1. 서 론
이산화탄소 소화설비는 전기⋅유류 등 위험성 물질을 취급⋅저장하는 곳의 화재 진압을 위해 전기실, 발전기실 및 옥내 위험물 저장소 등에 주로 설치되며, 전역 및 국소방출방식과 호스릴방식을 포함해서 전국에 해당 설비를 설치한 곳은 총 11,371개소(’21년 3월 31일 기준)로 파악된다(1). 이산화탄소 소화설비의 소화약제로 쓰이는 이산화탄소는 통상 고압가스용기에 충전되어 방화문으로 구획된 별도의 저장실에 설치된다. ｢이산화탄소소화설비의 화재안전기준(NFSC 106)｣에서는 소화약제 저장용기가 설치되는 저장실의 실내 온도를 40 °C 이하로 제한하고 있는데, 이것은 저장용기 주변의 온도 상승 시 용기 내 이산화탄소의 상변화에 따른 압력 상승을 일정 범위 이내로 제한함으로써 용기의 안전성을 확보하기 위함이다. 그러나 ‘40 °C 이하’의 온도 기준은 이전의 일본 소방법령 기준을 그대로 차용한 것으로서 그 근거가 명확하지 않고, 현재 국제적으로 통용되는 국외 기준보다 최소 9 °C 이상 낮은 온도이다. 저장실의 온도가 낮을수록 용기 내압도 낮아져 용기의 안전성은 높아지겠지만, 현실을 반영하지 못하는 낮은 온도 기준은 설치 여건에 따라 오히려 규제로 작용할 가능성도 있다. 그 예로 NFPA 12 (2022) 4.6.5.5.2 및 ISO 6183 (2022) 6.2.4.5에서는 저장실 온도가 기준 온도를 초과할 때는 냉방을 통해 저장실 온도를 기준 온도 이내로 유지할 것을 요구하고 있다. 따라서 본 연구에서는 효율적인 실험과 합리적인 이산화탄소 소화약제 저장실 온도 기준 제안을 위해, 국내 이산화탄소 소화약제 저장실의 온도 기준과 국외 기준을 비교한 다음, 통상 사용되는 대형 용기와 물리량 비율(충전비 또는 충전밀도)이 상사한 소형 고압식 저장용기를 이용 용기 주변의 온도를 서서히 상승시켜 가며 용기 내부의 압력변화를 실증하고, 실증 결과를 바탕으로 국외 기준에 부합하는 국내 기준을 제안하고자 한다.
2. 이론적 배경
2.1 이산화탄소의 물리적 특성
이산화탄소는 무색, 무취 및 전기 비전도성 기체로서 가격이 저렴하고 구하기 쉬우며 부식성이 없고, 화재 진압 후 잔여물을 남기지 않는다. 공기보다는 약 1.5배 더 무거우며, 1 kg의 액체 이산화탄소는 0 °C 대기압에서 약 0.51 m³의 가스를 생성한다(2). Figure 1에서와 같이 이산화탄소는 상온과 대기압 상태에서는 기상으로 존재하며, 압축이나 냉각으로 쉽게 액화되고, 더욱 압축하거나 냉각하면 고체가 된다(3). -56.6 °C와 임계온도인 31 °C 사이에서는 기상과 액상이 공존하며, 임계점(31 °C, 72.8 atm)에서는 기상과 액상의 밀도가 같아져서 두 상간의 분명한 구분이 없어지고, 임계온도 이상에서는 고압의 이산화탄소가 기상으로만 존재한다(3).
2.2 이산화탄소의 소화원리
지구 대기 중에 이산화탄소는 미량(약 0.04%)으로 존재하지만, 그 농도가 30% 이상이 되면, 연소의 3요소인 가연물, 산소, 점화원 중 산소 농도를 떨어뜨려 화재도 진압할 수 있다. 통상 공기 중 산소의 농도는 21% 이지만, 이 농도가 이산화탄소로 인해 15% 이하가 되면 산소 부족으로 가연물의 연소는 지속되지 못하고 질식 작용으로 소화되는 것이다(4). 또한 이산화탄소가 직경이 작은 분사 헤드에서 대기 중으로 방출될 때는 단열팽창에 따른 온도 저하로 드라이아이스가 생성되며, 이때 생성된 드라이아이스가 다시 기체로 승화되면서 주변의 열을 빼앗아 냉각 작용에 의한 부수적인 소화 효과도 얻을 수 있다(4).
