이산화탄소(CO2) 소화설비 기출문제풀이 - 4

1. 에탄을 저장하는 창고에 이산화탄소 소화설비를 설치하려고 한다. 다음 각 물음에 답하시오. [11점] ★★★★★

[조건]

  ① 소화설비방식 : 전역방출방식 (고압식)

  ② 저장창고의 규모 : 5m × 5m × 5m

  ③ 에탄 소화에 필요한 이산화탄소의 설계 농도 : 40%

  ④ 저장창고의 개구부 크기와 개수

     ⊙ 1m × 0.5m × 1개소

     ⊙ 2m × 1m × 1개소

  ⑤ 표면화재의 전역방출방식에서 방호구역의 체적당 이산화탄소의 약제량

방호구역 체적	방호구역체적 1㎥ 에 대한 소화약제의 양	최저 한도량
45 ㎥ 미만	1 ㎏ / ㎥	45 ㎏
45 ㎥ 이상 150 ㎥ 미만	0.9 ㎏ / ㎥
150 ㎥ 이상 1,450 ㎥ 미만	0.8 ㎏ / ㎥	135 ㎏
1,450 ㎥ 이상	0.75 ㎏ / ㎥	1,125 ㎏

 

  ⑥ 설계농도에 대한 보정계수표

 

  가. 필요한 이산화탄소 약제의 양 [㎏]은 얼마인가 ?

  나. 방호구역내에 이산화탄소가 설계농도로 유지될 때의 산소의 농도 [%]는 얼마인가 ?

  다. 이산화탄소 저장용기의 충전비를 최대 (1.9)로 할 경우의 저장용기 (68ℓ) 1병당 저장약제의 중량 [㎏]은 얼마인가 ?

  라. (다)와 같이 충전비를 최대 (1.9)로 할 경우 필요한 저장용기의 개수는 ?

  마. 상기조건에서 빈칸을 채우시오.

분사헤드의 방사압력	( ①) 이상
이산화탄소의 방사시간	( ② ) 이내
저장용기의 저장압력 (20 ℃)	( ③ )
저장용기실의 온도	( ④ )
강관의 종류 (배관)	( ⑤ )

  바. 이산화탄소 소화설비의 자동식 기동장치에 사용되는 화재감지기 회로 (일반감지기를 사용할 경우)는 어떤 방식이어

        야 하는가 ? 그 방식의 이름과 내용을 설명하시오.

     ⊙ 이름                            ⊙ 내용

[문제풀이]

 가. 필요한 이산화탄소 소화약제의 양 [㎏]

   ① 방호구역의 체적 : 5m × 5m × 5m = 125 ㎥

   ② 개구부의 면적 : 1m × 2m × 1개소 + 1m × 0.5m × 1개소 = 2.5㎡

   ③ 소화약제의 저장량

       Q = 방호구역의 체적 × 체적당 소화약제량 + 개구부 면적 × 개구부 가산량 = 125 ㎥ × 0.9 ㎏/㎥ + 2.5 ㎡ × 5 ㎏/㎡

           = 147.5 ㎏

  나. 방호구역내에 이산화탄소가 설계농도로 유지될 때의 산소의 농도 [%]는 얼마인가 ?​

다. 이산화탄소 저장용기의 충전비를 최대 (1.9)로 할 경우의 저장용기 (68ℓ) 1병당 저장약제의 중량 [㎏]은 얼마인가 ?​

 라. (다)와 같이 충전비를 최대 (1.9)로 할 경우 필요한 저장용기의 개수는 ?

 마. 상기조건에서 빈칸을 채우시오.

분사헤드의 방사압력	( ① 2.1 MPa) 이상
이산화탄소의 방사시간	( ② 1분 ) 이내 (표면화재)
저장용기의 저장압력 (20 ℃)	( ③ 6 MPa )
저장용기실의 온도	( ④ 40 ℃ 이하 )
강관의 종류 (배관)	( ⑤ 압력배관용 탄소강관중 스케줄 80 이상 )

 바. 이산화탄소 소화설비의 자동식 기동장치에 사용되는 화재감지기 회로 (일반감지기를 사용할 경우)는 어떤 방식이어야

       하는가 ? 그 방식의 이름과 내용을 설명하시오.

