할로겐화합물 및 불활성기체소화설비(1) - 적용대상물, 소화약제량 계산, 기동장치, 분사헤드
개요
(1) 물리적 성질
상온, 상압에서 기체로 존재함.
1. 전기적으로 비전도성이며, 소화 후 잔여물이 남지 않음
2. 확산속도가 빠르고 침투성이 우수함
3. 저장안전성이 높아 장기간 저장이 가능하고, 폭발방지 효과가 있다.
(2) 종류
① 할로겐화합물 소화약제
불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I) 중 하나 이상의 원소를 포함하고 있는 유기화합물을 기본성분으로 하는 소화약제
② 불활성기체 소화약제
헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)가스 중 하나 이상의 원소를 기본성분으로 하는 소화약제
(3) 할로겐화합물 소화약제 특징
① 브롬(Br)과 요오드(I) 대신 불소(F)나 염소(Cl)를 사용한다.
> 브롬과 요오드가 포함된 소화약제 : 주된 소화효과는 억제소화(=부촉매소화), 보조 소화효과는 냉각소화
> 불소와 염소가 포함된 소화약제 : 주된 소화효과는 냉각소화, 보조 소화효과는 억제소화(=부촉매소화)
② FIC 계열의 소화약제(FIC-13I1)은 연쇄반응을 차단하는 억제소화가 주된 소화효과, ODP도 낮고 소화성능도 우수하나
NOAEL이 낮다.
③ 자체 증기압이 높은 HFC-23을 제외하고 모든 할로겐화합물 소화약제는 질소가스로 가압하여 방출한다.
④ 소화약제가 열분해에 의해 독성물질을 배출하게 되므로 방출 시 또는 방출 후에는 환기 전 출입을 삼가함
( 할론 소화약제보다 개선되어있으나 인체나 환경에 완전 무해하지는 않음)
(4) 독성 관련 용어정리
① NOAEL(No Observed Adverse Effect Level)
> 해로운 생리학적 또는 독성학적 영향이 관측되지 않는 최고 농도
> NOAEL 농도만큼 방사가 되어도 사람에게 부작용이 발생되지 않음을 의미하며, 따라서 이를 최대허용설계농도로 한다.
② LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level)
> 해로운 생리학적 또는 독성학적 영향이 관측되는 최저 농도
③ NEL (No Effect Level) : 해로운 생리학적 영향이 관측되지 않는 최고 농도, 43% (O2 12%)
④ LEL (Low Effect Level) : 해로운 생리학적 영향이 관측되는 최저 농도, 52% (O2 10%)
⑤ LC0(Lethal Concentration 0) : 실험 동물 한 마리도 사망시키지 않는 독성 물질의 최대 농도
⑥ LC50(Lethal Concentration 50) : 실험 동물 50%를 사망시키는 독성 물질의 최소 농도
⑦ LC100(Lethal Concentration 100) : 실험 동물 모두 사망시키는 독성 물질의 최소 농도
⑧ ALC(Approximate Lethal Concentration) : 사망에 이르게 할 수 있는 최소 농도
(5) 할로겐화합물 소화약제의 명명법
EX) C4H10 → FC계열, A = 4-1 = 3, B = 0+1 = 1, C = 10 → FC - 3-1-10
CHClFCF3 → HCFC계열, A = 2-1 = 1, B = 1+1 = 2, C = 4 → HCFC - 124
CF3CHFCF3 → HCF계열, A = 3-1 = 1, B = 1+1 = 2, C = 7 → HFC - 227
CF3l → FIC계열, A = 1-1 = 0, B = 0+1 = 1, C = 3, D = i, E = 1 → FIC - 13i1
(6) 방식과 구성
다수의 방호구역에 대하여 소화약제를 공용하는 집합배관방식으로 설치한다.
할로겐화합물 및 불활성 기체 소화설비의 구성은 할로겐화합물 및 불활성기체소화약제, 약제 저장용기, 기동장치, 제어반, 배관
및 관부속품들, 분사헤드, 선택밸브, 화재감지기, 음향경보장치, 자동폐쇄장치, 비상전원, 과압배출구 등으로 할론소화설비와
동일하다.
용어의 정의
① "할로겐화합물 및 불활성기체소화약제"란 할로겐화합물(할론1301, 할론2402, 할론1211 제외) 및 불활성기체로서 전기적
으로 비전도성이며 휘발성이 있거나 증발 후 잔여물을 남기지 않는 소화약제를 말한다.
② "할로겐화합물소화약제"란 불소, 염소, 브롬 또는 요오드 중 하나 이상의 원소를 포함하고 있는 유기화합물을 기본성분으로
하는 소화약제를 말한다.
