랑크톤의 생식기간 감소로 이들을 먹이의 기본으로 하는 어류와 패류의 생산이 격감하게 된다.
④ 직접 지표에 도달된 자외선은 건축물의 페인트, 포장재 및 중합체의 품질을 저하시킨다.
종류
(1) 방출방식에 의한 분류
이산화탄소 소화설비의 방출방식과 같다.
① 전역방출방식
② 국소방출방식
③ 호스릴방식
(2) 가압방식에 의한 분류
할론소화약제를 방출하는 원동력이 어떤 방식에 의하여 방출하느냐에 따라 축압식과 가압식으로 나눈다.
① 축압식
1. 할론 약제용기에 질소가스를 사전에 축압시켜 충전시켜 놓은 것을 말한다.(질소가스만 쓰고 이산화탄소가스는 사용하지 않는다)
가압용가스로 CO2를 사용할 수 없는 이유는 압력에 비해 소화약제에 용해되는 성질이 있기 때문이다.
2. 할론 1301, 1211에 적용한다.
3. 가장 많이 설치하는 방식이다.
② 가압식
1. 할론 약제용기와 가압용기가 따로 있어 분사시에는 가압용기의 질소가스가 할론약제를 밀어내는 힘에 의하여 분사되는
것을 말한다.
2. 할론 2402에 적용한다.
3. 압력조정기가 있어 감압하는 용도로 사용된다.
축압식 계통도
(1) 계통도
할론소화설비의 축압식 계통도는 아래 그림과 같다.
적용대상물
할론소화설비를 설치해야 하는 특정소방대상물(가스시설 또는 지하구를 제외한다)은 물분무등소화설비 규정에 준용한다.
소화약제 저장용기
할론소화약제의 저장용기는 가압식과 축압식의 2종류가 있다. 용기는 가압식, 축압식이 같으나 축압식은 이동식 소화기와 마찬
가지로 사전에 용기 본체에 약제와 함께 축압시키는 것이고, 가압식은 따로 가압된 방출용 가스용기를 연결 설치하는 방식이다.
(1) 설치장소
저장용기의 설치장소는 이산화탄소소화설비 설치장소 기준과 같다.
(2) 저장용기 기준
① 축압식 저장용기의 압력은 온도 섭씨 20℃에서 할론 1211을 저장하는 것에 있어서는 1.1MPa 또는 2.5MPa, 할론 1301
을 저장하는 것에 있어서는 2.5MPa 또는 4.2MPa이 되도록 질소가스로 축압할 것
② 동일한 집합관에 접속되는 용기의 소화약제 충전량은 동일 충전비의 것이어야 할 것
| 가압방식 | 가압식 | 축압식 | ||
| 소화약제 | 2402 | 2402 | 1211 | 1301 |
| 압력(20℃)(MPa) | - | - | 1.1 또는 2.5 | 2.5 또는 4.2 |
| 충전비(L/kg) | 0.51 이상 0.67 미만 |
0.67 이상 2.75 미만 |
0.7 이상 1.4 이하 |
0.9 이상 1.6 이하 |
주) 국내의 경우 일반적으로 68L 용기에 이 기준의 충전비를 적용하여 할론 1301의 최대 및 최소 충전량을 산출하면 다음과 같다.
이 기준에 의한 충전비 상한 및 하한
| 용기부피 | 충전비 | 충전량 |
| 68 L | 0.9 | 68L / 0.9 = 75.5kg (최대량) |
| 68 L | 1.6 | 68L / 1.6 = 42.5kg (최소량) |
(3) 가압용 가스용기는 질소가스가 충전된 것으로 하고, 그 압력은 21℃에서 2.5MPa 또는 4.2MPa가 되도록 해야 한다.
(4) 할론소화약제 저장용기의 개방밸브는 전기식·가스압력식 또는 기계식에 따라 자동으로 개방되고 수동으로도 개방되는 것
으로서 안전장치가 부착된 것으로 해야 한다. 이는 이산화탄소소화설비의 개방밸브형식과 동일하다.
(5) 가압식 저장용기에는 2.0MPa 이하의 압력으로 조정할 수 있는 압력조정장치를 설치해야 한다.
(6) 하나의 구역을 담당하는 소화약제 저장용기의 소화약제량의 체적합계보다 그 소화약제 방출시 방출경로가 되는 배관(집합
관 포함)의 내용적이 1.5배 이상일 경우는 당해 방호구역에 대한 설비별로 독립방식으로 해야 한다.
