이산화탄소 소화설비개요및 화재안전기준

[남이섬]

이산화탄소 소화설비

1. 개요 및 계통도

1.1 개요

탄산가스는 화재의 소화뿐만 아니라 폭발의 방지에도 효과적으로 사용되는 불연성 가스로서 연소의 3요소 중 산소의 농도를 낮춰 소화시키며 질식과 냉각의 효과가 있다.

보통 대기중에는 21% 정도의 산소가 있는데 일반 가연물의 경우 이를 약 15 ~16% 이하로 낮추면 연소가 진행되지 못하여 소화되는 원리를 이용 한 것이다.

소화약제로서 탄산가스는 오손, 부식, 손상의 우려가 없고, 소화 후에도 전혀 흔적이 남지 않으며 기체이기 때문에 어떻한 장소에도 침투가 용이하며 소화가 가능하다.

또한 비전도성의 불연성 가스로서 전류가 통하고 있는 장소에도 사용 가능하며, 상온에서 자체의 압력으로 방출 할 수 있어 니트로 셀를로오스나 활성 금속을 제외하면 거의 모든 물질의 소화에 사용할수 있는 것이 장점이다.

2. 이산화탄소 소화약제의 특성

2.1 이산화탄소의 일반적 특성

① 저장용기로부터 방출될 때 자체의 압력으로 방출한다.

② 상온에서 기체 이므로 화재의 모든 부분으로 침투되고 확산된다.

③ 기체로서 또는 “Dry Ice" 로 불리는 미세하게 쪼개진 고체로서 비전도성 이므로

통전된 전기기기에 사용될 수 있다.

④ 사용 후 잔유물 을 남기지 않으므로 약제자체에 청소의 필요성이 없다.

2.2 이산화탄소의 열역학적 특성

① 실온과 대기압 상태에서 기상이며 압축이나 냉각에 의해 쉽게 액화되며 더욱

압축하면 고체가 된다.

② 상평형도에서 와 같이 -57℃와 임계온도 31.3℃사이에는 용기내의 이산화탄소가

기상과 액상으로 존재 한다.기상과 액상이 공존할 때 압력이 온도와 상관되며, 압력 과 온도가 증가될 때 기상의 경우 밀도가 증가하나, 액상의 경우 밀도가 감소한다.

③ 임계점 에서는 기상의 밀도와 액상의 밀도가 같아져서 두상간의 구분이 없어지며

이와 같이 임계온도 이상 에서는 고압의 이산화탄소는 유체 상태로만 존재한다.

④ 5.14㎏/㎠ 상태에서 -56.4℃로 감소되면 기상, 액상, 고상이 공존하는 Triple Point 가 되며, 3중점 이하 에서는 기상과 고상으로만 존재함으로서 액상의 이산화탄소가

대기압으로 방출될 때 부분적으로 증발하여 증기가 되며, 이러한 증발에 의해 기화 열을 빼앗겨 냉각되며, 결국 -79℃부근에서 Dry Ice 가 생성된다.

2.3 이산화탄소 저장관련 특성

① 저장용기내의 이산화탄소는 대기온도에 따라 저장압력이 변화하는 특성에 따라 상온 에서는 고압 실린더에 저장하고, -18℃부근 온도에서는 저압냉동용기에 저장한다.

② 따라서 저장 방식에 따라 고압저장방식과 저압저장방식으로 분류 된다

2.4 소화약제의 인체의 영향특성

① 이산화탄소는 호흡을 조절하는 역할을 함으로서 적당한 산소를 체내에 공급하게 된다.

② 공기 중에 6~7% 일 때 호흡은 최대로 촉진되며 더 이상 증가하면 호흡은 서서히 감소 된다.

③ 공기 중에 25~30% 정도에 이르면 최면효과가 나타나며, 이어서 호흡도 중지 된다.

