펌프성능시험배관의 관경 결정에 대하여

펌프성능시험배관의 관경 결정에 대하여

공학박사 소방기술사, 정 기 신

순서

현재 국내에서 사용하고 있는 펌프성능시험배관의 결정방법 1.

기존사용 방법의 문제점 1.1.

잘못된 사용 예 2.

의 펌프성능시험배관 관경 결정 3. NFPA20

펌프성능시험배관 3.1. NFPA20

펌프흡입측관경 토출측 관경 결정 3.2. NFPA20 ,

실제 현장에서의 펌프성능시험배관 관경 결정 4.

펌프성능시험배관의 목적 4.1

시험방법 4.2

문제점 4.3.

펌프성능시험배관의 결정 5.

현재 국내에서 사용하고 있는 펌프성능시험배관 결정 방법 1.

펌프의 토출측 개폐밸브 이전에 설치하도록 되어 있는 펌프성능시험배관의 관경 결 정에 대하여 알아보고자 한다.

지금까지 펌프성능시험배관의 관경결정에 사용되어온 식은 피토게이지로 토출압을 측정하고 이 토출압을 이용하여 유량을 계산하는 식인   × ^×  Q[lpm] d[mm] P[kg_f/cm²]를 이용하여 펌프의 최대부하 성능조건인 정격유량의

토출 시 정격양정이 이상이 되어야 한다는 것을 이 식에 대입하여

150% 65%

  × ^×  × 로부터 관경 을 구하여 왔다d .

하지만 관경이 터무니없이 작게 산출되어 현장에서는 이 식을 사용하지 않고 있으 며 현재 관경을 산출하는 합의된 방법이 없는 상황이다.

따라서 이러한 방법의 문제점을 확인하여보고 이에 대한 대안으로 어떤 방법을 사 용할 것인지를 생각하여 보고자 한다.

기존사용 방법의 문제점 1.1

 로부터 유도된 식에 방출계수 _ (discharge coefficient)^{를 무시하면 식은}

  × ^×  이 된다.

실 예를 들어 설명하고자 한다.

한 층에 옥내소화전이 5개설치 되고 정격양정이 80m인 경우 펌프성능시험배관의 관경은  ×    × ^×  ×  여기에서 관경을 구하면

d=25.45823[mm]

이 때 유속을 구하면 

 ×   

 × ^×       ^{가 된다.}

유량이 정격의 150%로 토출 시 펌프 토출측에서 정격양정이 65%라 할 때 에너지 합을 베르누이정리로 설명하면 

  ^

     로 나타낼 수 있다.

여기서 위치수두와 마찰손실을 무시하면 

  ^

    . 위에서 계산된 관경과 유속으로 속도수두를 계산하면 ^

 ×    ≒   로 전수두(=전압 가) 속도수두(=동압 로 변화되었고 압력수두는) “0”이 된다.

따라서  ×  × ^×  × 의 식에 의해 관경을 구하면 항상 전압 이 동압으로 변하는 관경이 구해진다.

이는 정압이 “0”이 되는 관경으로 압력계의 눈금은 항상 “0”을 가르켜 펌프성능시 험이 불가능하게 된다.

피토게이지로 측정한 장소의 유속은  



 



노즐에서 대기중으로 유수가 방출 시 모든 압력은 동압이 된다.

  × ^×  라는 식은 동압을 피토게이지로 측정하여 노즐에서 방출되 는 유량을 측정할 때 사용되는 식이며 이는 유속을 무시하고 유량과 압력만을 고, 려한 식으로 펌프성능시험배관의 관경결정에 사용할 수 없다.

합리적인 방법으로는 적절한 유속을 제시하여 배관의 관경을 결정하는 것이 바람직 하다.

잘못된 사용의 예 2.

년 회 소방기술사 2.1 0000 00

문 소화설비에 사용하는 배관의 안지름이) 27.5[㎜], 배관 속을 흐르는 물의 동압 이 0.14[㎏ ㎠/ ]인 경우 이 배관을 통과하는 유량은 얼마인가[ pm],ℓ 또한 소화배관 속을 흐르는 물이 동압이 0.085[㎏ ㎠/ ], 유량이 500[ pm]ℓ 인 경우 본 소화설비의 배관의 구경은 몇 [㎜]인가?

sol)   × ^× 

  × ^× 

호칭경 의 실 KSD3507 50[㎜] 내경이 53.2[㎜]이므로 호칭경 50[㎜]배관 사용

*  × ^×  식은 노즐에서 방출 시 모든 압이 동압으로 전환될 때 의 방출량[lpm], 방출노즐관경[㎜], 그 때의 동압(=전압)[㎏ ㎠/ ]에 관련 된 식으로 배관 내에서 동압과 정압이 동시에 존재하는 경우에는 사용해서는 옳지 않다 할 것 이다.

만일 이 문제에서 제시한 동압이 전압이라면 문제는 성립할 수 있다.