2.3 이산화탄소의 순도
｢소화기의 형식승인 및 제품검사의 기술기준｣ 제8조제1항 및 ｢소화기가압용가스용기의 성능인증 및 제품검사의 기술기준｣ 제4조제1호에서는 소화약제로 쓰이는 이산화탄소의 순도를 99.5% 이상으로 규정하고 있는데, 이는 질식 작용을 주된 소화 효과로 하는 이산화탄소의 특성상 순도가 화재 진압에 미치는 영향이 크기 때문이다. 하지만 KS I 2107 (2009) ‘4 품질’에서는 순도(99.5% 이상) 외에도 수분 및 냄새 기준도 추가하여 1종⋅2종⋅3종으로 세분화하여 구분하고 있으며, NFPA 12 (2022) 4.6.3 및 ISO 6183 (2022) 6.2.1에서도 이산화탄소의 순도(최소 99.5% 이상) 외에 이산화탄소 내 함유된 수분과 오일의 함량도 규정하고 있다. 특히, 고농도의 수분을 함유한 순도가 낮은 이산화탄소는 질식소화 효과의 저감과 저장용기 내벽을 부식시키는 요인으로도 작용하기 때문에 NFPA 12 (2022)에서는 소화약제로 충전되는 이산화탄소의 품질을 주기적으로 분석하여 관리할 것을 권장하고 있다.
2.4 고압식 저정용기의 충전비
국내는 충전비(용기 내용적(L)/소화약제 무게(kg))를 이산화탄소 저장용기의 내용적을 용기에 충전된 이산화탄소의 무게로 나눈 값으로 규정하고 있으며, 고압식과 저압식의 충전비를 서로 다른 값으로 구분하여 정하고 있다. 저압식은 냉동장치를 통해 항상 -18 °C를 유지하면서 액상으로 저장하므로 저장실의 온도에 따른 영향이 거의 없는 반면, 고압식은 별도의 냉동장치 없이 상온에서 고압가스용기에 충천해서 보관하므로 저장실의 온도 변화에 따라 저장용기 내 압력의 변화가 크다. 따라서, 고압식은 저장용기의 안전성 확보를 위해 저압식에 비해 다소 높은 충전비 기준을 정하고 있는데, 충전비가 높다는 것은 용기 내용적이 동일하다고 가정할 경우 저압식에 비해 고압식 용기에 더 적은 양의 이산화탄소가 저장된다는 의미이다. NFSC 106 제4조제2항제1호에서는 고압식의 충전비를 1.5 이상 1.9 이하로 규정하고 있는데, 이것은 일본의 ｢소방법 시행규칙｣ 제19조제5항제5호”イ”목에서 규정하고 있는 기준과 동일하다. NFPA, ISO 및 GB에서는 충전비를 역으로 한 충전밀도(소화약제 무게(kg)/용기 내용적(L))의 개념을 사용하고 있으며, NFPA 12 (2022) A4.6.5에서는 일반적으로 사용되는 충전밀도를 0.6∼0.68 (충전비 1.47∼1.67) 사이라고 정의하고 있고, ISO 6183 (2022) 6.2.4.3에서는 저장실의 최대온도에 따라 0.75 (충전비 1.33), 0.68 (충전비 1.47), 0.55 (충전비 1.82)의 3종으로, GB 16669 (2010) 4.1에서는 0.6 (충전비 1.67)으로 규정하고 있다. 국내의 경우 전역 및 국소방출방식과 호스릴방식에 사용되는 고압식의 경우 대부분 충전비 1.5 (68 L/45 kg)의 것을 사용하고 있다. Figure 2에서는 충전비에 따른 온도-압력 선도를 나타내고 있으며(5), 충전비가 클수록 동일 온도에서 더 작은 압력 값을 가짐을 알 수 있다. 해당 선도는 일본의 ‘손실보험요율산정회’가 펴낸 ‘이산화탄소(탄산가스) 소화설비표준기준(2000)’ 6-17페이지에도 수록되어있다.