※ 독립배관방식 기준
저장용기의 약체 체적합계보다 하나의 구역에 대해 집합관을 포함한 방출경로의 배관 내용적이 1.5배 이상이 되는 경우는 회로
구역을 별도로 분리하라는 의미로 이를 보통 배관비라고 부른다. 이때 소화약제의 체적이란 상온(20℃)에서 소요약제량(kg)을
액밀도로 환산한 체적(㎥)을 의미한다.
소화약제
할론소화약제는 탄화수소의 수소원자를 할로겐원소(F·Cl·Br·I)로 치환한 것으로 약제의 명칭은 Halon 번호로 한다.
Halon 번호는 C → F → Cl → Br 의 순서대로 원자수만큼 숫자를 부여한다.
① Halon 1301 (CF3Br)
1. 증기압 1.4MPa, 비점 -57.8℃, 임계온도 67℃인 무색무취의 기체이다.
2. 공기보다 약 5.1배 무겁다.
3. 상온, 상압에서 기체상태이나 액화시켜 액상으로 저장하고 사용한다.
4. Halon 약제 중 대표적인 소화약제로서 CO2에 비해 저농도(5%)로 사용할 수 있다.
5. 열분해시 미량의 독성물질이 발생되나 인체에 대한 안전성은 높다.
6. 전역방출방식 등 고정식 설비에 주로 사용한다.
7. 가스계 소화약제 중 오존층 파괴지수가 제일 높다.
② Halon 1211 (CF2ClBr)
1. 증기압 0.25MPa, 비점 -3.4℃이다.
2. 공기보다 약 5.7배 무겁다.
3. 상온에서 기체상태이고 증기압이 낮아 낮은 압력에서도 액화시켜 저장할 수 있다.
4. 주로 소화기용으로 사용한다.
5. Halon 1301보다 독성이 높아 밀폐된 소규모 공간에서는 사용이 제한된다(화재안전기준에서는 지하층이나 무창층 또는
밀폐된 거실로서 바닥면적이 20㎡ 미만인 장소에는 적용할 수 없음)
6. 할론소화약제 중 오존층 파괴지수가 가장 적다.
7. 소화기용 약제로 사용할 경우 일반, 유류, 전기, 가스화재에 적응성 있는 유일한 소화약제
8. 자체 압력이 낮아 축압식으로 저장 및 사용한다.
③ Halon 2402 (CF2BrCF2Br)
1. 증기압 0.048MPa, 비점 47.5℃이다.
2. 공기보다 약 9.0배 무겁다.
3. 상온에서 액체상태이므로 무상분무한다.
4. 독성이 있기 때문에 옥외 시설물에 국한하여 사용한다.
5. 독성이 강하여 ISO 및 NFPA에서 소화약제로서 사용이 제외됬다.
6. 금속에 대한 부식성이 없다.
7. 유일하게 에탄(C2H6)에서 치환된다.
8. 가압식으로 저장 및 사용한다.
(1) 소화의 강도
1. 전기적 음성도는 화학 반응에서 분자내의 전자가 원자와 결합되는 능력의 척도
→ 할로겐원소의 전기적 음성도 : 불소(F)=4.0 > 염소(Cl)=3.0 > 브롬(Br)=2.8 > 옥소(I)=2.5
2. 연쇄반응을 통한 억제 소화를 위해서는 할론 소화약제 방사 후 분해가 잘 되어 활성라디칼과 결합해야 하며, 따라서
전기적 음성도는 억제소화의 강도와 반대의 개념이다.
3. 따라서, 할론 소화약제의 소화강도는 불소(F) < 염소(Cl) < 브롬(Br) 의 순서이다.
4. 옥소(I)는 소화 강도가 가장 강하나 안정성이 너무 떨어져 다른 물질과 쉽게 결합하여 분해 부산물을 많이 생성하고 경계성이
없어 잘 사용하지 않는다.
