대형화재 대비 소방용수 동시 방수훈련 결과

소화전 동시 사용 시 출수압 부족 상태에서 물탱크의 신속한 급수체계 확보를 위한 훈련(실험)결과 임.

□ 개   요

○ 일시/장소 : ‘21. ,  10:00, 테크노일반산업단지

○ 소 방 력 : 8대 46명(서장, 소방시설관리사 등 46명)

○ 내     용

- 소화전 출수압 부족상태에서 보유한 장비활용 신속급수 방안 강구

- 소방호스(65mm)를 중계관으로 대체 사용가능 여부 확인 등

□ 용어정의

○ 직결급수 : 소화전에서 물탱크 보수구 연결 급수

○ 중계급수 : 소화전에서 물탱크 중계구(펌프 작동)연결 급수

○ 혼합급수 : 직결급수+중계급수를 혼합하여 동시 급수

○ 중 계 관 : 중계구와 소화전 사이를 연결하는 호스

□ 훈련(실험)조건

○ 상수도 배수지 : 신정배수지 V=26,000㎥(1만L 물탱크 2,600대 용량)

○ 상수도 공급배관 : 100~300mm 강관, / 방식

○ 실험소화전 : 지상소화전(65mm) 4개소(메인소화전1+주변소화전3개소)

○ 소화전 수압측정 : 메인소화전 1개소 지정 정압측정(Mpa)

○ 실험차량제원 : 2009년식 물탱크(6,000L)/A1펌프(주)에프원텍

○ 실험급수량 : 물탱크 1,000L(전자수량계)

○ 중계관/호스 : 소방차전용 중계관‧소방용 호스(65mm)

○ 급수시간 측정 : 보수구(자체급수구)개방 부터 완충(1,000L)시 까지 초시계 사용

□ 훈련결과(요약)

○ 다수 소화전 동시 사용 시 출수압 변화 확인

□ 소방용수 공급배관 유량(L/min)보다 소화전 토출량(L/min)이 많을 때 압력저하

☞ 세부사항 측정1 참조

○ 소화전 출수압 부족 시 물탱크 중계펌프의 흡수 가능성(능력) 확인

□ 물탱크 중계급수 시 펌프 임펠러 작동으로 배관 내 유속을 빠르게 하여 급수시간 단축효과 즉, 한정적 흡수력(유효흡입수두)있으며, 추가 펌프 회전계를 올려도 급수시간 단축은 미미한 것으로 보아 추가적 흡수효과는 없는 것으로 보임.(무한정한 흡수력은 없음)

☞ 세부사항 측정2 참조

○ 소방차량 급수시간 단축을 위한 최적조건 확인

□ 중계급수가 직결급수보다 35% 정도 급수 단축효과가 있고, 혼합급수는   직결급수보다 43% 정도 단축효과를 보였음.

□ 가장효율적인 혼합급수는 물탱크 2인 이상 운용 시 적정하고, 1인 운용 시에는 중계급수를 추천함.(단축율 : 혼합급수 > 중계급수 > 직결급수)

☞ 세부사항 측정3 참조

○ 소방호스(65mm) 중계관 대체 사용가능 여부 확인

□ 중계관으로 대체 사용가능 함(가시적 수축현상 발견 못함)

☞ 세부사항 측정4 참조

□ 조치(개선)사항

○ 지휘조사팀 추진(별도계획 수립)

- 소화전 물탱크 급수 시 중계구를 활용한 중계급수 방식 적용

※ PTO의 기본출력(PTO 작동 시 기본값 1430RPM)으로 충분하고 추가 상승 불 필요

- 중계관 부족 시 소방호스(65mm)를 중계관 대체 사용

- 대형화재 시 원활한 용수 확보를 위해 대로변(대구경) 또는 배수지  (남부 6개소)를 달리하는 소화전 급수

※ 울산형 재난현장 지휘체계 개정 적용(남부소방서 운영)

○ 대응총괄팀 추진(별도계획 수립)

- 소화전에 라벨 부착(압력, 분당 방수량, 급수배관 구경, 배수지) 및  AVL지령 단말기 소화전 정보 연계

- 수압부족의 한계 및 급수 시스템의 다변화를 위해 서(署)마다 전략  (대형)물탱크(2만L 이상) 1대씩 도입 검토

붙임  훈련결과 세부사항 1부.  끝.

측정 1	다수 소화전 동시 사용 시 출수압 변화 확인

○ 결 과

구 분	메인 소화전 압력(메인 소화전 1개소만 압력계 부착)
	평상 시	소화전 1번 개방 시	소화전1․2번 동시 개방 시	소화전1․2․3번 동시 개방 시
압력계 압력(Mpa)	0.1	0.1	0.05	0.01

- 측정결과 분석

․메인소화전에 압력계 부착(압력 0.1Mpa)상태에서, 65mm 쌍구로 1번 소화전(65mm쌍구)만, 개방 하였을 때는 압력변동이 없었음

․그러나, 1번 소화전이 개방 된 상태에서  2번 소화전(65mm 쌍구)을 추가 개방하였을 때는 압력이 0.1Mpa→0.05Mpa(0.5kgf/㎠)로 저하됨

․또한 1‧2번 소화전 개방상태에서 3번 소화전을 추가 개방하였을 때는 압력이 0.01Mpa(0.1kgf/㎠)까지 확연히 저하 됨.

