국내 여건에 맞는 소방 감압 밸브 시스템

국내 여건에 맞는 소방 감압 밸브 시스템

작동식 감압 밸브 시스템으로 개선 시급

김정열 과장

[도입 배경] ▲ 삼양발브 엔지니어링 사업부 김정열 과장 지난 2006 년 개정된 스프링 클러 설비의 화재 안전 기준 '제 5 조 가압 송수 장치 16 항'에 의해 소방 펌프 운전시 자동으로 정지하지 않도록 기준이 변경됨에 따라 정지 기능없이 계속 운전되는 소방 펌프에 의해 배관 내부에 과다 압력이 발생되었다.   이는 기존 시스템의 문제점이었던 압력 스위치의 낮은 정밀도와 급격한 소방 펌프의 기동으로 인한 과압 발생의 문제점, 그리고 설계 유량과 사용 유량의 괴리에서 발생된 문제를 개선하기위한 의도 였으나 배관 비용 증가와 배관 및 장비의 유지 관리 비용 증가 등의 문제로 인하여 몇 해 전부터 "UL 인증"에서 사용되던 소방 감압 시스템이 국내에 도입 되기에 이르러 현재는 대다수의 건축 현장에서 소방 감압 시스템 (주석 1.)이 사용되고있는 실정이다. ( 주석 1. "UL 인증 1739; 화재 방지 서비스에 대한 파일럿 운항 압력 제어 밸브")   국내 도입 초기에는 150A 배관에 150A 타입 파일럿 감압 밸브를 병렬로 사용하는 대기 선으로을 갖춘 대 - 대감 압 시스템이 도입되었다. 그 이유는 UL 인증 1739 코드 기준이 파일럿 타입 감압 밸브 (이하 '파일럿'라한다.)만을 인정하고 있기 때문이다.   그러나 일반적으로 파일럿는 대유 량의 감압 밸브로서 많은 유량을 통과시키기 위해서 보조의 구동력을위한 파일럿 밸브를 설치하여 구동시키는 밸브이지만 국내 대부분의 소방 펌프는 1450 LPM 전후의 유량을 사용하는 경우가 대부분으로 파일럿 의 적용은 과도한 유량 능력을 가지고있다 (참고 1. 파일럿 타입 감압 밸브와 직접 입력한 감압 밸브의 유량 특성 비교 참조).   이와 같이 국내의 소방 라인이 높은 양정에 적은 유량이 사용되는 조건임을 감안한다면, 아마도 미국식 소방 감압 시스템보다는 국내 여건에 부합되는 직동식 감압 밸브를 이용한 시스템이 필요하다고 할 수있다. 이러한 추세에 맞추어 현재 대두되고있는 소방 감압 시스템은 대 - 소감 압 시스템 (참고 2 대 -. 소감 압 시스템 참고)이며,이를 간략히 설명하자면 초기 화재시 대응할 수있는 소감 압 밸브와 화재가 확산되어 많은 유량 이이 필요할 때 대응할 수있는 대감 압 밸브를 병렬로 설치하여 압력에 따른 자동 작동을 할 수 있도록 구축하는 감압 시스템이다.   이는이 마치 소방 펌프가 주펌프와 충압펌프로 구성되어있는 이유와 같은 경우라 생각하면 이해에 도움이 될 것이다. 즉, 국내 스프링 클러 헤드의 개방 방식이 주로 구획별 일제 개 방식이 아닌 화재가 난 곳에만 진압을하는 국소 개 방식이며, 펌프의 운전 방 식인 초기부터 주펌프의 기동으로 인한 체절 운전 압력으로 살수가된다는 점을 고려한다면 사용 유량이 적은 경우 (초기 화재로 주로 스프링 클러 헤드 3 개 + 옥내 소화전 1 개 = 370LPM)에는 작은 감압 밸브를 통하여 적게 사용되는 유량에 맞게 적은 유량을 적정 압력으로 보내주 다가 그 상태에서도 화재가 확산 되어 필요 유량이 늘어날 경우 작은 감압 밸브로는 유량이 부족 해짐에 따라 압력이 저하 되다가 대감 압 밸브가 열리며 적정 압력 상태에서 적정 유량을 보내주는 시스템이다.   만일 소감 압 밸브의 유량이 필요한 상태에서 소감 압 밸브없이 대감 압 밸브만으로 작동 ( '주 2'의 경우) 될 경우 밸브는 심한 Cavatation 현상을 동반하며, 이와 함께 체터링 현상의 발생으로 일차측 또는 2 차측 배관 및 부속물의 파손을 동반할 수있는 것이다. 국내 초기 UL 인증 코드상의 배관 시스템을 주장해 오던 업체들도 이와 유사한 방식의 시스템을 내놓고 있으나 일부 업체의 경우 전체 유량을 압력 대가 다른 두 대의 감압 밸브에 백분율로 배분하여 전체 유량을 백퍼센트로 맞추는 방식을 사용하고있다.   그러나 이는 물이라는 유체에 대한 인식이 부족하여 발생된 오류로 압력이 상이할 경우 높은 쪽의 압력이 낮은 쪽 감압 밸브에 배압으로 작용하기 때문에 압력을 다르게 설정한 상태에서 유량을 별도로 설정하는 것이 올바른 시스템 이다. 