년 월 일 시행 소방설비 기사 2.2 0000 00 00

문) 유량 1500[lpm], 펌프의 토출압력 7[㎏ ㎠/ ]일 때 펌프토출배관 최소 구경을 아래 표에서 산출하시오.

sol) d = 29.31[㎜] 따라서 호칭구경 32[㎜]선택

계수는 대신 사용 가능

* 0.6597 0.653

은 직사노즐의 방출계수 를 로 하여 으로 유도

0.653 (Cd) 0.99 0.6597 × 0.99=0.653 된 것이다.

옥내소화전 개를 토출하는 펌프의 배관을 로 할 수 없다 에 따

* 5 32[㎜] . NFSC102

르면 옥내소화전이 1개만 사용할 때라도 입상관의 최소구경은 50[㎜]이상으로 하 도록 규정되어 있다.

년 월 일 시행 산업기사 2.3 0000 00 00

문 방수량이 분당) 1500[ ]ℓ 이고 방수압이, 7[kg_f/cm²]일 경우 배관의 지름은 얼마 인가?

sol)  _^    × ^×       ∴  사용

년 월 일 시행 소방설비 기사 2.4 0000 00 00

문 어느 소방대상물에 옥상소화전을 각 층당) 5개씩 설치하려고 한다 다음 조건에. 따라 물은에 답하시오.

소 문항(1)~(8)중 (4)답 전양정 : 63.8[m]

성능시험배관의 관경을 구하시오

(6) .

sol)  ×  × ^×  ×

d = 26.94 계수를 0.653사용시 d=27.09

따라서 실내경이 27.5[㎜]인 KSD3507 호칭경 25[㎜]배관 사용

호칭구경[ ]㎜ 25 32 40 50 65 80 100

내경[ ]㎜ 28 37 43 54 69 81 107

년 월 일 시행 기사 2.5 0000 00 00

문 스프링클러 소화설비 배관의 구경이) 25[mm]인 관을 통하여 유량이 100[lpm]

으로 흐르고 있다 이 때의 압력. [kPa]은 얼마인가?

sol)  _^     × ^×      

의 펌프성능시험배관 관경 결정 3.NFPA20

펌프성능시험배관 3.1. NFPA20

2-14.2 Meters.(NFPA의 번호체계를 그대로 인용)

펌프성능시험을 하는 유량측정장치나 고정노즐은 등록된 것을 사용하고 2-14.2.1

용량은 정격유량의 최소 175%를 측정할 수 있을 것 (Metering devices or fixed nozzles for pump testing shall be listed. They shall be capable of water flow of not less than 175 percent of rated pump capacity.)

펌프성능시험배관의 관경은 제조사의 사양대로 하되 표 보다 큰

2-14-2.2 2-20

관경을 사용할 것(All of the meter system piping shall be sized as specified by the meter manufacturer but not less than the meter device sizes shown in Table 2-20.)

배관 밸브 및 부속류 낙차 등을 포함한 펌프성능시험장치의

2-14.2.3 , ,

등가길이가 30m를 넘으면 표2-20의 규정보다 한 단계 큰 배관을 사용할 것 (The minimum size meter for a given pump capacity shall be permitted to be used where the meter system piping does not exceed 100 ft (=30 m)

equivalent length. Where meter system piping exceeds 100 ft (=30 m), including length of straight pipe plus equivalent length in fittings, elevation, and loss through meter, the next larger size of piping shall be used to

minimize friction loss. The primary element shall be suitable for that pipe size and pump rating. The readout instrument shall be sized for the pump-rated capacity.) (See Table 2-20.)

의 규정에 따라 펌프성능시험배관의 관경을 결정하면 표 에서 보이듯이

NFPA20 2-20

펌프토출관과 같거나 한 단계 낮은 배관을 사용하도록 되어있다.

펌프흡입측 관경 토출측 관경 결정 3.2 NFPA20 ,

흡입배관구경

2-9.3 (Suction Size)

정격유량의 150%로 운전시 펌프흡입측 관경( 10배 이내 의 유속이) 4.572[m/s]이 하인 배관 사용.(The suction pipe shall be sized such that, with the pump(s) operating at 150 percent of rated capacity, the velocity in that portion of the suction pipe located within 10 pipe diameters upstream of the pump suction flange does not exceed 15[ft/sec](=4.572[m/sec]))

토출측배관구경

A-2-10. (Discharge Size)

정격유량의 150%로 운전시 펌프토출측의 유속이 6.096[m/s]이하인 배관 사용 (The discharge pipe size should be such that, with the pump(s) operating at 150 percent of rated capacity, the velocity in the discharge pipe dose not exceed 20[ft/sec](=6.096 [m/sec]))

흡입 측 배관경은 유속이 4.572[m/s]이하로

 스프링클러의 경우   × 

 ×   ^

 × 

사용 d=130[㎜] ∴150[㎜]

토출측 배관경은 최대부하 시 유속이 6.096 [m/s]이하가 되게 한다.

   × 

 ×   ^

 ×  d=112[㎜]

사용 가능하나 위 표의 이하의 토출관은 최소

125[㎜] 2-20 2,839[lpm] 150[㎜] 사용

150[ ]

∴ ㎜

이를 국내의 옥내소화전에 적용해 보면 흡입측의 경우    × 

 ×   ^

 ×  d=67.3[㎜] 최소규정 적용 ∴80[㎜]사용

토출측의 경우    × 

 ×   ^

 ×  d=58.3[㎜] 최소규정 적용 ∴80[㎜]사용

입상관 유속제한 규정인 에 과 동일한 규정

*NFSC102 650[lpm] 3[m/s] .