․사유로는 소화전1․2번(65mm 쌍구)동시 방수량 18,468L/min가 메인소화전 공급배관 방수량 14,692L/min을 초과하여 압력저하가 발생하였고, 1․2번 소화전이 개방되어 있는 상태에서 3번 소화전을 추가로 개방하면서 압력이 확연히 저하 됨.

○ 배관 현황

- 테크노산업단지 내 소화전 공급배관 : 100~300mm 상수도배관 혼재

․메인 소화전 공급배관 : 150mm 상수도배관

․방수 소화전(1~3번) : 지상식 65mm 쌍구(소화전 본체 100mm)

○ 소화전 분당 방수량 산출 Q(L/min)=0.653×D²(mm)×[eqn: sqrt {10 TIMES P}](Mpa)

- 메인소화전 공급배관(구팡 물류창고 앞) 방수량

․ Q=0.653×150²×[eqn: sqrt {10 TIMES 0.1}]= 14,692 L/min

- 1번 소화전 쌍구 분당 방수량

․Q=0.653×100²×[eqn: sqrt {10 TIMES 0.2}]= 9,234 L/min

※ 소화전 65mm 쌍구 방수 산식적용 : 소화전 본체(몸통)는 100mm이므로 100으로 적용

- 2번 소화전 쌍구 분당 방수량

․Q=0.653×100²×[eqn: sqrt {10 TIMES 0.2}]= 9,234 L/min

- 3번 소화전 쌍구 분당 방수량

․Q=0.653×100²×= 8,514 L/min[eqn: sqrt {10 TIMES 0.17}]

○ 관련사진 (다수 소화전 동시 사용 시 메인소화전 부착 압력측정계 변화)

◆ 1번 소화전 개방 시(압력변동 없음)	◆ 1‧2번 소화전 동시 개방시 압력0.1Mpa→0.05Mpa(0.5kgf/㎠)
◆ 1‧2‧3번 소화전 동시 개방시 압력0.05Mpa→0.01Mpa(0.1kgf/㎠)	◆ 0.01Mpa방수량* (0.01Mpa≒1m)

0.1Mpa

0.5Mpa

0.01Mpa

측정 2	소화전 수압부족 시 물탱크 중계펌프의 흡수 가능성 (능력) 확인

○ 결 과

- 측정결과 분석

․물탱크 1,000L충수 시간은 메인 소화전 압력(0.1Mpa)에 의한 직결급수 보다 중계급수 방식으로 했을 때, 조건 1에서는 105초 → 53초, 조건 2에서는 141초 → 57초로 단축(신속충수)되었고, 이유는 중계급수 시 펌프 일펠러 작동으로 직결급수 시 보다 배관 내 유속을 빠르게 하여 급수시간이 단축 된 것으로 보여지며 이는 한정적* 흡수

* 중계펌프 작동시 회전계 기본 값 1,430RPM에서 3,300RPM까지 상승시켰을 경우 조건1에서는 53초→52초, 조건2에서는 57초→58초로 충수시간의 단축효과는 아주 미미한 것으로 보아 추가적인 흡수효과는 없는 한정적 흡수력.

○ 한정적 흡수의 사유로는  ☞「국립소방연구원 자문 의견」

- 소방차 펌프 PTO의 RPM을 올려도 소화전 유량 이상으로 흡수되지 않으며, 2차 펌프(소방차)가 과부하 운전 시 1차 펌프(소화전)가 저항으로 작용하여 성능 저하를 일으킬 수 있음

- 소화전의 압력과 유량이 증가하면 PTO의 회전수(RPM) 증가에 따라 토출유량이 증가 할 것으로 예상됨

	- 관로저항곡선(R2) 즉, 마찰에 의해 직렬합성의 유량값은 대용량펌프(소방차)에 비해 감소하게 되며, 소용량펌프(소화전)의 운전점 C’는 음의 양정이 되어 저항으로 작용하게 됨 → 큰 펌프 1대만을 운전하는 편이 보다 많은 유량을 내보낼 수 있음 - 소용량펌프(소화전)의 압력 및 유량 변동 시, PTO의 회전수에 따라 토출유량 변동
< 성능이 다른 펌프의 직렬연결 >