2.5 고압식 저장용기 및 부속품의 기준
｢고압가스 안전관리법｣에서는 고압가스와 관련된 저장용기 및 부속품 등에 대한 상세한 규격, 특정한 수치, 시험방법 등을 세부적으로 규정한 기준인 상세기준을 별도로 정할 수 있도록 위임하고 있다. 이산화탄소의 저장에 쓰이는 고압가스용기 및 부속품과 관련된 상세기준으로는 ｢고압가스용 용접용기 제조의 시설⋅기술⋅검사 기준(AC211 (2022))｣, ｢고압가스용 이음매 없는 용기 제조의 시설⋅기술⋅검사 기준(AC212 (2022))｣, ｢고압가스용 용기 부속품 제조의 시설⋅기술⋅검사 기준(AA311 (2022))｣이 있으며, 해당 기준에 따른 검사와 시험을 통과한 고압가스용기 및 부속품의 경우 표면 도색 및 각인의 방법으로 충전 가스의 중요 정보를 용기 표면에 표시하게 되어 있다. 이에 따라 고압가스용기에는 도색으로는 충전가스명과 충전기한을 표시해야 하고, 각인으로도 충전가스명과 그 외 용기 제조업자의 명칭 또는 약호, 용기의 내용적(기호 V, 단위 L), 밸브 및 부속품을 포함하지 않는 용기의 무게(기호 W, 단위 kg), 내압시험압력(기호 TP, 단위 MPa) 및 내압시험에 합격한 연⋅월, 압축가스 충전의 경우 최고충전압력(기호 FP, 단위 MPa)과 상세기준에서 정하는 모든 검사에 합격한 용기임을 나타내는 국가인증통합마크(KC 마크)를 표시해야 한다. 용기에 결합되는 부속품도 용기 표시와 유사하게 각인으로 부속품 제조업자의 명칭 또는 약호, 충전하는 가스의 종류에 따른 표기(액화석유가스 외의 액화가스를 충전하는 용기의 부속품은 LG), 부속품의 무게(기호 W, 단위 kg), 내압시험압력(기호 TP, 단위 MPa) 및 검사에 합격한 연⋅월, 용기밸브의 경우 개폐 방향과 합격표시인 국가인증통합마크(KC 마크)를 표시해야 한다. Figure 3에서는 검사에 합격한 이산화탄소 고압식 저장용기 및 부속품인 용기밸브의 표시를 나타냈다.
3. 저장실의 국내외 온도 기준
이산화탄소는 ｢소방법 시행령｣ (1958년 7월 4일)의 제정⋅시행 당시부터 “탄산(炭酸)까스”라는 명칭으로 위험물제조소등에 설치해야 될 휴대식소화기의 소화약제로 허용되어왔다. ‘40 °C 이하’라는 저장실의 온도 기준은 ‘소방법 시행령과 시행규칙’ 내의 소방시설에 관한 기준만을 분리해서, ｢소방시설의 설치⋅유지 및 위험물제조소등 시설의 기준 등에 관한규칙｣ (1982년 9월 15일)으로 새롭게 제정⋅시행하면서 처음으로 도입되어, 현행 ｢이산화탄소소화설비의 화재안전기준(NFSC 106)｣까지 개정 없이 이어지고 있다. 일본도 국내와 동일하게 ｢소방법 시행규칙｣ 제19조제5항제6호”ロ”목에서 저장용기는 ‘온도 40 °C 이하로 온도 변화가 적은 장소에 설치할 것’이라고 규정하고 있는데, 이렇게 국내와 일본의 저장실 온도 규정이 동일한 이유는 1982년 국내 규칙의 제정 당시 일본의 소방법령 기준을 그대로 차용한 결과이다(6). NFPA 12 (2022) 4.6.5.5와 4.6.5.5.1에서는 이산화탄소의 방출방식(국소⋅전역)에 따라 저장실의 온도를 별도로 규정하고 있다. 