5. Halon 1301은 브롬(Br) 화합물로서 소화의 강도가 가장 높은 할론 소화약제이다.
(2) 할론소화약제의 독성
할론소화약제는 열분해 과정에서 분해부산물에 의해 독성물질이 생성되며 인체 안전성에 대하여 1301, 1211, 2402를 상호 비교
하면 아래 표와 같다.
| 할론소화약제 | 농도(Vol%) | 허용노출시간 |
| 할론 1301 | 7% 미만 7~10% 미만 10~15% 15% 초과 |
15분 1분 30초 노출금지 |
| 할론 1211 | 4% 미만 4~5% 5% 초과 |
5분 1분 노출금지 |
| 할론 2402 | 0.05% 0.1% |
10분 1분 |
(3) 설계농도의 적용
① 최소설계농도(Minimum design concentration)
할론 1301은 농도 측정시 표준시료로서 노말햅탄(n-Heptane)을 사용하며 1기압, 25℃에서 불꽃소화시험을 한 결과 4.1%
이고, 4.1% x 1.2 = 4.9%이므로 5%를 표면 화재에서의 최소설계농도로 한다. 설계농도가 5% 미만일 경우는 최소설계농도
를 5%로 적용해야 하며 컵버너시험(Cup burner test) 시 기체연료의 경우는 25℃와 150℃의 2가지 온도에서 시험하고 있다.
② 최대설계농도(Maximum design concentration)
가. 최대설계농도는 소화작용에 따른 분해 부산물로부터 인체의 안전성 확보하는 것보다는 화재가 아닌 오동작에 의한 방사시
인체에 미치는 영향을 판단하여 설계농도의 최대치를 정하고 그 이상 설계할 수 없도록 농도를 제한하고 있다.
나. CO2의 경우는 질식소화이므로 실내의 산소농도가 15% 이하인 연소한계농도가 되어 질식 상태가 되어야 소화가 가능하므
로 소요 소화약제량의 상한값을 제한하는 것이 무의미하다. 그러나 할론 1301은 산소농도를 낮추는 질식소화가 아니라, 연
쇄반응을 차단하는 억제소화이므로 최소설계농도가 5%일 경우 이때의 실내의 산소농도가 20%가 된다.
다. 국가화재안전기준에서 할론 1301의 방사량 (0.32~0.64)kg/㎥ 은 설계농도 5~10%를 의미하며, 이때 5%가 최소설계농도,
10%가 최대설계농도가 된다.
라. 이로 인하여 할론 1301 전역방출방식에서 정상 거주 지역(Normally Occupied Area)은 10% 농도를 초과하지 못하도록
규정하고 있다. "정상 거주 지역"이란 NFPA의 용어로서 사람들이 상시 근무하는 장소를 의미하면서 변전실, 펌프실, 위험
물 저장소 등과 같이 가끔씩 사람이 출입하는 곳은 정상 거주 지역에 해당되지 않는다.
(4) 설계농도 계산방법
할론소화설비의 경우는 CO2 설비에 비해 가스가 방사될 경우, 소화약제농도가 저농도(5%)이며 분사헤드 방사압이 낮은 관계로
개구부나 누설틈새를 통하여 미세하게 누설이 되나 CO2와 같은 자유유출(Free efflux) 상태로 적용하지 않는다.
물론 할론의 경우도 특히 농도가 높을수록 누설이 더 커지게 되나 10초라는 매우 짧은 시간 동안 저농도로 방사가 되므로 이렇게
누설된 할론 1301과 공기 혼합 상태는 방호구역으로부터 정상누설에 대한 허용오차를 포함하는 것으로 하여 적용한다. 따라서
할론 설비의 경우는 CO2 설비와 달리 무 유출(No efflux) 상태로 적용하여 농도계산을 한다.
[무유출상태(No efflux)의 계산]
이때 단위체적당 소화약제량인 Flooding factor (kg/㎥)를 K1, 비체적을 S (㎥/kg), 방호구역의 체적을 V (㎥)라 하자. 그러면
방사한 소화약제체적 υ (㎥)은 "방호구역 내의 소화약제량(V x f)과 비체적(S)을 곱한 값이 된다.
즉, 소화약제 체적 υ (㎥) = V (㎥) · f(kg/㎥) · S(㎥/kg)가 되며 이를 정리하면 다음과 같다.
그런데 할론의 비체적 S는 NFPA 12A에서 S = 0.14781 + 0.000567 t(℃)를 제시하고 있으므로 할론의 불꽃소화시험 측정
기준인 25℃의 경우에는 비체적 S = 0.14781 + 0,000567 * 25 = 0.162㎥/kg가 된다.
소화약제 저장량
할론소화약제의 저장량은 다음의 기준에 의해야 한다. 이 경우 동일한 특정소방대상물 또는 그 부분에 2 이상의 방호구역 또는
방호대상물이 있는 경우에는 각 방호구역 또는 방호대상물에 대하여 다음의 기준에 의하여 산출한 저장량 중 최대의 것에 의할
수 있다.