③ "불활성기체소화약제"란 헬륨, 네온, 아르곤 또는 질소가스 중 하나 이상의 원소를 기본성분으로 하는 소화약제를 말한다.
④ "충전밀도"란 용기의 단위용적당 소화약제의 중량의 비율을 말한다.
⑤ "별도 독립방식"이란 소화약제 저장용기와 배관을 방호구역별로 독립적으로 설치하는 방식을 말한다.
⑥ "설계농도"란 방호대상물 또는 방호구역의 소화약제 저장량을 산출하기 위한 농도로서 소화농도에 안전율을 고려하여 설정
한 농도를 말한다.
⑦ "소화농도"란 규정된 실험 조건의 화재를 소화하는 데 필요한 소화약제의 농도(형식승인대상의 소화약제는 형식승인된 소화
농도)를 말한다.
⑧ "최대허용설계농도"란 사람이 상주하는 곳에 적용하는 소화약제의 설계농도로서, 인체의 안전에 영향을 미치지 않는 농도를
말한다.
할로겐화합물 및 불활성기체소화약제의 특성
할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비의 특징은 다음 표와 같다.
| 장점 | 1. 할론소화약제(Halon 1301)에 비해 환경친화적 소화약제 2. 대부분의 약제는 인체 독성이 낮아 정상 거주지역에서도 사용 가능 3. 전기에 대해 비전도성으로 C급 화재에 효과적임 4. A급, B급, C급 전 화재에 소화적응성이 있음 5. 방사 후 잔존물이 없으며 물질의 내부까지 침투가 가능함 |
| 단점 | 1. 할론소화약제(Halon 1301)에 비해 소요 약제량이 많으며, 더 많은 저장용기가 필요함 2. 헤드 부착 높이는 원치적으로 3.7㎡ 이하로 제한됨 3. 동일 약제인 경우에도 제조사의 설계프로그램에 따라 설치기준이 달라짐 4. 설계프로그램이 다르므로 설계가 단순하지 않고 설비 구성물 중 일부는 프로그램별로 승인된 자재만을 사용해야 함 |
① 현재의 할로겐화합물 및 불활성기체소화약제는 1세대 대체물질로서 기존 할론 1301에 비해 일반적으로 소화성능이 낮다.
할로겐화합물 및 불활성기체소화약제는 오존파괴능력을 낮추기 위해 원인물질인 Br 등을 첨가하지 않고 F를 사용하는
HCFC, HFC 계열의 물질 등으로서 이로 인하여 할론보다 소화 성능이 떨어진다. I 는 소화의 강도가 제일 강하나 타물질과
반응이 활발하여 분해부산물의 생성으로 인하여 독성, 부식성, 경제성 등으로 소화약제로서의 실용성이 없다.
| Halogen | 소화순위(강도) | 안정도(Stability) |
| F 화합물 | 4위 | 1위 |
| Cl 화합물 | 3위 | 2위 |
| Br 화합물 | 2위 | 3위 |
| I 화합물 | 1위 | 4위 |
② 할로겐화합물 및 불활성기체소화약제는 ODP·GWP·ALT·NOAEL 등에 대한 환경영향평가를 만족해야 한다.
가. ODP (Ozone Depletion Potential)는 "오존층 파괴지수"를 뜻한다.
나. GWP (Global Warming Potential)는 "지구 온난화지수"를 뜻한다.
가스계 할로겐화합물 및 불활성기체소화약제가 개발되어 도입된 계기는 그동안 사용되던 할론소화약제가 지구의 오존층 파괴
물질로 판명되어서이므로 새로 개발된 할로겐화합물 및 불활성기체소화약제는 지구의 오존파괴지수가 0이거나 낮아야 한다.
또한 지구의 온난화를 방지하기 위해서 할로겐화합물 및 불활성기체소화약제는 온난화지수가 낮은 물질이 바람직하다.
여기서 GWP는 HFC-23가 제일 크고, ODP는 HCFC BLEND A가 제일 크다.
(대기권잔존수명이 제일 큰 것은 FC-3-1-10 이다)
다. ALT (Atmospheric Life Time)는 "대기권 잔존수명"을 뜻한다. 이는 물질이 방사된 후 대기권 내에서 분해되지 않고 체류하는
체류하는 잔류시간(단위는 연)으로 분해의 난이를 나타낸다.
라. NOAEL (No Observable Adverse Effect Level)은 실험약제의 농도를 0에서부터 조금씩 증가시켜 갈 때 신체에 아무런 악
영향도 감지할 수 없는 최대농도, 즉 심장에 독성을 미치지 않는 최대농도를 말한다.
( = 독성이 크다고 말할 수 있다)
마. LOAEL (Lowest Observable Adverse Effect Level)은 실험약제의 농도를 확실히 해로운 농도에서부터 조금씩 감소시켜 갈
때 신체에 악영향을 감지할 수 있는 최소농도, 즉 심장에 독성을 미칠 수 있는 최소농도를 말한다.