소규모로 한정된 화재 또는 장치에만 집중적으로 이산화탄소를 방출하여 소화하는 국소방출방식의 경우 저장실의 온도를 0 °C에서 49 °C 이하로, 밀폐된 방호공간 전체에 이산화탄소를 방출하여 소화하는 전역방출방식의 경우 -18 °C에서 54 °C 이하로 규정하고 있다. ISO 6183 (2022) 6.2.4.3에서는 충전밀도별로 저장실의 최대 온도를 제한하고 있는데, 충전밀도 0.75, 0.68, 0.55에 따라 각각 40 °C, 49 °C, 65 °C 이하로 규정하고 있으며, GB 16669 (2010) 4.1에서는 충천밀도 0.6에서 이산화탄소 소화설비의 작동온도범위를 0 °C에서 50 °C 이하로 규정하고 있다. Table 1에서는 각 기준에서 정하고 있는 충전밀도와 이산화탄소 소화약제 저장실의 최대 온도를 나타냈다.
Table 1
Maximum Temperatures by Korean and Other Counturies’ Standard
4. 실증 실험 방법
4.1 실증 실험 설계
저장실 내부의 온도 변화에 민감한 고압식 저장용기와 항온수조를 이용, 항온수조 내에 저장용기를 설치하고 용기밸브 하단까지 증류수를 채운 다음 항온수조의 온도를 상온 20 °C부터 5 °C 단위로 설정값을 올려가며 50 °C까지 상승시키고, 설정온도에 도달하면 해당 온도를 20 min간 유지하면서 수온 및 저장용기의 내부 압력을 측정했다. 20 min간 수온을 유지하는 것과 최대 온도를 50 °C로 제한한 것은 5.1의 사전실험 결과를 반영한 것이다. Table 2에서는 실증 실험의 단계별 절차를 나타냈다.
Table 2
Experimental Procedures
4.2 실증 실험 장치
실증 실험을 위한 실제 장치와 개략도는 Figure 4에 나타냈다. 항온수조는 10 °C에서 80 °C까지의 사용온도범위에서 0.1 °C 단위로 온도를 제어할 수 있고, 소형 고압식 저장용기가 충분히 잠길 수 있도록 수조의 내부 크기를 400 (W) × 400 (D) × 500 (H) mm로 별도 주문 제작했다. 수조 내의 물은 불순물을 제거한 증류수를 사용했으며, 온도센서는 -100 °C에서 250 °C까지 측정 가능한 T-type 열전대를 사용했다. 압력센서가 설치되는 레귤레이터는 1차 측 230 kgf/cm², 2차측 10 kgf/cm²까지 측정 가능한 CO₂전용의 것에 기존 1차 측 압력계를 제거하고, 정확도 ≤±0.1% FSO, 반응속도 0.5 m/s로서 -40 °C에서 125 °C의 가스를 250 bar까지 측정할 수 있는 압력센서를 설치했다. 온도 및 압력 값을 기록하는 데어터기록장치의 오차범위는 온도센서가 T-type일 경우 -100∼380 °C 온도측정 범위에서 정확도가 ±1.6% FS이고, 압력 값의 정확도는 ±0.2% FS이다. 각 장치의 사양과 오차율은 해당 장치의 설명서를 참고했다.