(1) 전역방출방식
① 방호구역의 체적(불연재료나 내열성의 재료로 밀폐된 구조물이 있는 경우에는 그 체적을 제외한다) 1㎥에 대하여 아래
표에 의한 양
| 특정소방대상물 또는 그 부분 | 소화약제의 종별 | 방호구역이 체적 1세제곱미터당 소화약제의 양 | |
| 차고·주차장·전기실·통신기기실·전산실 기타 이와 유사한 전기설비가 설치되어 있는 부분 | 할론 1301 | 0.32kg 이상 0.64kg 이하 | |
| 소방기본법시행령 별표 2의 특수가연물을 저장·취급하는 특정소방대상물 또는 그 부분 | 가연성 고체류 가연성 액체류 |
할론 2402 | 0.40kg 이상 1.1kg 이하 |
| 할론 1211 | 0.36kg 이상 0.71kg 이하 | ||
| 할론 1301 | 0.32kg 이상 0.64kg 이하 | ||
| 면화류·나무껍질 및 대팻밥·넝마 및 종이부스러기·사류·볏짚류·목재가공품 및 나무부스러기를 저장·취급하는 것 | 할론 1211 | 0.60kg 이상 0.71kg 이하 | |
| 할론 1301 | 0.52kg 이상 0.64kg 이하 | ||
| 합성수지류를 저장·취급하는 것 | 할론 1211 | 0.36kg 이상 0.71kg 이하 | |
| 할론 1301 | 0.32kg 이상 0.64kg 이하 | ||
② 방호구역의 개구부에 자동폐쇄장치를 설치하지 않은 경우에 "①"항에 의하여 산출한 양에 아래 표에 의하여 산출한 양을
가산한 양
| 특정소방대상물 또는 그 부분 | 소화약제의 종별 | 가산량(개구부의 면적 1제곱미터당 소화약제의 양) | |
| 차고·주차장·전기실·통신기기실·전산실 기타 이와 유사한 전기설비가 설치되어 있는 부분 | 할론 1301 | 2.4kg | |
| 소방기본법시행령 별표 2의 특수가연물을 저장·취급하는 특정소방대상물 또는 그 부분 | 가연성 고체류 가연성 액체류 |
할론 2402 | 3.0kg |
| 할론 1211 | 2.7kg | ||
| 할론 1301 | 2.4kg | ||
| 면화류·나무껍질 및 대팻밥·넝마 및 종이부스러기·사류·볏짚류·목재가공품 및 나무부스러기를 저장·취급하는 것 | 할론 1211 | 4.5kg | |
| 할론 1301 | 3.9kg | ||
| 합성수지류를 저장·취급하는 것 | 할론 1211 | 2.7kg | |
| 할론 1301 | 2.4kg | ||
(2)-1 국소방출방식 - 평면화재(면적식)
국소방출방식에 있어서는 다음의 기준에 의하여 산출한 양에 할론 2402, 1211에 있어서는 1.1을 할론 1301에 있어서는 1.25를
각각 곱하여 얻은 양 이상으로 할 것
① 윗면에 개방된 용기에 저장하는 경우와 화재시 연소면이 1면에 한정되고 가연물이 비산할 우려가 없는 경우에 아래 표에 의한 양
| 소화약제의 종별 | 방호대상물의 표면적 1㎡에 대한 소화약제의 양 |
| 할론 2402 할론 1211 할론 1301 |
8.8kg 7.6kg 6.8kg |
(2)-2 국소방출방식 - 입면화재(용적식)
① 외의 경우에는 방호공간(방호대상물의 각 부분으로부터 0.6m의 거리에 따라 둘러싸인 공간을 말한다)의 체적 1㎥에 대하여
다음의 식에 의하여 산출한 양
여기서, Q : 방호공간에 1㎥에 대한 할론소화약제의 양(kg/㎥)
a : 방호대상물의 주위에 설치된 벽의 면적의 합계(㎡)
A : 방호공간의 벽면적(벽이 없는 경우에는 벽이 있는 것으로 가정한 당해 부분의 면적)의 합계(㎡)
X, Y의 수치
| 소화약제의 종별 | X의 수치 | Y의 수치 |
| 할론 2402 할론 1211 할론 1301 |
5.2 4.4 4.0 |
3.9 3.3 3.0 |
(3) 호스릴방식
호스릴할론소화설비에 있어서는 하나의 노즐에 대하여 아래 표에 의한 소화약제 양 이상으로 할 것
| 소화약제의 종별 | 소화약제의 양 |
| 할론 2402 또는 1211 할론 1301 |
50kg 45kg |
할론 2402의 경우 노즐이 3개 설치되어 있을 때 3 x 50kg = 150kg 이상의 약제를 저장해야 한다.