  ▣ 이름 : 교차회로방식

  ▣ 내용 : 하나의 방호구역 내에 2 이상의 화재감지기 회로를 설치하고 인접한 2 이상의 화재감지기가 동시에 감지되는 때

                  에는 이산화탄소 소화설비가 작동하여 소화약제가 방출되는 방식

​

[참고 1] 저장용기실 온도

  ◈ 이산화탄소, 할론, 분말 소화설비 : 40 ℃ 이하

  ◈ 할로겐 화합물 및 불활성기체 소화설비 : 55 ℃ 이하

[참고 2] 압력배관용 탄소강관

  ◈ CO2 소화설비

    ⊙ 고압식 : SCH 80 이상 (호칭구경이 20 [㎜] 이하인 경우에는 40으로 할 수 있다)

    ⊙ 저압식 : SCH 40

  ◈ 할론, 분말 소화설비 : SCH 40 이상

[참고 3] 가스계 소화설비 압력 수치

구분		기 준
저장용기의 저장압력	고압식	⊙ 20 ℃ (상온) : 6 MPa
	저압식 (자동냉동장치)	⊙ -18℃ 이하 : 2.1 MPa
저장용기의 내압시험압력	고압식	⊙ 25 MPa 이상
	저압식	⊙ 3.5 MPa 이상
개폐밸브 또는 선택밸브 배관 부속의 호칭압력	고압식	⊙ 1차측 : 4MPa 이상 ⊙ 2차측 : 2MPa 이상
	저압식	⊙ 2 MPa 이상
기동용 가스용기의 충전압력 (21 ℃ 기준)		⊙ 6 MPa 이상
기동용 가스용기의 내압시험 압력		⊙ 25 MPa 이상
기동용 가스용기 안전장치 작동압력		⊙ 내압시험압력의 0.8 ~ 1 (내압시험 압력) 이하      : 20 ~ 25 [MPa] 이하
저장용기와 선택밸브 또는 개폐밸브 사이의 안전장치 작동 압력		⊙ 내압시험 압력의 0.8배    - 고압식 : 20 MPa    - 저압식 : 2.8 MPa
안전밸브의 작동 압력 (저압식)		⊙ 내압시험압력의 0.64 ~ 0.8 배  : 2.24 ~ 2.8 MPa
봉판의 작동압력 (저압식)		⊙ 내압시험압력의 0.8 ~ 1 (내압시험 압력) : 2.8 ~ 3.5 MPa
압력경보장치의 작동압력 (저압식)		⊙ 2.3MPa 이상 1.9 MPa 이하
충전비 (저장용기)	고압식	⊙ 1.5 ~ 1.9 이하
	저압식	⊙ 1.1 ~ 1.4 이하
분사헤드의 방사압력	고압식	⊙ 2.1 MPa 이상
	저압식	⊙ 1.05 MPa 이상

 

[참고 4] 설비별 방사시간

구 분		할로겐화합물 및 불활성 기체 소화설비		할론 소화 설비	분말 소화 설비	이산화탄소 소화설비
		할로겐 화합물	불활성기체			표면화재	심부화재
전역 방출 방식	기타 특정 소방대상물	10 초 이내 (최소 설계농도의   95% 이상 방사	A·C급 화재 : 2분 B급 화재 : 1분 이내 (최소 설계 농도의 95 % 이상 방사)	10초 이내	30초 이내	1분 이내	7분 이내 (설계농도가 2분 이내에 30% 도달 )
	위험물 제조소 등	-		30초 이내	30초 이내	60초 이내	60초 이내
국소 방출 방식	기타 특정 소방대상물	-		10초 이내	30초 이내	30초 이내	30초 이내
	위험물 제조소 등	-		30초 이내	30초 이내	30초 이내	30초 이내

[참고 5] 저장용기의 주위 온도

40 ℃ 이하	55 ℃ 이하
⊙ CO2 소화설비 ⊙ 할론 소화설비 ⊙ 분말 소화설비	할론겐 화합물 및 불활성기체 소화설비

[참고] 배관의 설치기준

  ㉠ 배관은 전용으로 할 것

  ㉡ 강관 · 동관의 배관과 배관부속은 다음 표에 따른다.

