가스계소화설비의 소화약제 누기 감시장치에 관한 연구 :

고아라

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자료유형: 학위논문

저자정보: 고아라 (가천대학교, 가천대학교 일반대학원)

지도교수: 손봉세

발행연도: 2016

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2016

가스계소화설비의 소화약제 누기 감시장치에 관한 기초연구

고아라 , 박정화 , 박세훈 외 2명 대한설비공학회 학술발표대회논문집 2016.06 학술대회자료

가스계소화설비의 소화약제 누기 감시장치에 관한 연구

고아라 소방방재공학과 2016.01 학위논문

가스소화약제 압력누기감시장치의 안전성 분석을 위한 수치적 연구

고아라 , 임동오 , 손봉세 한국화재소방학회 논문지 2016.01 학술저널

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국 문 초 록

가스계소화설비의 소화약제 누기
감시장치에 관한 연구

고아라

가천대학교 일반대학원 소방방재공학과

지도교수 손 봉 세

가스계소화설비는 수계소화설비와 달리 수손 피해가 없고, 전기적으로 비전도성이며, 소화 후에 잔존물이 없으므로 전산실, 발전실, 전기실 등 특수한 시설이 설치된 방호공간의 화재진압을 위해 설치되고 있다. 본 소화설비는 타 자동소화설비와 달리 화재 제어 및 연소 확대 방지보다는 소화를 목적으로 하고 있다. 따라서 다른 설비보다도 완벽한 신뢰성과 안전성이 확보되어야 한다. 최근 소방대상물의 초고층화, 대형화 및 심층화에 따라 소화약제 저장용기 수량이 증가되어 점검 시 많은 시간과 인력 투입으로 관리 비용의 증가와 휴먼 에러가 빈번하게 발생하고 있다.
이에 본 연구에서는 실시간 소화약제 중량 변화와 누기 여부를 감시하고 이벤트 발생 내용을 담당 관리자에게 MMS(Multi-media Message Service)로 송신할 수 있는 네트워크 기반의 가스계소화설비를 개발하였다. 본 연구의 핵심은 새로운 개념의 압력누기 감시장치를 개발하고, 본 장치의 구조 안정성 및 성능을 검증하였다.
압력누기 감시장치의 구조적 안정성을 확인하기 위해 Mentor Graphics사의 FloEFD와 Dassault systemes사의 ABAQUS 프로그램을 사용하였다. 해석모델은 국내에서 일반적으로 사용하는 이산화탄소 소화약제와 HFC-23 소화약제용 압력누기 감시장치이다. 우선 멘토그래픽사의 FloEFD 프로그램을 이용해 소화약제 방출시 밸브 내부의 전산유체해석을 수행하였다. CFD 해석 결과값인 압력분포 및 유체 속도 분포를 분석하여 구조해석 시의 경계조건으로 사용하였다. 구조해석은 상용 유한요소 프로그램인 Dassault systemes사의 ABAQUS 프로그램을 사용하였으며, 구조해석 결과 중 유효응력을 재료의 항복응력 및 인장강도와 비교하여 소성변형 혹은 파괴여부를 평가하였으며, 압력누기 감시장치가 구조적으로 안정한 것을 확인하였다.
개발한 압력누기 감시장치는 국내에 없는 장치로 적용할 성능 시험 기준이 없어 유사한 국외 기준을 참고하여 성능기준을 정립하여 시험을 시행하였다. 기본 성능 시험과 내환경성 시험을 진행하였으며 모든 시험에서 정상적으로 작동하는 것을 확인하였다.
본 개발시스템을 현장에 적용 시 중앙감시센터 및 원격관리 장소 등에서 실시간으로 소화약제의 상태를 모니터링 할 수 있다. 따라서 관리 인력은 이상상태 발생 시에만 현장 접근하여 해결함으로 매우 안정적이고 신뢰성 있는 예방조치를 할 수 있으며, 점검에 드는 인력과 시간을 절감하여 경제성을 확보할 수 있다. 특히 대단위 반도체 생산공장, 원자력 발전소 등에 상시 감시체제를 유지하여 적극적인 화재예방활동을 통한 인명 및 재산 피해의 최소화와 화재 시 복구 기간의 최소화를 도모할 수 있다.