※ 여기서 NOAEL과 LOAEL의 측정방법은 견(강아지)종 중 비글을 사용한다.
할로겐화합물 및 불활성기체소화약제의 종류
국내고시로 제정하여 소화설비에 적용되는 할로겐화합물 및 불활성기체소화약제는 아래 표에서 정하는 것에 한한다.
소화약제량 계산
(1) 할로겐화합물소화약제
① 약제량 산정
여기서, W(kg) : 소요 약제량
V(㎥) : 방호구역의 체적
S : 소화약제별 선형상수(K1+K2*t) (㎥/kg)
C : 체적에 따른 소화약제 설계농도(%)
t : 방호구역의 최소예상온도(℃)
할로겐화합물소화약제의 소화약제량 산정식은 다음과 같이 유도할 수 있다. 일정한 방호구역에 할로겐화합물소화약제를
방사할 경우 방호구역 내 소화약제의 농도 C는 다음 식으로 계산할 수 있다.
이므로
이다. 이 식에서 소화약제부피 υ = S (소화약제 비체적) * W (소화약제 무게)이므로
이다. 따라서
S는 소화약제의 비체적으로 밀도의 역수이며, 다음과 같은 선형상수로 나타낼 수 있다.
이 식에서 t는 온도(℃)이다.
(2) 불활성기체소화약제
① 약제량 산정
여기서, X : 공간체적당 더해진 소화약제의 부피(㎥/㎥)
S : 소화약제별 선형상수(K1 + K2 * t) (㎥/kg)
C : 체적에 따른 소화약제의 설계농도(%)
Vs : 20℃에서 소화약제 비체적(㎥/kg)
t : 방호구역의 최소예상온도(℃)
S의 K1 및 K2를 선형상수라 하며 아래에 있는 표를 적용한다.
선형상수의 값
| 소화약제 | K1 | K2 |
| FC-3-1-10 | 0.094104 | 0.00034455 |
| HCFC BLEND A | 0.2413 | 0.00088 |
| HCFC-124 | 0.1575 | 0.0006 |
| HCFC-125 | 0.1825 | 0.0007 |
| HFC-227ea | 0.1269 | 0.0005 |
| HFC-23 | 0.3164 | 0.0012 |
| HFC-236fa | 0.1413 | 0.0006 |
| FIC-13i1 | 0.1138 | 0.0005 |
| FK-5-1-12 | 0.0664 | 0.0002741 |
| 소화약제 | K1 | K2 |
| IG-01 | 0.5685 | 0.00208 |
| IG-100 | 0.7997 | 0.00293 |
| IG-541 | 0.65799 | 0.00239 |
| IG-55 | 0.6598 | 0.00242 |
(3) 체적에 따른 소화약제의 설계농도(%)는 상온에서 제조업체의 설계기준에서 정한 실험수치를 적용한다. 이 경우 설계농도는
소화농도(%)에 안전계수(A·C급화재 1.2, B급화재 1.3)를 곱한 값으로 할 것
기동장치
(1) 수동식 기동장치 (=전역방출방식으로 한다)
수동식 기동장치의 부근에는 소화약제의 방출을 지연시킬 수 있는 비상스위치(자동복귀형 스위치로서 수동식 기동장치의 타이머
를 순간 정지시키는 기능의 스위치를 말한다)를 설치해야 한다.