배관
① 배관은 전용으로 할 것
② 강관을 사용하는 경우의 배관은 압력배관용 탄소강관(KS D 3562) 중 스케줄 40 이상의 것 또는 이와 동등 이상의 강도를 가진
것으로서 아연 도금 등에 의하여 방식처리된 것을 사용할 것
③ 동관을 사용하는 경우에는 이음이없는 동 및 동합금관(KS D 5301)의 것으로서 고압식은 16.5MPa, 저압식은 3.75MPa 이상의
압력에 견딜 수 있는 것을 사용할 것
④ 배관부속 및 밸브류는 강관 또는 동관과 동등 이상의 강도 및 내식성이 있는 것으로 할 것
분사헤드
(1) 전역방출방식
① 방사된 소화약제가 방호구역의 전역에 균일하게 신속히 확산할 수 있도록 할 것
② 할론 2402를 방출하는 분사헤드는 당해 소화약제가 무상으로 분무되는 것으로 할 것
③ 분사헤드의 방사압력은 할론 2402를 방사하는 것에 있어서는 0.1MPa, 할론 1211을 방사하는 것에 있어서는 0.2MPa, 할론
1301을 방사하는 것에 있어서는 0.9MPa 이상으로 할 것
④ 저장된 소화약제는 10초 이내에 방사할 수 있는 것으로 할 것
(2) 국소방출방식
① 소화약제의 방사에 의하여 가연물이 비산하지 않는 장소에 설치할 것
② 할론 2402를 방사하는 분사헤드는 당해 소화약제가 무상 분무되는 것으로 할 것
③ 분사헤드의 방사압력은 할론 2402를 방사하는 것에 있어서는 0.1MPa, 할론 1211을 방사하는 것에 있어서는 0.2MPa, 할론
1301을 방사하는 것에 있어서는 0.9MPa 이상으로 할 것
④ 저장된 소화약제는 10초 이내에 방사할 수 있는 것으로 할 것
(3) 호스릴방식
① 화재시 현저하게 연기가 찰 우려가 없는 장소로서 다음에 해당하는 장소는 호스릴 할론소화설비를 설치할 수 있다.
가. 지상 1층 및 피난층에 있는 부분으로서 지상에서 수동 또는 원격조작에 따라 개방할 수 있는 개구부의 유효면적 합계가
바닥면적 15% 이상이 되는 부분
나. 전기설비가 설치되어 있는 부분 또는 다량의 화기를 사용하는 부분(당해 설비의 주위 5m 이내의 부분을 포함한다)의
바닥면적이 당해 설비가 설치되어 있는 구획의 바닥면적의 5분의 1 미만이 되는 부분
② 호스릴 할론소화설비 설치기준
가. 방호대상물의 각 부분으로부터 하나의 호스 접결구까지의 수평거리가 20m 이하가 되도록 할 것
나. 소화약제의 저장용기의 개방밸브는 호스릴의 설치장소에서 수동으로 개폐할 수 있는 것으로 할 것
다. 소화약제의 저장용기는 호스릴을 설치하는 장소마다 설치할 것
라. 노즐은 20℃에서 하나의 노즐마다 1분당 아래 표에 소화약제를 방사할 수 있는 것으로 할 것
마. 소화약제 저장용기의 가까운 곳의 보기 쉬운 곳에 적색의 표시등을 설치하고, 호스릴 할론소화설비가 있다는 뜻을
표시한 표지를 할 것
노즐당 소화약제 방사량
| 소화약제의 종별 | 1분당 방사하는 소화약제의 양 |
| 할론 2402 할론 1211 할론 1301 |
45kg 40kg 35kg |
(4) 오리피스 구경, 방출율, 크기 등
① 분사헤드에는 부식방지조치를 해야 하며 오리피스의 크기, 제조일자, 제조업체가 표시되도록 할 것
② 분사헤드의 갯수는 방호구역에 방사시간이 충족되도록 설치할 것
③ 분사헤드의 방출율 및 방출압력은 제조업체에서 정한 값으로 할 것
④ 분사헤드의 오리피스 면적은 분사헤드가 연결되는 배관구경면적의 70%를 초과하지 않을 것
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부족한 글 읽어주셔서 정말 감사드립니다.
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