그런데 이러한 배관 시스템에서는 대 - 소감 압 밸브를 설치할 공간적 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 (주) 삼양 발 브 종합 메이커에서는 전혀 새로운 개념인 "공압식 뉴 메틱 소방 감압 밸브"를 이용한 소방 감압 시스템을 출시 하였다. "공압식 뉴 메틱 소방 감압 밸브 시스템"은 배관 내 유체의 힘과 공압의 밸런싱에 의하여 구동되는 방식으로, 밸브의 Rangeability가 큰 밸브를 이용하여 2 차측의 필요 유량에 따라 밸브의 개도를 조절하여 작동되는 밸브이며, 포물선의 안티 - 캐비테이션 구조로서 적은 유량이 통과될 경우에도 캐비테이션 발생을 방지하는 구조이다.   따라서 두 대의 밸브를 이용하는 대 - 소감 압 시스템이 아닌 한 대의 밸브로 2 대의 밸브 이상의 기능을 할 수있는 획기적인 소방 감압 시스템으로, 특히 초고층 빌딩이나 점차 기능화되는 인텔리 전트 빌딩 및 초정밀 제어가 요구되는 플랜트 분야에 가장 적합한 소방 감압 시스템이라 할 수있다.   그렇다면 왜 "는 적은 유량이 필요한 곳에 많은 유량 능력의 밸브를 설치하면 안되는 것일까?"의 문제가 대두될 것이다. 여기에 감압 밸브의 작동을 설명하자면 모든 감압 밸브는 이력서 값의 능력을 갖고 있는데 직접 입력과 파일럿 타입에 대한 비교를 정리하자면 다음과 같다.   이력서 표 ▲ 단, (주) 삼양 발 브 종합 메이커 제품 기준으로 외산 제품의 경우 125A 제품 없음. 이와 같은 능력을 가지고있는 밸브로서, 150A 배관을 사용하며, 14K에서 10K 로의 감압이 요구되며, 1450 LPM의 유량을 사용할 경우 대감 압 밸브만을 선정한다면, 이력서 = {(1.167 엑스 1450 LPM 엑스 √ 1) / (√ (14-10))} = 50.8 이라는 결론이 도출되며,이 값을 상기 표와 비교한다면 직동 식은 125A 제품 (75 이력서), 파이 롯 식은 65A 제품 (62.5Cv)이 선정 되나 밸브의 선정은 배관경 대비 2 단계를 초과하여 작게 선정할 수 없는바 부득이하게 파일럿식이라도 100A 제품 (160 이력서)을 사용하여야한다. 이 경우 밸브를 통한 최대 통과 유량은 직동식 125A 제품은 2322 LPM, 파이롯식 100A 제품은 5109 LPM을 통과시킬 수있는 능력을 보유하고있는 것이다. 이 말을 선정된 밸브가 제대로 작동되기위한 조건인 밸브의 양정 (리프트)과 비교한다면, 수치상으로 직동식 125A 제품은 전체 양정의 62% 양정 상태에서 운전되는 것이나, 파이롯식 100A 제품은 전체 양정의 28% 양정 상태에서 운전된다는 것이다. 이것은 전체 유량 상태에서의 비교이며, 만일 초기화 재시의 370LPM (스프링 클러 헤드 3 개 + 옥내 소화전 1 개)의 조건으로 대입하여 본다면 문제는 더욱 심각해진다. 직동식 125A 제품은 전체 양정의 16% 양정 상태에서 운전되지만이 파이롯식 100A 제품은 전체 양정은 7퍼센트 양정 상태에서 운전된다는 것이다을의. 7% 양정 상태라는 것은 밸브의 케비테이션 조건에 해당되는 것으로 일반적인 경우 (소방이 아닌 경우) 이러한 조건 상태는 2 단 직렬 감압을해야하는 조건에 해당되는 것이다. 또한 직동 식의 경우에도 370LPM을 사용하는 조건은은이 16% 양정 상태에서 운전되는 것이기 때문에 소감 압 밸브를 병렬로 설치하여 운전하는 대 -는 소감 압 시스템이 적용되어야하는 것이다. 즉, 아마도 밸브란 압력과 유량 조건에 적절한 밸브를 사용해야하는 것이다. 그러나 설치 공간 상 대 - 소 병렬 감압 시스템을 설치할 공간이 협소하거나 초고층 건축물 또는 인텔리 전트 건축물, 플랜트 설비 등의이 경우에는 공압식 뉴 메틱 형의는 감압 밸브를 적용하여 소방 감압 시스템을 구축하는 것이 가장 바람직 할 것이다.   또한 감압 밸 브란 쪽은 ANSI 클래스 IV 등급의 허용 누설 량을 가지고있는 밸브로서, 동압현상 발생 가능성이 있기 때문에 2 차측에 릴리프 밸브 또는 일차 압력 조절 밸브를 적용하여 과압을 방출하여 동압현상을 방지하는 것이 중요 (물론 밸브 자체에서 허용 누설 량을 제로로 맞추는 밸브가 최근 국내에 도입이되고는있다) 한 문제이며, 이에 대하여 UL 인증 코드에서는 1748 UL 인증;. 