4.3 실증 실험 시료
4.3.1 고압식 저장용기와 용기밸브
이산화탄소 소화약제의 고압식 저장용기로 통상 사용되는 내용적 68 L, 약제 저장량 45 kg, 충전비 1.5 (충전밀도 0.67), 내압시험압력(TP) 24.5 MPa, 최고충전압력(FP) 14.7 MPa의 용기(총무게 약 120 kg, 직경 약 0.3 m, 높이 약 1.5 m)를 실증 실험 재료로 사용하는 것이 타당하나, 항온수조의 내부 수조 크기 제한과 급격한 압력 상승 시, 용기 또는 부속품의 이상에 의한 용기 폭발 시 폭발력의 크기를 줄이기 위해, 충전비와 내압시험압력 및 최고충전압력은 내용적 68 L 용기와 동일하지만, 내용적과 약제 저장량을 각각 3.4 L와 2.3 kg 내외로 낮춘 소형 고압식 저장용기를 사용했다. 68 L 용기 대신 3.4 L 용기를 사용했다고 하더라도 물리량의 비율인 충전비(또는 충전밀도)가 동일하고 약제의 종류 및 저장실 온도가 같다면 용기 내압은 용기 크기에 관계없이 동일한 값을 가지게 되는데, 이는 이상기체상태방정식에 따른 식(1)에서 식(3)을 통해 알 수 있다. 그리고 용기에 결합되는 부속품인 용기밸브는 안전밸브(파열판)가 설치된 LG 타입의 앵클밸브 형식으로서 무게(W) 0.58 kg, 내압시험압력(TP) 19.6 MPa인 것을 사용했다.
여기서 p는 용기 내압, V는 용기 내용적, n은 몰수, R은 기체상수, T는 저장실 온도, m은 약제 무게, M은 약제 분자량을 의미하며, 용기 내용적 크기와 관계없이 M, R, T는 같다.
4.3.2 고압식 저장용기의 실제 내용적
실증 실험을 위해 준비한 저장용기의 수량은 6개다. 이 중 ①, ②, ③번의 3개 용기는 본 실험용, ④번 용기는 사전실험용, ⑤번 용기는 예비용, 나머지 ⑥번 용기는 용기의 실제 내용적 측정용이다. 용기 내용적은 충전비의 중요한 변수이므로 6개 용기 모두 개별 측정하는 것이 바람직하지만, 그럴 경우 용기밸브를 용기에서 분리해야 하고 한번 분리한 용기는 재검사를 받아야 다시 사용 가능하므로 이번 실험에서는 일부 오차를 허용하더라도 ⑥번 용기에서 측정한 내용적을 전체 용기에 동일하게 적용했다. 이를 위해 이미 충전되어있던 ⑥번 용기의 이산화탄소를 배출하고 용기밸브를 포함한 빈 용기의 무게를 측정한 다음 이어서 용기 내에 물을 채우고 용기밸브를 포함해서 측정한 무게와의 차를 저장용기의 실제 내용적으로 했다.
4.3.3 고압식 저장용기의 이산화탄소 재충전
2.3에서 언급했듯이 소화약제로 쓰이는 이산화탄소의 경우 99.5% 이상의 순도를 요구하고 있다. 하지만, 기존 충전되어있던 이산화탄소의 순도에 대한 정확한 정보가 없으므로 ①∼⑤번 용기의 경우, 구매 당시 충전된 이산화탄소는 모두 배출하고, 허가받은 충전업체를 통해 순도 99.9% 이상의 이산화탄소로 재충전했으며, 재충전한 이산화탄소의 순도는 충전업체에서 제출한 성분분석증명서를 기준으로 했다. 이산화탄소의 재충전 후에는 전자저울을 이용 소량씩 배출해 가며 충전비 1.5에 근접하게 이산화탄소의 양을 조절했다. Table 3에서는 6개 시료의 주요 사항을 정리했다.
