포소화설비 팽창비 측정

두 개 회차에서 측정방법과 시험 조건을 묻는 문항으로 반복 출제되었으므로 정의, 측정 절차, 기준값을 함께 익혀야 한다.

출제 이력: 제132회 4교시 5번, 제97회 2교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

팽창비는 포수용액 용량에 대한 발생한 포의 용량 비이고, 25% 환원시간은 포에서 수용액이 1/4 환원되는 데 걸리는 시간이다.

• 팽창비(Expansion Ratio)
• 25% 환원시간(Drainage Time)
• 포수용액
• 포채집기(Foam Collector)
• 발포배율
• 저발포·고발포
• 포분량비
• 고정포방출구

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 소화약제 물에 공기를 넣어 부풀린 거품이 얼마나 부풀었는지가 팽창비다. 물 1L를 발포해 거품이 10L가 되면 팽창비는 10배다. 거품이 많이 부풀수록 가볍고 넓게 덮을 수 있지만, 금방 꺼지면 소화 효과가 떨어진다. 그래서 팽창비와 함께 거품이 얼마나 오래 버티는지를 본다.

정식 정의로는, 팽창비는 포수용액의 용량과 발생한 거품의 용량과의 비를 말한다. 기준서 제4조의 정의도 같은 내용이다. 식으로 나타내면 $팽창비 = \frac{발생한\ 포의\ 용량}{포수용액\ 용량}$ 이고, 두 용량은 같은 단위(mL 또는 L)로 맞춘다.

25% 환원시간은 발포 직후의 포에서 포수용액의 25%가 거품으로부터 흘러나와 분리되는 데 걸리는 시간이다. 포가 물을 붙잡는 능력과 유동성을 함께 보는 지표다. 기준서는 포시료의 정미중량을 4등분하면 그 한 덩이가 포수용액 25% 용량이 된다고 정한다. 예를 들어 포시료 정미중량이 180g이면 1g을 1mL로 환산하므로 25% 용량은 45mL다.

포채집기는 발포된 거품을 일정한 용기에 받아 용량을 재고, 배출되는 수용액을 모으는 장치다. 팽창비와 환원시간 시험은 같은 포시료로 함께 수행한다.

고발포용과 저발포용은 팽창비 크기로 구분한다. 저발포는 팽창비 20 미만이고, 고발포는 팽창비 80 이상 1,000 미만이다. 이 구분은 기준서와 해외 기준에서 공통으로 쓰인다.

팽창비 6배 이상(수성막포 5배 이상) 같은 시험 기준은 발포 조건과 함께 외워야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

포소화설비는 유류 화재처럼 물로 소화하기 어려운 화재에 쓰인다. 포는 액체 표면을 덮어 산소를 차단하고 증기 발생을 억제한다. 그런데 같은 약제라도 거품이 제대로 부풀지 않거나 금방 꺼지면 소화 성능이 확보되지 않는다. 따라서 제품 성능인증과 제품검사 단계에서 팽창비와 환원시간을 정량적으로 확인할 필요가 생겼다.

현행 기준은 「소화설비용헤드의 성능인증 및 제품검사의 기술기준」 제27조(발포배율시험)와 제28조(25% 환원시간 시험)에 시험 방법을 둔다. 포헤드는 혼합농도 상·하한값과 사용압력 상·하한값에서 시험하도록 정해져 있다. 이는 실제 현장에서 농도와 압력이 설계값에서 벗어나도 성능을 유지해야 하기 때문이다.

설계 측면에서도 팽창비가 중요하다. 고정포방출구는 팽창비에 따라 방출량 기준이 달라지므로, 설계자는 약제의 팽창비 등급을 먼저 확인해야 한다. 시험 결과가 기준에 미달하면 방호구역의 관포체적 산정과 방출량 계산이 모두 틀어진다.

4. 구성요소·원리·절차

포소화설비의 팽창비 측정은 포수용액이 발포되어 만들어진 포의 부피를 포수용액 부피로 나눈 값으로 정의된다. 측정은 발포 시료를 포채집기(Foam Collector) 에 받아 중량법으로 계량하는 방식으로 이루어진다. 팽창비와 25% 환원시간은 함께 측정하며, 두 값이 모두 기준을 만족해야 포의 품질이 인정된다.

원리는 다음과 같다. 포수용액 중 일부는 공기가 섞여 거품이 되고, 나머지 수분은 시간이 지나면 거품 바닥으로 흘러내린다. 팽창비가 클수록 같은 부피의 수용액에서 더 많은 포가 만들어진다. 환원시간이 길수록 포가 물을 오래 유지하여 소화 효과가 지속된다.

팽창비 측정 절차는 다음과 같다.

• 상한·하한 혼합농도와 상한·하한 사용압력을 정한다.
• 발포 면적 내 지정 위치에 포채집기를 고정하고 포를 받는다.
• 용기가 가득 찰 때까지 시간을 측정하고, 여분의 포는 자로 밀어 제거한다.
• 포 시료의 중량을 측정하고, 원래 포수용액 용량에 대한 최종 포량의 비로 팽창비를 계산한다.
• 같은 시료로 25% 환원시간을 측정한다.

계산식은 다음과 같다.

$\text{팽창비}=\frac{\text{최종 포의 용량(mL)}}{\text{원래 포수용액 용량(mL)}}$

25% 환원시간 측정에서 포 시료의 정미중량을 4등분하면 포수용액의 25% 용량을 얻는다. 이 값은 다음과 같이 구한다.

$V_{25\%}=\frac{W}{4}\ (\text{mL, 1 g = 1 mL 환산})$

여기서 W는 포 시료의 정미중량(g), V_{25\%}는 환원되어야 할 수용액 용량(mL)이다. 포 시료의 정미중량이 180 g이면 V_{25\%}=45\ \text{mL}이다. 200 g이면 V_{25\%}=50\ \text{mL}이다. 이 값은 채집기 바닥에 고이는 액을 받아 판별하는 기준이 된다.

고정포방출구는 방호대상물의 종류와 팽창비에 따라 방출량을 정한다. 방호구역 관포체적에 따른 방출량 기준을 따르며, 방출구는 관련 기준에 따라 설치한다. 방출구는 방호대상물의 최고부분보다 높은 위치에 두는 것을 원칙으로 한다.

팽창비는 포 부피를 포수용액 부피로 나눈 값이며, 25% 환원시간은 포수용액 25%가 환원되는 시간이다

5. 관련 법령·기준·표준

포헤드 성능은 「소화설비용헤드의 성능인증 및 제품검사의 기술기준」 제28조(25% 환원시간 시험)에서 규정한다. 포소화약제 발포성능은 「소화약제의 형식승인 및 제품검사의 기술기준」 제4조에서 규정한다. 고정포방출구 방출량은 포소화설비의 화재안전성능기준(NFPC 105) 제12조에서 규정한다.

개정 연혁은 다음과 같다. 헤드 기술기준 제28조는 2013-11-13 개정 기록이 있다. 형식승인 기술기준 제4조는 2024-08-28 개정 기록이 있다.

6. 유형과 비교

포소화설비에서 팽창비는 포수용액 용량 대비 발생한 포 용량의 비로 구분하며, 저발포·중발포·고발포의 세 유형으로 나눈다. 같은 유형이라도 약제 종류에 따라 25 % 환원시간의 기준이 다르므로 두 기준을 함께 묶어 비교해야 한다. 아래 표는 팽창비 구분을 정리한 것이다.