HFC-227ea·IG-100 선형상수와 최소·최대 용기 수

문제

물음 3) 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비를 설치하려고 한다. 조건을 참고하여 물음에 답하시오. (14점)

〈조건〉

• 바닥면적 240 m², 층고 4 m인 방호구역에 전역방출방식으로 설치한다.
• HFC-227ea의 설계농도는 8.8 %, IG-100의 설계농도는 39.4 %로 한다.
• 방호구역의 최소예상온도는 15 ℃이다.
• HFC-227ea의 화학식은 CF₃CHFCF₃이다.
• 원자량: H 1, C 12, N 14, F 19, Ar 40, Ne 20
• HFC-227ea의 용기는 68리터(충전량 50 kg), IG-100의 용기는 80리터(충전량 12.4 m³)를 사용한다.
• (1)의 계산 값은 소수점 다섯째자리에서 반올림하여 소수점 넷째자리까지 구한다.
• (2)(3)(4)는 (1)에서 직접 구한 선형상수 K1과 K2를 이용한다.

(1) HFC-227ea와 IG-100의 선형상수 K1과 K2를 위의 조건을 이용하여 직접 구하시오. (2점)

(2) HFC-227ea를 소화약제로 선정할 경우 필요한 최소 용기 수를 구하시오. (3점)

(3) IG-100을 소화약제로 선정할 경우 필요한 최소 용기 수를 구하시오. (3점)

(4) 방호구역이 사람이 상주하는 곳이라면 HFC-227ea와 IG-100의 최대 용기 수를 구하시오. (6점)

핵심 키워드

• $K_1=22.4/M$, $K_2=K_1/273$
• 최대허용 설계농도: HFC-227ea 10.5 %, IG-100 43 %

답안

(1) 선형상수

• HFC-227ea: $M=3\times12+1+7\times19=170$ → $K_1=\dfrac{22.4}{170}=$ 0.1318, $K_2=\dfrac{0.1318}{273}=$ 0.0005
• IG-100(N₂): $M=28$ → $K_1=\dfrac{22.4}{28}=$ 0.8000, $K_2=\dfrac{0.8}{273}=$ 0.0029

(2) HFC-227ea 최소 용기 수

• $V=240\times4=960\ \text{m}^3$, $S=0.1318+0.0005\times15=0.1393$

$$W=\frac{960}{0.1393}\times\frac{8.8}{100-8.8}=664.98\ \text{kg}$$

664.98 ÷ 50 = 13.30 → 14병

(3) IG-100 최소 용기 수

• $S=0.8+0.0029\times15=0.8435$, $V_s=0.8+0.0029\times20=0.8580$

$$X=2.303\times\frac{0.858}{0.8435}\times\log_{10}\frac{100}{100-39.4}\times960=489.19\ \text{m}^3$$

489.19 ÷ 12.4 = 39.45 → 40병

(4) 사람 상주 시 최대 용기 수 (최대허용 설계농도 초과 금지)

• HFC-227ea(10.5 %): $W=\dfrac{960}{0.1393}\times\dfrac{10.5}{89.5}=808.51\ \text{kg}$ → 808.51 ÷ 50 = 16.17 → 16병
• IG-100(43 %): $X=2.303\times\dfrac{0.858}{0.8435}\times\log_{10}\dfrac{100}{57}\times960=549.01\ \text{m}^3$ → 549.01 ÷ 12.4 = 44.27 → 44병

(최대 용기 수는 농도를 넘지 않아야 하므로 내림)

근거

• NFTC 107A 2.4.1.1·2.4.1.2, 표 2.4.2(HFC-227ea 10.5 %, IG-100 43 %). 기준 표의 선형상수(HFC-227ea K1 0.1269, IG-100 K1 0.7997)와 조금 다른 것은 문제가 원자량으로 직접 구하게 했기 때문이다.