핵심 용어 : 가스계소화설비, 압력누기 감시장치, 소화약제, 누기, 구조해석

ABSTRACT

A Study on Extinguishing Agent Leakage Monitoring System for Gas System Fire Extinguishers

Go, A Ra
Advised by Prof. Son, Bong Sei
Dept. of Fire & Disaster Protection Engineering
Graduate School of
Gachon University

Unlike the water system fire extinguisher, the gas system fire extinguisher does not generate damage caused by water, is electrically nonconductive and does not leave any residue after extinguishment. Therefore, it is installed for fire suppression within the containment space where specialized facilities such as the computer room, the generator and the electric room are installed. Unlike other automatic fire extinguishers, the purpose of this fire extinguisher is to act as strong extinguishment rather than fire control or prevention of combustion expansion. Consequently, it needs to ensure more perfect reliability and safety than any other extinguisher. Recently, there is a increase in occurence of human errors and management expenses due to the increase in the number of extinguishing agent storage containers as the fire fighting target becomes high-rise, larger and intensified.
In this study, to address such problem, a network based gas system fire extinguisher was developed that monitors weight variation and leakage of the extinguishing agent in real time and transmits event data generated to the manager in charge via an MMS (multimedia message service). Developed was a pressure leakage monitoring system in the new concept, which was the very core of this study. Verified was structural stability and performance of this system.
The FloEFD program from Mentor Graphics and ABAQUS program from Dassault Systemes were used to verify structural stability of this pressure leakage monitoring system. The analytic model used was the pressure leakage monitoring system for the carbon dioxide extinguishing agent and the HFC-23 extinguishing agent, which were commonly used in Korea. First, FloEFD program from Mentor Graphics was used for computational fluid dynamics (CFD) analysis on the valve inside when discharging the extinguishing agent. The CFD analysis results, pressure distribution and fluid velocity distribution were analyzed and used as boundary conditions for structural analysis. With the structural analysis results, the effective stress was compared to the yield stress and the tensile strength of the material to assess presence of plastic deformation or breakdown, and the pressure leakage monitoring system appeared to be structurally stable.
The developed pressure leakage monitoring system was the first system in Korea, and as a matter of fact, no performance test standard was available in Korea. Similar international standards were consulted to establish the performance standard required for the test. The basic performance test and the environmental test were conducted on the system and it appeared that it operated normally for all of the tests.
If this developed system is applied in the field, the condition of the extinguishing agent can be monitored in real time from the central monitoring center and remote control places. Therefore, since managing access of staff to the local site for troubleshooting only if a failure occurs, it is possible to take very stable and reliable preventive actions. In addition, since it is possible to save human resources and time required for inspection, its economic value would be ensured. Particularly, maintaining a 24-hour monitoring system in large semiconductor fabs and nuclear plants, it would be possible to minimize human and property damages by proactive fire preventive activities as well as to minimize the recovery time from fire.

Keywords: Gas system fire extinguisher, pressure leakage monitoring system, extinguishing agent, leakage and structural analysis

#가스계소화설비 #압력누기 감시장치 #소화약제 #누기 #구조해석

목 차
제1장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 방법 및 범위 2
1.3 연구 현황 3
제2장 가스계소화설비 실태조사 및 문제점 4
2.1 가스계소화설비 개요 4
2.1.1 가스계소화설비 분류 4
2.1.2 가스계소화설비 주요 구성요소 10
2.2 가스계소화설비 사고 사례 분석 16
2.3 가스계소화설비 문제점 및 개선방안 23
2.3.1 시스템적 문제점 및 개선방안 23
2.3.2 법적 문제점 및 개선방안 27
2.3.3 관리적 문제점 및 개선방안 31
2.4 가스계소화설비 관련 국내외 규정 32
2.4.1 이산화탄소 소화설비의 안전 관련 조항 비교 32
2.4.2 청정소화약제 소화설비의 안전 관련 조항 비교 37
제3장 네트워크 기반의 압력누기 감시장치 개발 41
3.1 개발 가스계소화설비의 개요 41
3.2 압력누기 감시장치의 개요 42
3.2.1 압력누기 감시장치의 설치 및 작동원리 42
3.2.2 압력누기 감시장치의 설계조건 및 규격 43
제4장 압력누기 감시장치 구조해석 45
4.1 구조해석의 기본이론 및 개요 45
4.1.1 수치해석 프로그램의 개요 46
4.1.2 수치해석의 기본이론 및 개요 47
4.2 구조해석 결과 및 고찰 50
4.2.1 CO₂ 압력누기 감시장치 50
4.2.2 HFC-23 압력누기 감시장치 59
4.2.3 압력누기 감시장치 구조해석 결론 76
제5장 압력누기 감시장치 성능검증 78
5.1 성능검증방법 정립 78
5.2 기본 성능검증 80
5.3 내환경성 성능검증 83
제6장 결 론 83
참고문헌 86
Abstract 88

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