농 도	신체 이상증상
2 %	불쾌감이 있다
3 %	호흡수가 늘어나며, 호흡이 가빠진다.
4 %	눈, 목의 점막에 자극이 있다.
8 %	두통, 기울림, 어지럼증, 혈압상승 등이 일어난다.
9 %	호흡이 곤란해 진다.
10 %	구토를 한다, 실신 한다.
20 %	시력장애, 몸이 떨리며 1분 이내 실신한다.

2.5 고압식과 저압식의 특성 비교

항 목	고 압 식	저 압 식
저장압력	20℃에서 6㎫ [70℉에서 850 psi]	- 18℃에서 2.1㎫ [0℉에서 300 psi]
저장용기	45㎏ / 68 용기사용	대형 저장 탱크 사용
충전비	1.5 ~ 1.9	1.1 ~ 1.4
배 관	압력배관용 탄소강관(SCH 80)	압력배관용 탄소강관(SCH 40)
방 사 압	분사헤드 기준 2.1 ㎫	분사헤드 기준 1.05 ㎫
용 기 실	저압식에 비해 일정한 용기실 면적 확보 필요	고압식에 비해 일정한 용기실 면적 축소가능
약 제 량 검 측	현장측정 액화가스 레벨미터	원격감시 Level Monitor 장치 사용
충 전 용 이 성	용기별로 해체후 재부착의 필요	현장 충전 가능(탈부착 없음)
안전장치	안전밸브	액면계, 압력계, 압력경보장치 안전밸브, 파괴봉판
적 용	소용량의 방호구역	대용량의 방호구역

3. 이산화탄소 방출방식의 분류

3.1 전역방출방식(Total Flooding System)

① 하나의 방호구역을 방호 대상물로 하여 타부분과 구획하고, 방호구역 전체에 이산화 탄소를 방출하는 방식 로서 방호구역에 대한 구획이 전제 되어야 한다.

② 방사시간 및 방사압

㉠ 가연성 액체 및 가연성 가스의 표면화재 방호 대상물은 1분이내.

㉡ 종이, 목재, 석탄, 섬유류, 합성수지류 등 심부화재의 경우 7분 이내 방사하되,

2분 이내에 설계농도의 30% 일 것.

㉢ 설계농도 유지시간(Soaking Time / Holding Time)이란 가스계 소화약제가 방사

되어 가연물에 도달 하려면, 설계농도에 도달한 이후에 완전히 소화되어 재발화

되지 않도록 하기위해 유지 되어야 하는 시간.

㉣ 가스계 소화설비 성능 확인을 위해서는 경제적 문제나 환경적 문제를 고려하여

전량 방출시험이 어렵다 하더라도 간접적인 시험 방법인 Door Fan Test를 통하여 방호구역 내의 설계농도 유지 시간을 확인 하여야 한다.

3.2 국소방출방식(Local Application System)

① 방호구역을 일정한 공간으로 구획 할 수 없는 경우 미 구획 상태에서 방호공간내

설치된 장치류를 대상으로 이산화탄소를 적용하는 시스템 으로서

② 인화성 증기 및 가스를 안전하게 방출 할 수 없는 공정이나 저장탱크

③ 전역방출방식에 요구조건에 맞지 않는 방호구역내의 인화성액체, 가스 또는 두께가 얇은 고체의 표면화재

④ 방사시간 및 방사압

㉠ 소화약제의 방사에 따라 가연물이 비산하지 않는 장소에 설치할 것.

㉡ 소화약제의 저장량은 최소 30초 이상 방사 할 수 있는 것으로 하고, 성능 및 방사 압력의 기준이 적합할 것.

3.3 호스릴방식(hand Hose Line System)

① 이동식 설비로서 화재시 호스를 이용하여 사람이 직접 조작하는 간이 설비로서 사용 자가 화재 시 직접 사용하는 수동식 설비이다.

② 수동식 조작 후 사용자가 대피 할 수 있어야 하므로 지상이나 피난층에 개구부가 15%

이상 되는 지역이나, 설비의 크기가 바닥면적의 1/5 미만되는 부분에 사용된다.