① 방호구역마다 설치
② 당해 방호구역의 출입구부근 등 조작을 하는 자가 쉽게 피난할 수 있는 장소에 설치할 것
③ 기동장치의 조작부는 바닥으로부터 0.8m 이상 1.5m 이하의 위치에 설치하고, 보호판 등에 따른 보호장치를 설치할 것
④ 기동장치에는 가깝고 보기 쉬운 곳에 "할로겐화합물 및 불활성기체소화설비 기동장치"라는 표지를 할 것
⑤ 전기를 사용하는 기동장치에는 전원표시등을 설치할 것
⑥ 기동장치의 방출용스위치는 음향경보장치와 연동하여 조작될 수 있는 것으로 할 것
⑦ 50N(5kg) 이하의 힘을 가하여 기동할 수 있는 구조로 설치
(2) 자동식 기동장치
자동화재탐지설비의 감지기의 작동과 연동하는 것으로서 다음 기준에 따라 설치할 것
① 자동식 기동장치에는 수동으로도 기동할 수 있는 구조로 할 것
② 전기식 기동장치로서 7병 이상의 저장용기를 동시에 개방하는 설비는 2병 이상의 저장용기에 전자 개방밸브를 부착할 것
③ 가스압력식 기동장치는 다음의 기준에 따를 것
가. 기동용가스용기 및 해당 용기에 사용하는 밸브는 25MPa 이상의 압력에 견딜 수 있는 것으로 할 것
나. 기동용가스용기에는 내압시험압력의 0.8배부터 내압시험압력 이하에서 작동하는 안전장치를 설치할 것
다. 기동용가스용기의 체적은 5L 이상으로 하고, 해당 용기에 저장하는 질소 등의 비활성기체는 6.0MPa 이상 (21℃ 기준)
의 압력으로 충전할 것
라. 질소 등의 비활성기체 기동용가스용기에는 충전 여부를 확인할 수 있는 압력게이지를 설치할 것
④ 기계식 기동장치는 저장용기를 쉽게 개방할 수 있는 구조로 할 것
※ 참고
가. 기계식(Mechanical type) : 레버나 와이어 등의 기계쩍 작동으로 가스저장 용기를 직접 개방하는 방식
나. 전기식(Electronic type) : 가스저장용기의 솔레노이드 밸브를 전기적으로 개방하는 방식
다. 가스압력식(Pneumatic type) : 기동용기의 압축가스를 이용하여 각 저장용기에 있는 니들밸브를 작동시켜 용기를
개방하는 방식
배관
(1) 배관의 설치기준
① 배관은 전용으로 할 것
② 배관·배관부속 및 밸브류는 저장용기의 방출내압을 견딜 수 있어야 하며 다음의 기준에 적합할 것. 이 경우 설계내압은
최소사용설계압력 이상으로 해야 한다.
가. 강관을 사용하는 경우의 배관은 압력배관용 탄소강관(KS D 3562) 또는 이와 동등 이상의 강도를 가진 것으로서 아연
도금 등에 따라 방식처리된 것을 사용할 것
나. 동관을 사용하는 경우의 배관은 이음이 없는 동 및 동합금관(KS D 5301)의 것을 사용할 것
다. 배관의 두께는 다음의 계산식에서 구한 값(t) 이상일 것. 다만, 방출헤드 설치부는 제외한다.
여기서, P : 최대허용압력(kPa)
D : 배관의 바깥지름(mm)
SE : 최대허용응력(kPa)(배관재질 인장강도의 1/4값과 항복점의 2/3값 중 적은 값 x 배관이음효율 x 1.2)
A : 나사이음, 홈이음 등의 허용값(mm)(헤드설치부분은 제외한다)
[나사이음 : 나사의 높이, 절단홈이음 : 홈의 깊이, 용접이음 : 0]
※ 배관이음효율
- 이음매 없는 배관 : 1.0, 전기저항 용접배관 : 0.85, 가열맞대기 용접배관 : 0.60
③ 배관부속 및 밸브류는 강관 또는 동관과 동등 이상의 강도 및 내식성이 있는 것으로 할 것
(2) 배관과 배관, 배관과 배관부속 및 밸브류의 접속은 나사접합, 용접접합, 압축접합 또는 플랜지접합 등의 방법을 사용해야 한다.
(3) 배관의 구경은 해당 방호구역에 할로겐화합물소화약제는 10초 이내에, 불활성기체소화약제는 A·C급화재 2분, B급화재 1분
이내에 방호구역 각 부분에 최소설계농도의 95% 이상 해당하는 약제량이 방출출되도록 해야 한다.
방출시간이 10초 이내일 경우 독성물질의 생성량이 인체에 영향을 미치지 않는 농도에 도달하지 않으므로 이 시간을 할로겐
화합물소화약제의 방출시간으로 정하였다. 불활성기체소화약제는 할로겐화합물소화약제와 달리 독성물질이 생성되지 않으
므로 방출시간을 1분 및 2분으로 정하였다.
분사헤드
① 분사헤드의 설치 높이는 방호구역의 바닥으로부터 최소 0.2m 이상 최대 3.7m 이하로 해야 하며 천장높이가 3.7m를 초과할
경우에는 추가로 다른 열의 분사헤드를 설치할 것. 다만, 분사헤드의 성능인정 범위 내에서 설치하는 경우에는 그렇지 않다.
② 분사헤드의 갯수는 방호구역의 방출시간에 충족되도록 설치할 것
③ 분사헤드에는 부식방지조치를 해야 하며 오리피스의 크기, 제조일자, 제조업체가 표시되도록 할 것
④ 분사헤드의 방출율 및 방출압력은 제조업체에서 정한 값으로 한다.
⑤ 분사헤드의 오리피스의 면적은 분사헤드가 연결되는 배관구경면적의 70%를 초과해서는 안 된다.
※ PC 버전으로 보시는 것을 추천드립니다.
부족한 글 읽어주셔서 감사합니다!! 다음엔 더 완벽한 글로 예시문제와 함께 찾아 뵙겠습니다.