이소부틸알코올 고정지붕 탱크 Ⅱ형 포방출구 약제량·전동기 출력

문제

물음 2) 이소부틸알코올을 저장하는 내부 직경이 40 m인 고정지붕구조의 탱크에 Ⅱ형 포방출구를 설치하여 방호하려고 한다. 아래 조건을 이용하여 다음 물음에 답하시오. (12점)

〈조건〉

• 포소화약제는 3 %의 수용성액체용포소화약제를 사용한다.
• 고정식포방출구의 설계압력환산수두는 35 m, 배관의 마찰손실수두는 20 m, 낙차 30 m이다.
• 펌프의 수력효율은 87 %, 체적효율은 85 %, 기계효율은 80 %이며, 전동기의 전달계수는 1.1로 한다.
• 저장탱크에서 고정포 방출구까지 사용하는 송액관의 내경은 100 mm이고, 송액관의 길이는 120 m이다.
• 보조포소화전은 쌍구형(호스접속구가 2개)으로 2개가 설치되어 있다.
• 원주율(π)은 3.14를 적용한다.
• 포수용액의 비중은 1로 본다.
• 위험물안전관리에 관한 세부기준을 따른다.
• 계산값은 소수점 셋째자리에서 반올림하여 둘째자리까지 구하시오.
• 기타 조건은 무시한다.

(1) Ⅱ형 포방출구의 정의를 쓰시오. (2점)

(2) 소화하는데 필요한 최소 포수용액량(L), 최소 수원의 양(L), 최소 포소화약제의 저장량(L)을 각각 계산하시오. (6점)

(3) 전동기의 출력(kW)을 계산하시오. (단, 유량은 포수용액량으로 한다.) (4점)

핵심 키워드

• Ⅱ형: 고정지붕구조(부상덮개부착 포함), 상부포주입법, 포가 탱크옆판의 내면을 따라 흘러내림, 반사판, 증기 역류 저지
• 이소부틸알코올 = 제4류 중 비수용성 외의 것 → 표 1(Ⅱ형 240 L/m², 8 L/min·m²) × 표 2 계수 1.25
• 포수용액량 = 고정포방출구 + 보조포소화전(400 L/min × 20분, 최대 3개) + 배관 내를 채우는 양
• 약제량 = 포수용액량 × 농도(3 %), 수원 = 포수용액량 × 97 %

답안

(1) Ⅱ형 포방출구

고정지붕구조 또는 부상덮개부착고정지붕구조의 탱크에 상부포주입법(고정포방출구를 탱크옆판의 상부에 설치하여 액표면상에 포를 방출하는 방법)을 이용하는 것으로서, 방출된 포가 탱크옆판의 내면을 따라 흘러내려 가면서 액면 아래로 몰입되거나 액면을 뒤섞지 않고 액면상을 덮을 수 있는 반사판 및 탱크 내의 위험물증기가 외부로 역류되는 것을 저지할 수 있는 구조·기구를 갖는 포방출구

(2) 포수용액량·수원·약제량

① 탱크 액표면적

$$A=\frac{3.14}{4}\times40^2=1{,}256\ \text{m}^2$$

② 고정포방출구: 이소부틸알코올은 제4류 위험물 중 비수용성 외의 것이므로 표 1의 Ⅱ형 포수용액량 240 L/m²에 표 2의 계수 1.25를 곱한다.

$$Q_1=1{,}256\times240\times1.25=376{,}800\ \text{L}$$

③ 보조포소화전: 쌍구형 2개 → 호스접속구 4개 → 3개 적용, 400 L/min으로 20분

$$Q_2=3\times400\times20=24{,}000\ \text{L}$$

④ 송액관(배관 내를 채우기 위한 양)

$$Q_3=\frac{3.14}{4}\times0.1^2\times120\times1{,}000=942\ \text{L}$$

⑤ 결과

구분	계산	값
최소 포수용액량	$376{,}800+24{,}000+942$	401,742 L
최소 수원의 양	$401{,}742\times0.97$	389,689.74 L
최소 포소화약제 저장량	$401{,}742\times0.03$	12,052.26 L

(3) 전동기 출력

• 유량(방출률 기준): 고정포방출구 $1{,}256\times8\times1.25=12{,}560$ L/min, 보조포소화전 $3\times400=1{,}200$ L/min → $Q=13{,}760$ L/min $=0.2293$ m³/s
• 전양정: $H=35+20+30=85$ m
• 펌프 전효율: $\eta=0.87\times0.85\times0.80=0.5916$

$$P=\frac{9.8\times\frac{13.76}{60}\times85}{0.5916}\times1.1\approx\mathbf{355.20\ kW}$$

근거

• 위험물안전관리에 관한 세부기준 제133조제1호가목(1)(가)2)(Ⅱ형 정의), (다)(포수용액량·방출율), (라)(제4류 위험물 중 비수용성 외의 것은 표 1의 값에 표 2 계수를 곱함. 표 1 Ⅱ형 240 L/m²·8 L/min·m², 표 2 이소부틸 알코올 1.25).
• 같은 조 제1호가목(2)(나): 보조포소화전은 3개(호스접속구가 3개 미만이면 그 개수) 동시 사용 시 노즐선단 0.35 MPa 이상, 400 L/min 이상.
• 같은 조 제3호가목·마목: 수원은 고정포방출구 포수용액량 + 보조포소화전 20분 방사량, 그 밖에 배관 내를 채우기 위한 포수용액량. 제4호: 약제 저장량 = 포수용액량 × 적정희석용량농도.
• 같은 조 제7호다목(2): 펌프 전양정 $H=h_1+h_2+h_3+h_4$(이 문제는 호스 마찰손실 없음).