③ 호스의 수평거리는 15m 이내 이고, 노즐의 방사량은 이상으로서, 소화

약제량은 90 kg 이상 이여야 한다.

4. 이산화탄소 약제의 농도이론

4.1 연소의 현상

① 연소의 3요소(Basic Requirement of Combustion)의 경우 심부화재(Deep Seated Fire)

로 표현되며 Growing Mode 로 구분한다.

② 연소의 3요소(Basic Requirement of Combustion)에 연쇄반응(Chain Reaction)이

추가되는 경우 표면화재(Surface Fire)로 표현하며 Flaming Mode 로 구분한다.

로 표현되며 Growing Mode 로 구분한다.

4.2 화세의 구분

① 모든 종류의 화재를 표면화재와 심부화재로 정확히 양분하여 구분 할 수 없으나,

화재의 진행이 불꽃을 발생 하는 표면성 화재인지 불꽃이 없는 심부성의 화재로 진행 될지 여부를 예측은 할 수 있다.

② 이산화탄소 소화설비의 경우 화재의 구분에 따라 소화약제의 저장량을 구분 할 수

있으며 화재의 성격에 따라 적응도 달리 하고 있다.

③ 화재의 성상과 주요특징

㉠ 연소에는 2가지 유형이 있으며 불꽃을 내며 연소하는 Flaming Mode와 불꽃을

내지 않고 주로 빛만을 내면서 연소하는 Glowing Mode가 있다.

㉡ 화재의 경우 표면화재(Surface Fire)는 Flaming Mode 이며, 심부화재(Deep Seated Fire) 는 Glowing Mode로 구분된다.

㉢ Flaming Mode 와 Glowing Mode는 각가 독립적이 아니라 화재시 동시에 발생 될 수 있으며 BC 급 화재는 주로 전형적인 표면연소 이고, A급화재의 경우 발생부위 물질 에 따라 표면화재 또는 심부 화재로 전개 될 수 있다.

㉣ 표면화재와 심부화재의 특성

구 분	표 면 화 재
화재성상	BC급 화재를 위주로 하는 불꽃 화재 연소의 4요소가 작용하는 Flaming Mode 고 에너지의 화재
소화방법	최소 설계농도 34% 로서 질식소화가 주체 방사시간은 1분 이내가 원칙
방호대상물	유입기기가 있는 전기실 보일러실, 발전기실, 축전지실, 주차장등

구 분	심 부 화 재
화재성상	A급 화재를 위주로 하는 훈소 화재(Smoldering Fire) 연소의 3요소가 작용하는 Glowing Mode 저 에너지의 화재
소화방법	설계농도 34% 보다 높으며 질식소화 이외에 재발화 하지 않도록 냉각소화가 필요한 화재 방사시간은 7분 이며, 20분이상 농도유지 시간이 필요
방호대상물	유입기기가 없는 전기실, 통싱 기기실 A급 가연물이 다량으로 있는장소(박물관, 도서관, 창고) 종이, 목재, 석탄, 섬유류등의 특수가연물 보관장소

4.3 가스량 과 농도

① 방사 시 이산화탄소의 량

② 무유출(No Efflux)을 전제로 계산 하여 보면 방사 전, 후 의 체적은 동일함으로 방사 전의 산소는 21% 이며, 방사 후 이산화탄소 ㎥을 방사하였으므로 실내 산소 농도가 감소되어 이를 % 라고 한다면

③ 방사전의 산소의 체적은 V×21% 이며, 방사후 산소의 체적은 (V + )×%

가 된다.

④ 밀폐공간의 실내의 산소의 절대량(kg)은 변동이 없으므로 방사 전과 방사 후

산소의 총량은 동일하게 된다.

6. 이산화탄소 소화설비 기준

6.1 저장용기 기준

① 장소의 기준

㉠ 방호구역 외의 장소

㉡ 온도 40℃ 이하 온도변화 적은 곳에 설치할 것.

