소방 펌프의 순환배관 (소화펌프, Fire Water Pump, Fire Water Supply System)

소방펌프의 순환 배관, 릴리프밸브, 체절운전 (Fire Water Pump)

 

1. 순환배관

가) 개요

    펌프가 소화용수가 방출되지 않은 상태로 운전을 오래 하게 되면 내부 온도의 상승으로 인하여 유체가 증발하여 기포를 형성하게 되며, 이 기포가 펌프내부의 높은 압력지역에 도달하면 기포가 파괴되면서 소음과 진동이 수반되고 기포가 파괴되면서 임펠러나 케이싱에 국부적인 손상을 초래하게 된다. 체절운전은 옥내소화전설비가 작동하면 소화용수가 개방된 옥내소화전 방수구를 통하여 방사되므로 발생할 경우가 없지만 정기적인 점검을 위하여 펌프 운전 시에는 소화용수의 방출이 없으므로 발생한다.

    만일의 고장 등에 의한 원인에 대비하여, 적은 비용을 투자하여 펌프의 안전을 보장받도록 할 수는 있으므로, 이러한 장치를 설치하는 것이 타당하다. 대부분의 경우 순환배관을 설치하여 물을 순환시키는 방식보다는 배관에 릴리프밸브를 설치하여 물을 방출시키는 간단한 방식이 주로 채택되고 있다.

    릴리프밸브의 설정값은 펌프의 체절운전 시의 최대토출압력 근처에서 밸브가 개방되어 토출 되도록 설정하는 것이 무난하다. 릴리프밸브의 검사는 펌프를 체절압력에서 릴리프밸브가 개방된 후 30분 이상 운전하면서, 릴리프밸브로 부터 토출 되는 소화용수의 온도가 손을 대어서 뜨겁다는 것이 느껴지지 않도록 토출량이 충분하여야 한다.

 

나) 설치 

    순환배관은 펌프의 토출 측 체크밸브 이전에서 분기시켜 20mm 이상의 배관으로 설치하고 배관상에는 개폐밸브를 설치하여서는 아니 되며 체절운전(펌프토출 측의 배관이 모두 막힌 상태, 즉 물이 전혀 방출되지 않고 펌프가 계속 작동되어서 압력을 낼 수 있는 최상한 점으로 압력이 더 올라갈 수 없는 상태에서 펌프가 공회전하는 것) 시 체절압력 미만에서 개방되는 릴리프 밸브(Relief Valve)를 설치하여야 한다(그림 1)

 

(그림 1) 순환배관

 

    릴리프밸브는(그림 2)과 같은 구조로 설정압력 이상이면 밸브캡을 지지하고 있는 스프링이 밀려올라가 열리면서 과압을 방출하여 펌프 내의 체절운전 시 공회전에 의한 수온상승을 방지한다.

(그림 2) 릴리프 밸브

  

    주) 릴리프밸브(Relief Valve)와 안전밸브(Safety Valve)의 차이

 

• 릴리프밸브(Relief Valve): 설정된 압력 직하에서 작동되도록 사용자가 압력을 조정하여 사용할 수 있는 밸브(성능시험기술기준에 의하여 제품 승인 및 제품시험에 합격한 제품을 사용하여야 한다) 
• 안전밸브(Safety Valve) : 설정된 압력 이상에서만 작동되도록 조립 시 제조공장에서 고정시킨 것으로 압력조정이 불가능한 밸브

 

다) 순환배관의 순환수량

    순환수량은 다음 식으로 산정한 수치 이상이어야 하며 설치 시 양과 비교하였을 때 현저한 차이가 없어야 한다.

    Q = Ls * C/60 * △t

    Q : 순환수량( 리터/분)

    Ls : 펌프체절운전 시 출력

    C : 860Kcal(1 Kwh당의 물의 발열량)

    △t : 30℃(펌프내부의 수온상승한도)

 

2. 체절운전 시 온도상승방지용 릴리프밸브와 순환배관

  펌프가 토출유량 없이 장시간 충전이 될 경우에는 펌프의 회전에너지 가 모두 열로 바뀌게 된다. 물의 경우 증발하여 기체화되고 펌프내부의 압력을 과다하게 증가시켜, 펌프케이싱의 파손을 초래할 수 있다. 이러한 현상에 대응하기 위한 안전장치가 펌프의 체절운전 시 일정량의 물을 방출시켜 펌프내부의 온도상승(외기온도의 10-15도 이하로 제한)을 막기 위해 설치하는 것이 릴리프밸브 또는 순환배관이다.