표 규정에 의한 펌프 흡입측 토출측 성능시험배관 최소관경

NFPA20 2-20 , ,

소화전 개의 경우 계산값은 흡입 토출 이나 입상관 호스의 구경

* 1 40[mm], 32[mm] ,

등을 고려하여 흡입측 50[mm], 토출측50[mm]로 하는 것이 합리적이다.

이상의 이론들로 볼 때 펌프성능시험배관의 관경을 구하기 위해서는 펌프 흡입측이 나 토출측에서의 유속을 제시하거나 NFPA20 표2-20을 따르는 것이 바람직하다 할 것이다.

실제 현장에서의 펌프성능시험배관 관경 결정 4.

펌프성능시험배관의 목적 4.1

펌프를 설치한 후 이 펌프가 화재안전규정에서 요구하는 능력의 펌프인가를 시험 유량

[lpm]

흡입측[mm] 토출측[mm] 성능시험

배관구경 계산값 계산구경 최소구경 계산값 계산구경 최소구경

130 30 32 40 26 32 32 50

260 43 50 50 37 40 50 65

390 52 65 65 45 50 65 80

520 60 65 65 52 65 65 80

650 67 80 80 58 65 80 80

800 75 80 90 65 65 80 90

1600 106 125 125 91 100 125 100 2400 129 150 150 112 125 150 125 3050 146 150 200 126 150 150 150

하기 위한 목적으로 배관을 설치한다 따라서 펌프성능시험배광을 이용하여 펌프의. 곡선을 그릴 수 있어야 한다

H-Q .

시험방법 4.2

펌프성능시험배관상의 개폐밸브를 열고 유량계 하부에 있는 유량조절밸브를 사용 하여 유량을 조정한 후 그때의 압력을 펌프토출측 압력계를 확인하여 H-Q곡선표에 표시한다.

문제점 4.3

이와 같이 밸브를 조작하여 흐르는 유량을 조절하려면 유량계의 눈금이 문제가 된 다. NFSC102의 규정에서는 유량계의 최대눈금이 정격유량의 175%이상이라는 조 항만이 있어 이조건만 충족시키려하여 유량계의 눈금이 정격유량보다 상당히 큰 유 량계를 설치하게 되면 정격유량도 측정을 못하게 되는 문제가 생길 수 있다.

제조업체에서 제시하는 유량계 사양이다.

규약배관 방식에 의해 한 층에 옥내소화전이 5개 설치되는 경우 입상관은 1개/50A

개 개 개 개 로 하여야 함으로 또는 한 단계 낮은

2 /65A 3 /80A 4 /100A 5 /125A 125A

를 사용하게 된다 이경우 위의 유량계 측정범위를 보면 가

100A . 100A

으로 규정은 만족시키지만 정격유량인 도 측정하지

900~4500[lpm] NFSC 650[lpm]

못하는 결과를 초래한다.

또한 이론적 계산에 의해 토출측의 유속을 3[m/s]로 하는 입상관과 같거나 한 단계 낮은 배관을 성능시험배관으로 사용한다고 하면 다음과 같이 계산된다.

한층에 옥내소화전이 5개 설치되는 경우 펌프의 토출량은 개

130[lpm]×5 =650[lpm] ^π d=0.0678[m]=67.8[㎜] 따라서 80[㎜]사용. 80[㎜]를 사용하게 되면 유량범위가 700~3300[lpm]으로 정격 유량 650[lpm]을 측정할 수 없으며 한 단계 낮은 65[㎜]를 사용하면 450~2200으 로 정격유량은 측정할 수 있다.

펌프성능시험배관의 결정 5.

이상과 같은 문제점들로 인하여 펌프성능시험배관의 결정은 실제 유량측정범위를 보고 선정할 수 밖에 없다. NFSC102규정의 정격토출량의 175%인 650×

이상의 눈금이 있으며 가능한 한 그 아래쪽으로 눈금이 많이 있 1.75=1137.5[lpm]

는 유량계를 선정하여야 펌프의 H-Q곡선을 그려 펌프의 성능을 판정하기 용이하 다 위에서 제시한 제조사의 사양에 따라 정격토출량이. 650[lpm]인 경우에는 65

관경[ ]㎜ 40 50 65 80 100 125 150

측정유량 [lpm]

110

~550

22

~1100

450

~2200

700

~3300

900

~4500

1200

~6000

2000

~10000

를 펌프성능시험배관으로 설치하는 것이 규정에도 어긋나지 않으며 펌프의 성 [㎜]

능을 적절이 시험할 수 있으리라 생각된다 이는 설계 시부터 설계자에 의해 관경. 을 지정해 주는 것이 바람직하다 생각된다 현장에서는 비용을 최소화하려 하기 때. 문에 이런 모든 것들을 고려해서 관경을 합리적으로 결정하는 것이 쉽지 않으리라 생각되기 때문이다.