Table 3
Experimental Samples
5. 실증 실험 결과
5.1 사전실험
사전실험의 목적은 첫째 항온수조 내 수온이 상승하여 설정온도에 도달한 후, 용기 내부의 압력이 안정되는데 필요한 시간을 확인하는 것이고, 둘째는 안전한 실험을 위해 계속된 온도 상승 시 안전밸브(파열판)의 작동(파괴) 압력을 미리 확인하기 위함이다. 이를 위해 60 °C까지 온도를 상승시키는 것을 목표로 ④번 용기를 항온수조 내에 설치하고, 증류수를 용기밸브 하단까지 채운 다음 수조의 설정온도를 단계적으로 상승시켰다. 이때 항온수조 내 수온 및 용기 내압의 변화 값은 5 s 간격으로 측정했고, 실험실의 실내 온도는 냉난방기를 통해 20 °C를 유지했다. 사전실험 결과, 용기 주변의 온도 상승에 따라 용기 내압도 거의 동시에 상승했지만, 항온수조에 설치된 히터와 냉동기가 일정한 수온 유지를 위해 교번운전하는 시점에 따라 미세한 온도 변화가 확인되었고 그에 따라 압력도 변했으며, 이러한 상태가 안정화되기까지는 약 10∼15 min 내외의 시간이 소요되었다. 따라서 본 실험에서는 항온수조의 수온이 설정온도에 도달한 후에도 20 min간 해당 온도를 계속해서 유지하는 것으로 했다. 다음으로 용기밸브에 설치된 안전밸브(파열판)의 작동(파괴) 압력은 AA311 3.8.3.3에서는 특정 값이 아닌 상한값과 하한값 사이의 범위로 규정하고 있는데, 상한값은 용기밸브의 내압시험압력(TP, 19.6 MPa)으로, 하한값은 17.7 MPa로 규정하고 있다. 따라서 실험용기의 안전밸브(파열판)의 작동(파괴) 압력 범위는 19.6 MPa에서 17.7 MPa 사이의 압력이어야 한다. 그러나 ④번 용기의 안전밸브(파열판)는 53 °C, 약 143 bar에서 작동(파괴)되었다. 따라서 해당 규정에서 정하고 있는 작동 범위를 벗어난 더 낮은 압력에서도 안전밸브(파열판)가 작동(파괴)할 수 있으므로, 본 실험에서는 실험 중 발생 가능한 안전사고 예방을 위해 수온의 최고온도를 50 °C로 제한했다. 50 °C로 제안한 이유는 Figure 2에서 충전비 1.5의 50 °C에서 압력이 약 140 bar 인데, 사전실험에서 확인한 안전밸브(파열판)의 작동(파괴) 압력인 143 bar보다는 낮은 압력 값이기 때문이다. Figure 5에서는 안전밸브(파열판)의 작동 전⋅후 형태와 사전실험 결과를 그래프로 나타냈다.
5.2 본 실험
①, ②, ③번 용기에 대한 본 실험도 사전실험과 동일한 환경조건에서 실시했다. 먼저 하나의 용기를 항온수조 내에 설치한 다음 증류수를 용기밸브 하단까지 채우고 20 °C ⟶ 25 °C ⟶ 30 °C ⟶ 35 °C ⟶ 40 °C ⟶ 45 °C ⟶ 50 °C까지 5 °C 간격으로 항온수조의 온도를 올리고, 사전실험에서 확인한 결과를 바탕으로 해당 온도 도달 시 20 min간 같은 온도를 유지해가며 용기 내압을 측정했다. 측정 결과, ①번 용기는 20.7 °C에서 56.4 bar, 50.4 °C에서 133.2 bar를 나타냈고, 안전밸브(파열판)는 작동하지 않았다. 여기서 온도 값은 20 min 동안의 평균 온도이며, 압력 값은 20 min이 흐르는 동안 일정 시간이 지나면 미세한 온도 변화에도 압력은 변화 없이 안정화되는 시점이 있는데, 해당 시점에서의 압력 값이다. ②번 용기는 20.5 °C에서 56.4 bar, 50.6 °C에서 131.6 bar를 나타냈으며, 또한 안전밸브(파열판)는 작동하지 않았다. ③번 용기는 20.8 °C에서 56.5 bar, 50.5 °C에서 131.9 bar를 나타냈으며, ①, ②번 용기와 마찬가지로 안전밸브(파열판)는 작동하지 않았다. Figure 6에서는 ①, ②, ③번 용기의 본 실험 결과에 대한 그래프 및 온도와 압력 값을 나타냈다.