  그러나 실제는 펌프가 체절운전을 하는 것은 확률적으로도 매우 낮다. 왜냐하면 체절 운전 점에서는 정지압력의 설정에 의해 곧 정지될 것이며 또한 화재 시 이외는 운전되는 일이 없을 것이기 때문이다. 또한 체절압력시 온도상승 방지를 위해 설치하는 것에 대하여 다음과 같은 사항을 고려하여야 한다.

• 우선 가장 손쉽게  설치하는 방법으로 많이 선호하는 릴리프밸브 방식이다.
• 릴리프밸브는 현장에서 펌프를 운전하여 체절압력부근에서 직접 세팅하여 사용한다.
• 체절압력부근에서 릴리프밸브가 열리도록 설정하여 체절운전 시 불이 방출되도록 한다.
• 릴리프밸브 전단에는 볼밸브 등을 설치하여 펌프의 성능시험을 할 경우 전단의 볼밸브를 잠그고 성능시험을 실시하고 끝나면 다시 열어두도록 하면, 펌프의 성능시험 시 매번 릴리프밸브를 새로 설정하는 번거로움을 피할 수 있다. 다만 릴리프밸브의 전단밸브는 평상시 항상 열려있어야 하므로 절대로 잠그지 않도록 주의 표지를 설치하는 것이 좋다.
• 펌프의 체절압력에 적절한 릴리프밸브를 구할 수 없는 경우 순환배관을 설치해도 된다. 가능하면 순환배관방식이 가장 확실한 방법이라 할 수 있다. 왜냐하면, 릴리프밸브의 경우 오래 사용하면 성능이 열화 되어 초기의 설정 값이 변하게 되고 또한 고장 등의 이유로 제 기능을 발휘하지 못할 가능성도 배제할 수 없기 대문이다. 이에 비하면 순환배관방식은 펌프가 운전되면 항상 일정한 물이 배출되도록 하는 방법이다. 즉 체절압력 보다  상당히 낮은 압력에서도 언제나 토출량의 일부를 버리는 방식이다.
• 순환배관의 구성은 펌프의 체크밸브이전에서 분기하여 배관 내 작은 오리피스를 설치하여 소화수조에 다시 보내거나 바닥에 방류하도록 구성한다. 순환배관의 가장 높은 부분이 소화수조의 수위보다 항상 높게 설치되어야 한다.
• 순환배관이나 릴리프밸브 방식의 경우 방출되는 물을 직접 육안으로 확인할 수 있도록 바닥에 방류되도록 하거나 수조로 리턴할 경우에는 사이트그라스 등을 설치하여야 한다.

 

3. 릴리프밸브 설치 방법

• 흡입정압을 고려한 펌프의 체절압력이 소화설비의 정격압력을 초과하는 경우에는 릴리프밸브를 설치하여야 한다.
• 릴리프밸브의 크기는 일정 규격 이상이어야 한다.
• 릴리프밸브는 펌프와 토출 측 체크밸브 사이에 설치하여야 하며, 배관에 영향을 주지 않고 보수하거나 필요에 따라 즉시 제거할 수 있도록 부착되어야 한다.
• 릴리프밸브의 방출 시에는 개방관 또는 밸브출구에 콘 또는 깔때기를 달아서 방출이 되도록 하여야 한다. 릴리프밸브로부터 방수 시에는 펌프운전자에 의해 즉시 발견될 수 있게 하거나, 쉽게 감지될 수 있도록 하여야 한다.
• 릴리프밸브의 토출배관은 펌프 흡입배관 또는 수원으로 연결되어서는 안 된다.
• 릴리프밸브가 수원으로 방수되도록 하는 경우의 밸브 및 배관은 설비의 정격압력을 초과하지 않도록 충분한 크기이어야 한다.
• 릴리프밸브의 흡입배관이나 토출배관에 개폐밸브를 설치하여서는 안된다.