소방 펌프 릴리프 밸브라는 별도의 규정을두고있다.   다만 여기서 말하는 릴리프 밸브는 국내에서 말하는 안전 밸브 형태의 릴리프 밸브가 아니라 주로 일차 압력 조절 밸브를 의미하나 이러한 일차 압력 조절 밸 브란 낮은 양정에 많은 유량이 필요한 경우에 사용되는 밸브로서, 국내와 같이 높은 양정 에이 적은 유량이 필요한 경우에 부합 되 기엔 무리가있다. 그 이유는 소방 라인은 사용을 안 할 경우에는 폐쇄 계로서 수두가 형성되지 않는 조건이지만 사용된 이후에는 개방 계로 바뀌는 특성을 가지고 있기 때문이다. 개방 계로 바뀐 후에는 전체 양정이 릴리프 밸브에 전달이되며, 이때 형성된 압을 방출하는 역할이 중요해진다. (낮은 양정이 필요한 경우에는 반대로 과압 도피 기능이 중요해진다.)이 외에도 동압방지 기능과 감압 밸브 가 소방 라인 작동 중 다이어프램 파손 등으로 문제가 발생되어 일차 측의 높은 압력이 이차 측으로 전달될 경우의 상황까지 생각한다면 일차 압력 조절 밸브보다는 릴리프 밸브의 적용이 훨씬 적정한 선정이 될 것이다.   이와는 같이 설명된 소방 라인에 감압 밸브를 적용하는데있어 가장 큰 문제점은 아직 국내 환경에 맞는 배관 시스템이 확립되지 않았 다는데있을 것이다. 따라서 외국 시스템의 무분별한 도입이나 일부 업체의 이익을위한 시스템이 아닌 밸브와 펌프, 배관의 유기적인 고찰에서 가장 적절한 방식을 찾는 것이 가장 중요할 것이다.   이러한 측면에서 (주) 삼양 발 브 종합 메이커에서는 국내 소방 배관의 사용 조건에 가장 적합한 소방 감압 시스템을 제안하였으며, 이는 많은 이들이 공감을하는 부분이기도하다.   허나 그간 소방 계통에서 감압 밸브에 대한 적용이 많지 않다 보니 밸브의 성능을 펌프의 성능 곡선에 맞추어 마치 밸브가 펌프를 제어하는 것으로 인식하고 있으며, 이는 밸브 업체들의 홍보 미비에서 기인하는 것이다. 하지만 직동 식 대소 감압 시스템은 현재의 기술에서의 최선이며 최적일 뿐이며, 향후에는 소방 업체와 밸브 업체 및 펌프 업 체간 머리를 맞대고 폴어나가 좀더 완벽한 국내 소방 환경에 적합한 소방 감압 시스템이 탄생되어야 할 것이다 .   2) 파일럿 타입 대 - 대 감압 시스템 그림 예 참고 1. 파일럿 타입 감압 밸브와 직접 입력한 감압 밸브의 유량 특성 비교 ▲ 감압 밸브의 유량 특성 비교 © 소방 방재 신문           이력서 = {(1.167xWx √의 G 조) / √ (P1 - P2)} 여기서, 이력서, 이력서 일람표 참조 승; 밸브 통과 최대 유량 G 조; 물의 비중 (≒ 1) P1; 14 kgf/cm2.g 인 경우 P2; 10 kgf/cm2.g 인 경우                참고 2. 직접 입력 대 - 소감 압 시스템 ▲ 파일럿 타입 대 - 대 감압 시스템 그림 예 © 소방 방재 신문                             참고 3. 파일럿 감압 밸브 / 직통 감압 밸브 사진 ▲ 직접 식 파일럿 식                           참고 4. 물에서의 케비테이션이란?                                     ;은 물에는 공기가 녹아 있으며,이 압력이 높을 때는 유체 속에 녹아 있으나 압력이 떨어지게되면 공기가 발생한다. 공기가는 1 차측 압력이 높으므로 그대로 있으나 유체가 밸브를 통과하여 압력이 떨어지게되면 기포가 발생한다.   발생된 기포는 압력이 회복되는 부분까지 이동을하여 기포가 터지게되는데 이때 기포의 폭발로 압력이 상승하여 소음이 발생되며,이 현상으로 배관의 진동과 배관 내부의 침식, 부식, 마식 현상이 발생한다 . 위의 그림은 케비테이션 발생과 현상에 관한 것이다. 이러한 밸브 전 / 후 압력 변화로 인한 현상은 케비테이션뿐만 아니라 플러싱이라는 현상도 발생하는데 플러싱은 유체 중에서 액체에만 나타나는 현상으로 액체가 밸브를 통과하면 압력이 가장 낮은 지점에서 액체의 일부가 증발하는 현상을 말한다 .