㉢ 직사광선 및 빗물의 침투할 우려가 없는 곳에 설치할 것.

㉣ 방화문 으로 구획된 실에 설치할 것

㉤ 용기 설치 장소에는 당해용기가 설치된 것을 표시하는 표지를 할 것

㉥ 용기간의 간격은 점검에 지장이 없도록 3㎝ 이상의 간격을 유지할 것

㉦ 저장용기와 집합관을 연결하는 연결배관에는 체크밸브를 설치할 것. 다만, 저장용 기가 하나의 방호구역만을 담당하는 경우에는 그러하지 아니하다.

② 용기의 기준

㉠ 저장용기의 충전비는 고압식은 1.5 이상 1.9 이하, 저압식은 1.1 이상 1.4 이하로 할 것

㉡ 저압식 저장용기에는 내압시험압력의 0.64배부터 0.8배까지의 압력에서 작동 하는 안전밸브와 내압시험압력의 0.8배부터 내압시험압력에서 작동하는 봉판을 설치할것

㉢ 저압식 저장용기에는 액면계 및 압력계와 2.3㎫ 이상 1.9㎫ 이하의 압력에서

작동하는 압력경보장치를 설치할 것

㉣ 저압식 저장용기에는 용기내부의 온도가 섭씨 영하 18℃ 이하에서 2.1㎫의 압력을 유지할 수 있는 자동냉동장치를 설치할 것

㉤ 저장용기는 고압식은 25㎫ 이상, 저압식은 3.5㎫ 이상의 내압시험압력에 합격한 것으로 할 것

㉥ 용기간의 간격은 점검에 지장이 없도록 3㎝ 이상의 간격을 유지할 것

③ 이산화탄소 소화약제 저장용기의 개방밸브는 전기식·가스압력식 또는 기계식에 따라 자동으로 개방되고 수동으로도 개방되는 것으로서 안전장치가 부착된 것으로 하여야 한다.

④ 이산화탄소 소화약제 저장용기와 선택밸브 또는 개폐밸브 사이에는 내압시험압력

0.8배에서 작동하는 안전장치를 설치하여야 한다.

6.2 기동장치

① 수동식 기동장치의 부근에는 소화약제의 방출을 지연 시킬 수 있는 비상스위치(자동 복귀형 스위치로서 수동식 기동장치의 타이머를 순간정지 시키는 기능의 스위치를 말 한다)를 설치하여야 한다.

㉠ 전역방출방식은 방호구역마다, 국소방출방식은 방호대상물마다 설치할 것

㉡ 해당방호구역의 출입구부분 등 조작을 하는 자가 쉽게 피난할 수 있는 장소에

설치할 것

㉢ 기동장치의 조작부는 바닥으로부터 높이 0.8m 이상 1.5m 이하의 위치에 설치하고, 보호판 등에 따른 보호장치를 설치할 것

㉣ 기동장치에는 그 가까운 곳의 보기쉬운 곳에 "이산화탄소소화설비 기동장치"라고 표시한 표지를 할 것

㉤ 전기를 사용하는 기동장치에는 전원표시등을 설치할 것

㉥ 기동장치의 방출용 스위치는 음향경보장치와 연동하여 조작될 수 있는 것으로

할 것

② 자동식 기동장치

㉠ 자동식 기동장치에는 수동으로도 기동할 수 있는 구조로 할 것

㉡ 전기식 기동장치로서 7병 이상의 저장용기를 동시에 개방하는 설비는 2병 이상의 저장용기에 전자 개방밸브를 부착할 것

③ 가스 압력식 기동장치

㉠ 기동용 가스용기 및 해당 용기에 사용하는 밸브는 25㎫이상의 압력에 견딜 수 있 는 것으로 할 것

㉡ 기동용 가스용기에는 내압시험압력의 0.8배부터 내압시험압력 이하에서 작동하는 안전장치를 설치할 것

㉢ 기동용 가스용기의 용적은 1ℓ 이상으로 하고, 해당 용기에 저장하는 이산화탄소 의양은 0.6㎏ 이상으로 하며, 충전비는 1.5 이상으로 할 것