Figure 6
(a) Graphs obtained from experiments using container ① and data of pressures depending on temperature (b) graphs obtained from experiments using container ② and data of pressures depending on temperature (c) graphs obtained from experiments using container ③ and data of pressures depending on temperature.
5.3 실험 결과 고찰
사전실험을 통해, 설정온도에서 용기 내압의 안정에 필요한 시간과 시중에 판매되고 있는 실제 용기에 설치된 안전밸브(파열판)의 작동(파괴) 온도와 압력을 확인했다. 물론 한 번의 사전실험 결과이므로 그 신뢰성을 담보하기에는 무리가 있지만, 사전실험 결과를 통해 정한 절차와 기준으로 본 실험을 안전하게 진행할 수 있었다. 세 번의 본 실험을 통해서는 항온수조 내 수온이 저장용기 내 이산화탄소에 실시간으로 전달되어 수온의 상승과 동시에 압력 값도 상승함을 확인할 수 있었는데, 이러한 현상은 실제 소화약제 저장용기가 설치된 저장실도 다르지 않을 것이다. 또한 동일 체적 내에 더 많은 소화약제가 있을수록(충전비가 낮거나 충전밀도가 높을수록) 같은 온도에서 더 높은 압력 값을 가짐도 확인했다. Figure 7에서는 5.2의 본 실험 결과와 Figure 2의 충전비 1.5일 때의 온도 및 압력 값을 하나의 도표에 표시했다. 본 실험 결과와 Figure 2를 비교해 볼 때 20 °C 부근에서 최대 약 0.6 bar, 30 °C 부근에서 최대 약 7 bar, 50 °C 부근에서는 최대 약 3.4 bar의 압력 차를 보이고 있다. 그러나 세 번의 본 실험 결과는 거의 동일하게 겹치는 직선형의 상승곡선을 나타냈다. 다만, 본 실험용 ①, ②, ③번 용기의 충전비 산출 시 각 용기의 체적을 용기 별로 측정하지 않고 ⑥번 용기에서 측정한 체적을 동일하게 적용했다는 점, 본 실험의 20 min 평균 온도 값을 20 °C, 25 °C 등의 정수 온도 값으로 단순 치환했다는 점, Figure 2의 온도에 따른 압력 값을 온도-압력 선도에서 단순 추정했다는 점 등은 도표의 오차율을 높이는 요인 중 하나다.
6. 결 론
본 연구는 국내 이산화탄소 소화약제 저장실의 온도 기준이 국제적으로 통용되는 국외 기준보다 낮게 규정되어 있음에 의문을 가지고 합리적인 저장실 온도 기준 제안을 위해 시작했으며, 실증 실험을 통해 국외 기준에 부합하게 국내 기준의 변경(상향)이 가능한지를 검증했다. 한 번의 사전실험과 세 번의 본 실험 결과, 국내에서 통상 사용되는 충전비 1.5, 내압시험압력(TP) 24.5 MPa, 최고충전압력(FP) 14.7 MPa의 이산화탄소 고압식 저장용기의 경우, 저장실(저장용기 주변) 온도 50 °C까지는 안전밸브(파열판)의 작동(파괴) 또는 가스의 누기 등 이상 현상 없이 안전성이 유지됨을 확인했다. 이와 같은 결과는 Table 1의 ISO 6183, NFPA 12의 기준에도 부합하는 결과이므로, 현행 ｢이산화탄소소화설비의 화재안전기준(NFSC 106)｣ 제4조제1항제2호에 규정되어 있는 소화약제 저장실의 온도 기준인 ‘40 °C 이하’는 상향이 가능할 것이다. 따라서, 전역 또는 국소 등 방출방식에 관계 없이 충전비 1.5보다 낮은 충전비 1.47 (충전밀도 0.68)에서 최대 ‘49 °C 이하’로 규정하고 있는 ISO 6183과 동일하게 개정한다면, 저장용기의 안전도 확보되면서 저장실의 온도를 낮추기 위한 추가 냉방장치의 설치에도 다소 여유를 가지게 될 것이다.
PDF Links
PubReader
ePub Link
Full text via DOI
Download Citation