구 분		설치조건
강관 (압력배관용 탄소강관)	고압식	스케줄 80 이상 (호칭구경 20 ㎜ 이하 : 스케줄 40 이하)
	저압식	스케불 40 이상
동관 (이음이 없는 동 및 동합금관)	고압식	16.5 MPa 이상
	저압식	3.75 MPa 이상
배관 부속	고압식	⊙ 1차측 : 4 MPa 이상 ⊙ 2차측 : 2 MPa 이상
	저압식	2 MPa 이상

※ 동관 사용시 : 이산화탄소와 할론 소화설비는 동일하게 16.5 MPa 이상이다.

                           분말 소화설비는 고정압력 또는 최고 사용압역의 1.5배를 적용한다.

​

2. 다음은 이산화탄소 소화설비 및 옥내 소화전설비에 관한 사항이다. 조건 및 도면을 보고 각 물음에 답하시오. [20점]

      ★★★★★

 

[조건]

  ① 옥내 탱크 저장소의 크기 : 9m × 14m × 4m = 504 ㎥

  ② 전기실의 크기 : 18 m × 21 m × 4 m = 1,512 ㎥

  ③ 옥내탱크저장소에 저장하는 위험물의 종류는 에탄 (Ethane)이며, 에탄의 설계농도는 40%이며, 이 때 34% 설계농도에

       비해 곱하여 할 보정계수는 1.2 이다.

 

  ④ 전기실의 화재는 심부화재이며 방호구역내 CO2 농도가 2분 내에 30%에 도달하여야 한다. (단, 방호구역내 CO2 농도

       가 30%가 되기 위해서는 방호구역 체적 단위 ㎥ 당 0.7 ㎏ 의 CO2 소화약제가 필요하다.)

  ⑤ 표면화재의 전역방출방식에 있어서 방호구역의 체적 1 ㎥에 대한 CO2 소화약제량

방호구역체적	방호구역 체적 1㎥에 대한 소화약제의 양	최저 한도량
45 ㎥ 미만	1 ㎏/㎥	45 ㎏
45 ㎥ 이상 150 ㎥ 미만	0.9 ㎏/㎥
150 ㎥ 이상 1,450 ㎥ 미만	0.8 ㎏/㎥	135 ㎏
1,450 ㎥ 이상	0.75 ㎏/㎥	1,125 ㎏

  ⑥ 심부화재의 전역방출방식에 있어서 방호구역 CO2 소화약제량

방호대상물	방호구역의 체적 1㎥에 대한 소화약제의 양	설계농도
유압기기를 제외한 전기설비, 케이블실	1.3 ㎏/㎥	50 %
체적 55 ㎥ 미만 전기설비	1.6 ㎏/㎥	50 %
서고, 전자제품창고, 목재가공창고, 박물관	2.0 ㎏/㎥	65 %
고무류, 면화류창고, 모피창고, 석탄창고, 집진설비	2.7 ㎏/㎥	75 %

[SYMBOL]

 

 가. 옥내탱크저장소와 전기실에 이산화탄소 소화설비를 전역방출방식으로 적용할 때 필요한 CO2 소화약제량과 CO2

       저장용기의 숫자를 구하시오. (단, 저장용기의 크기는 68 ℓ 이며, 충전비는 1.6 이고, 고압식이며, 이 때 개구부에 대한

        가산량은 적용하지 않는다.)

실명	소화약제량 (설계치)	CO2 저장용기
옥내탱크저장소	( ① ) ㎏	( ③ ) 병
전기실	( ② ) ㎏	( ④ ) 병

 나. CO2 저장용기내의 CO2 저장충전비를 조정하여 CO2 저장용기의 수를 최저개수를 구하시오.

   ① 충전비는 얼마로 하여야 하는가 ?

   ② 최저 CO2 저장용기수를 구하시오.

 다. ㈐ ~ ㈑ 구간 사이의 배관에서 CO2 약제가 방출될 때의 유량을 구하시오.

 라. 옥내소화전 H-1과 H-2를 동시에 개방하여 노즐압력을 측정하였더니 H-1은 0.4 MPa, H-2는 0.17 MPa이었고,

       이 때 H-2에서 측정된 유량은 140 ℓ/min이었다.