④ 기계식 기동장치는 저장용기를 쉽게 개방할 수 있는 구조로 할 것

6.3 제어반설치기준

① 제어반은 수동기동장치 또는 감지기에서의 신호를 수신하여 음향경보장치의 작동, 소화약제의 방출 또는 지연 기타의 제어기능을 가진 것으로 하고, 제어반에는 전원 표시등을 설치할 것

② 화재 표시반은 제어반에서의 신호를 수신하여 작동하는 기능을 가진 것으로 하되, 다음 각 목의 기준에 따라 설치할 것

㉠ 각 방호구역마다 음향경보장치의 조작 및 감지기의 작동을 명시하는 표시등과 이 와 연동하여 작동하는 벨·부자 등의 경보기를 설치할 것. 이 경우 음향경보장치 의 조작 및 감지기의 작동을 명시하는 표시등을 겸용할 수 있다.

㉡ 수동식 기동장치는 그 방출용 스위치의 작동을 명시하는 표시등을 설치할 것

㉢ 소화약제의 방출을 명시하는 표시등을 설치할 것

㉣ 자동식 기동장치는 자동·수동의 절환을 명시하는 표시등을 설치할 것

③ 제어반 및 화재표시반의 설치장소는 화재에 따른 영향, 진동 및 충격에 따른 영향 및 부식의 우려가 없고 점검에 편리한 장소에 설치할 것

④ 제어반 및 화재표시반에는 해당 회로도 및 취급설명서를 비치할 것

6.4 배관

① 배관은 전용으로 할 것

② 강관을 사용하는 경우의 배관은 압력 배관용 탄소강관(KS D 3562)중 스케줄 80(저압 식은 스케쥴 40) 이상의 것 또는 이와 동등 이상의 강도를 가진 것으로 아연도금 등 으로 방식처리된 것을 사용할 것. 다만, 배관의 호칭구경이 20㎜ 이하인 경우에는 스케줄 40 이상인 것을 사용할 수 있다.

③ 동관을 사용하는 경우의 배관은 이음이 없는 동 및 동합금관(KS D 5301)으로서

고압식은 16.5㎫ 이상, 저압식은 3.75㎫ 이상의 압력에 견딜 수 있는 것을 사용할 것

④ 고압식의 경우 개폐밸브 또는 선택밸브의 2차측 배관부속은 호칭압력 2.0㎫이상의 것 을 사용하여야 하며, 1차측 배관부속은 호칭압력 4.0㎫이상의 것을 사용하여야 하고,

저압식의 경우에는 2.0㎫의 압력에 견딜 수 있는 배관부속을 사용할 것

6.5 선택밸브

① 방호구역 또는 방호대상물마다 설치할 것

② 각 선택밸브에는 그 담당방호구역 또는 방호대상물을 표시할 것

6.6 분사헤드

① 전역방출방식의 이산화탄소소화설비의 분사헤드

㉠ 방사된 소화약제가 방호구역의 전역에 균일하게 신속히 확산할 수 있도록 할 것

㉡ 분사헤드의 방사압력이 2.1㎫(저압식의 것은 1.05㎫) 이상의 것으로 할 것

㉢ 특정소방대상물 또는 그 부분에 설치된 이산화탄소소화설비의 소화약제의 저장량 은 기준에서 정한 시간이내에 방사할 수 있는 것으로 할 것.

② 국소방출방식의 이산화탄소소화설비의 분사헤드

㉠ 소화약제의 방사에 따라 가연물이 비산하지 않는 장소에 설치할 것

㉡ 이산화탄소 소화약제의 저장량은 30초 이내에 방사할 수 있는 것으로 할 것

㉢ 성능 및 방사압력이 제1항제1호 및 제2호의 기준에 적합한 것으로 할 것

이산화탄소 소화설비의 화재안전기준 ​첨부파일참조

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