○ 소방차 중계구 활용 소화전(상수도배관)내 물 흡수 가능여부 ☞「국립소방연구원 자문 의견」

- 중계급수 시 소화전 내 펌프 임펠러 작동으로 물 흡수가 가능하지만, 이는 한정적   흡수로 소화전 내 유량 이상의 흡수는 불가능함

○ 펌프PTO 작동 시 급수시간 단축이유 및 최적 RPM ☞「국립소방연구원 자문 의견」

- 소화전과 소방차는 직렬연결이며, 유량의 변동은 없고 압력의 변동만 있으므로   압력이 높아지게 되면 급수시간은 단축됨

▸ 펌프 유량과 회전수는 비례하나 직렬연결의 경우 유량은 1차, 2차 펌프 중 작은 쪽 펌프에 의해 결정되며 본 실험에서는 1,430RPM에서 방출하는 소화전 유량이 최대 토출유량임

※ 본 실험에서의 1차 펌프: 소화전 펌프, 2차 펌프: 소방차 PTO

- 최적의 RPM 도출 필요성은 없으며 소방차 PTO의 정격출력만으로 충분함

측정 3	소방차량 급수시간 단축을 위한 최적조건 확인

○ 결 과

훈 련	충수측정	2번 소화전(압력0.2Mpa)
		〔소화전 직결급수〕 보수구	〔소화전 중계 급수〕 중계구 펌프PTO 1,430RPM (0.65Mpa)	〔소화전 혼합 급수〕 중계구1+보수구 펌프PTO 1,430RPM (0.65Mpa)
1차 훈련	물탱크 충수시간 측정 (1,000L)	76초	52초	-
2차 훈련		82초	51초	47초

- 측정결과 분석

․ 물탱크 1,000L 충수시간 측정기준 1차 훈련결과 직결급수 보다 중계급수(1,430RPM)가 32%(76초→52초)정도 단축되었고, 2차 훈련결과는 38%(82초→51초) 단축으로 중계급수가 직결급수보다 평균 35% 효과적인 것으로 확인 됨

․ 또한 직결급수 보다 혼합 급수(중계구+보수구)시 43%(82초→47초)정도 단축효과를 보여, 가장 효율적인 것으로 나타 남.

○ 관련사진

※ 참 고 : 훈련(실험)물탱크의 펌프RPM에 따른 압력관계

구 분	펌프 RPM	펌프 압력계	비 고
회전계 값	1,430	0.65Mpa	PTO 작동시 기본 값(무 방수)
	2,000	0.9Mpa
	2,500	1.2Mpa
	3,300	1.8Mpa

측정 4	소방호스 (65mm) 중계관 대체 사용가능 여부 확인

○ 결 과

급수 방식	조 건	소화전 압력 (Mpa)	펌프RPM (압력계)	소방호스 변화
중계 급수	소방호스(65mm)를 중계관으로 대체 사용하여 물탱크 급수	0.2	2,000 (0.9Mpa)	소방호스 가시적 수축 및 장력 변동사항 발견하지 못함
			2,500 (1.2Mpa)
			3,300 (1.8Mpa)

- 측정결과 분석 : 물탱크 급수는 중계급수 방식, 소방호스(65mm)를 중계관으로 대체 사용하여 펌프 회전계를 2,000RPM(약0.9Mpa)에서 3,300RPM(약1.8Mpa)까지 순차적으로 상승시켰을 때, 소방호스의 가시적 수축 및 장력 변동사항 발견하지 못하였으므로 물탱크 급수 시 소방호스(65mm)를 중계관으로 대체 사용.

○ 소방호스를 중계관으로 사용해도 수축되지 않는 이유 ☞「국립소방연구원 자문 의견」

- 소화전(100mm, 기본규격)의 직경이 소방호스(65mm)의 직경보다 크므로 충분한      유량을 공급해주기 때문에 중계용 호스는 수축되지 않음

- 2차펌프의 용량이 1차펌프에 비해 지나치게 높지 않은 한 흡수하는 유량은 일정      하므로 수축현상은 일어나지 않음

참고	소방용수 흐름도 및 용어정의

○ 소방용수(수돗물)흐름도

	도수관		송수관		배수관 (상수도관)		급수관
취수장	→	정수장	→	배수지	→ 자연압 또는 가압펌프	소화전	(가정)

※ 일반적으로 배수지에서 최초 송출되는 낙차압은 약 0.6~0.7Mpa이나, 수용가 인근

까지 도달시 0.3Mpa 정도로 자연감압.

○ 배수지

- 정수장에서 만들어진 정수를 상수도 사용자의 수요에 맞추어 일정한 압력을 주어 분배하기 위한 시설

- 배수방식은 급수 구역내에 낮은 지역은 자연낙하식, 높은 지대가 있을 때에는 펌프 가압식을 채용

※ 남구관내 대부분 자연낙하식으로 용수(수돗물)공급되며, 여천 신화마을 등 일부 고지대 승압용으로 펌프 가압식 운용

○ 배수관(상수도관) : 정수된 음용수를 배수지에서 수용가까지 공급하기 위한 수도관

○ 가압펌프(가압장)

- 정수지에서 배수지(산)로 수원을 이동시킬 때

- 배수지에서 고지대에 위치한 수용가(가정)으로 수원을 이동시킬 때