  ① B지점에서의 유량을 구하시오. (단, 소수점 첫째자리에서 반올림하여 정수로 구하시오.

  ② 옥내소화전 H-1과 H-2를 동시에 20분간 사용하여 소화작업을 한다면 얼마만큼의 수원이 소모되는가 구하시오.

[문제풀이]

 가. 옥내탱크저장소와 전기실에 이산화탄소 소화설비를 전역방출방식으로 적용할 때 필요한 CO2 소화약제량과 CO2

        저장용기의 숫자를 구하시오. (단, 저장용기의 크기는 68 ℓ 이며, 충전비는 1.6 이고, 고압식이며, 이 때 개구부에 대한

        가산량은 적용하지 않는다.)

실명	소화약제량 (설계치)	CO2 저장용기
옥내탱크저장소	( ① 483.84 ) ㎏	( ③ 12 ) 병
전기실	( ② 1,965.6 ) ㎏	( ④ 47 ) 병

 ① 옥내탱크저장소 소화약제량

   ▣ 소화약제 저장량 [㎏] = 방호구역 체적 [㎥] × 소화약제량 [㎏/㎥] × 보정계수 + 개구부 면적 [㎡] × 개구부 가산량 [㎏/㎥]

      ∴ 504 ㎥ × 0.8 ㎏/㎥ × 1.2 = 483.84 [㎏]

 ② 전기실 소화약제량

   ▣ 소화약제 저장량 [㎏] = 방호구역 체적 [㎥] × 소화약제량 [㎏/㎥] + 개구부 면적 [㎡]  × 개구부 가산량 [㎏/㎡]

      ∴ 1,512 ㎥ × 1.3 ㎏/㎥ = 1,965.6 [㎏]

  ③ 옥내탱크저장소 소화약제 병수​

   여기서, C : 충전비 [ℓ/㎏], V : 내용적 [ℓ], G : 1병당 충전량 [㎏]

 

   ∴ 1병당 충전량 : 68 ℓ /1.6 = 42.5 ㎏

       483.84 ÷ 42.5 = 11.38 ≒ 12병

  ④ 전기실 소화약제 병수

       1,512 ÷ 42.5 = 46.25 ≒ 47병

 나. CO2 저장용기내의 CO2 저장충전비를 조정하여 CO2 저장용기의 수를 최저개수를 구하시오.

  ① 충전비는 얼마로 하여야 하는가 ? 1.5

      ※ 고압식 충전비 : 1.5 ~ 1.9 이므로 1병당 저장량을 많게 하려면 충전비가 낮아야 한다.

  ② 최저 CO2 저장용기수를 구하시오.

       1병당 저장량 [㎏] = 68 ℓ / 1.5 [ℓ/㎏] = 45.333 [㎏]

       저장용기수 = 1,965.6 [㎏] ÷ 45.333 [㎏] = 43.359 ≒ 44병

 다. ㈐ ~ ㈑ 구간 사이의 배관에서 CO2 약제가 방출될 때의 유량을 구하시오.

   ▣ 토너먼트 방식에서는 8개 방출구에서 동시에 균등하게 방출된다.

   ▣ 2분간 방출되는 소화약제량 : 1,512 ㎏ × 0.7 = 1,058.4 ㎏

      ∴ 초당 방출유량​

 라. 옥내소화전 H-1과 H-2를 동시에 개방하여 노즐압력을 측정하였더니 H-1은 0.4 MPa, H-2는 0.17 MPa이었고,

       이 때 H-2에서 측정된 유량은 140 ℓ/min이었다.

  ① B지점에서의 유량을 구하시오. (단, 소수점 첫째자리에서 반올림하여 정수로 구하시오)

     ▣ 먼저 유량계수 K값을 구하고 이를 통해 B지점 유량을 구하고 유량을 합산한다.​

       ∴ Q = 232.783 [ℓ/min] + 140 [ℓ/min] = 372.783 [ℓ/min] ≒ 373 [ℓ/min]

  ② 옥내소화전 H-1과 H-2를 동시에 20분간 사용하여 소화작업을 한다면 얼마만큼의 수원이 소모되는가 구하시오.

       20분간 방사량 : 373 [ℓ/min] × 20 min = 7,460 ℓ = 7.46 ㎥

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