펌프주변배관의 이해

소  속 : 교육사업부

직  위 : 주      임

성  명 : 왕  준  호

한국소방안전협회

1. 개 요

소방시설중 소화설비는 물, 가스, 포 등의 소화약제를 사용하여 소화를 행하는 기계, 기구 또는 설비를 말한다.

소화설비중에서 주변에서 손쉽게 구할 수 있고 소화효과가 뛰어난 물을 이용한 옥내 소화전, 옥외 소화전 , 스프링클러설비, 물분무소화설비 및 포소화설비 등의 수계소화설비는 특수장소에서 흔히 볼 수 있는 소화설비이다.

수계소화설비의 가압송수장치로는 펌프방식, 고가수조방식 및 압력수조방식이 있는데 이중에서 가장 많이 사용하고 있는 것은 펌프방식이다. 따라서 본 고에서는 수계소화설비의 공통부분인 펌프주변배관 및 유지관리에 대해서 알아보고자 한다

2. 각 부분별 설명

번 호	명 칭	번 호	명 칭
1. 펌프 흡입측		5)	개폐밸브
1)	후드밸브	6)	볼탑
2)	개폐밸브	7)	감수경보장치
3)	스트레이너	8)	물올림탱크
4)	후렉시블죠인트	4. 펌프성능시험배관
5)	연성계(또는 진공계)	2)	개폐밸브
2. 펌프 토출측		3)	유량계
1)	펌프	4)	개폐밸브(유량조절용)
2)	후렉시블죠인트	5. 순환배관
3)	체크밸브	1)	순환배관
4)	압력계	2)	릴리프밸브
5)	개폐밸브	6. 기동용수압개폐장치
6)	수격방지기	3)	개폐밸브
3. 물올림장치		4)	배수밸브
2)	체크밸브	5)	압력계
3)	개폐밸브	6)	밴트밸브(안전밸브)
4)	개폐밸브	7)	압력스위치

가. 펌프흡입측 설비

1) 후드밸브

가) 기    능 : 체크밸브기능(물이 한쪽방향으로만 흐르게 하는 기능)과

여과기능

나) 설치목적 : 수원의 위치가 펌프보다 아래에 설치되어 있을 경우 즉시

물을 공급할 수 있도록 유지시켜 준다.

2) 개폐밸브(개폐표시형)

가) 기    능 : 배관의 개·폐기능

나) 설치목적 : 후드밸브 보수시 사용

※ 펌프흡입측 배관에는 버터플라이밸브(볼형식

은 제외)외의 개폐표시형밸브를 설치

3) 스트레이너

가) 기    능 : 이물질 제거(여과기능)

나) 설치목적 : 펌프의 기동시 흡입측 배관

내의 이물질을 제거하여 임펠러를

보호한다

4) 후렉시블죠인트

가) 기    능 : 충격흡수

나) 설치목적 : 펌프이 진동이 펌프의 흡

입측 배관으로 전달되는 것을 흡수하

여, 흡입측 배관을 보호하는데 목적이

있다.

5) 연성계(또는 진공계)

가) 기    능 : 흡입압력 표시

나) 설치목적 : 펌프의 흡입양정을

알기 위해서 설치한다.

※ 설치 제외 : 수원의 수위가 펌프의 위치보다 높거나 수직회전축펌프의

경우에는 연성계 또는 진공계를 설치하지 않을 수 있다

나. 펌프 토출측 설비

1) 펌프

가) 원심펌프란

펌프회전시의 토출량이 부하에 따라 일정하지 않은 비용적(Turbo)형의

펌프이다. 임펠러의 회전으로 유체에 회전운동을 주어, 이때 발생하는 원

심력에 의한 속도에너지를 압력에너지로 변환하는 방식의 펌프이다

나) 종 류

① 볼류트펌프(Volute Pump)

안내날개가 없으며, 임펠러가 직접 물을 케이싱으로 유도하는 펌프로서

저양정 펌프에 사용한다

② 터빈펌프(Turbin Pump) 안내날개가 있어 임펠러 회전운동시 물을 일정

하게 유도하여 속도에너지를 효과적으로 압력에너지로 변환이 되므로

고양정 펌프에 사용한다

2) 후렉시블 죠인트

가) 기    능 : 충격흡수

나) 설치목적 : 펌프의 진동이 펌프

의 토출측 배관으로 전달되는 것

을 흡수하여, 토출측 배관을 보호

하는데 목적이 있다

3) 체크밸브

가) 기    능 : 물의 역류방지 기능(물이 한쪽방향으로만 흐르게 하는 기능)

나) 설치목적 : 펌프 토출측 배관내 압력을 유지하며, 또한 기동시 펌프의

기동부하를 줄이기 위해서 설치한다

※ 스모렌스키체크밸브의 경우 바이패스밸브가 있어 필요시 펌프측 진공 발생

시에 진공상태를 풀어줄 수도 있고, 펌프 토츨측 배관의 배수(2차압력 퇴수)

도 할 수 있다

4) 압력계

가) 기    능 : 펌프의 토출측 압력을

표시

나) 설치목적 : 펌프의 토출측 압력을

알기 위해서 설치한다

다) 설치위치 : 펌프와 토출측 게이트

밸브 사이에 설치한다

5) 개폐밸브(개폐표시형)

가) 기    능 : 배관의 개·폐기능

나) 설치목적 : 펌프의 수리·보수시 밸브 2차측의        물을 배수시키지 않기 위해서이며, 또한 펌프

성능시험시에 사용하기 위함이다.

※ 개폐표시형밸브란  밸브의 개·폐여부를 외부에서 보았을 때 한눈에 열렸

는지 또는 닫혔는지를 알아볼 수 있는 밸브를 말한다

※ Tamper 스위치(기술기준 제17조9항)

1.  Tamper 스위치란

급수배관의 급수를 차단할 수 있는 개폐밸브에 설치하는 것으로 밸브를 차

단할 경우에는 이에 따라 전기적으로 밸브차단접점을 형성하여 경보음을 방

재실에 발하는 부속장치이다

2. 설치목적

아무리 좋은 소화설비가 설치되어 있더라도 배관에 설치된 각종 개·폐밸브

를 차단할 경우에는 설비자체의 자동기동이 불가하므로 소화에 실패하게 된

다. 따라서 밸브의 개·폐상태를 감시제어반에서 확인할 수 있도록 Tamper

스위치를 설치한다

3. 설치위치

□급수배관에 설치되어 급수를 차단할 수 있는 개폐밸브□는 소방법상 상세한

기준은 없으나 설계시 아래의 위치로 적용한다

가. 소화수조로부터 펌프 흡입측 배관에 설치한 개폐밸브

나. 주펌프 및 충압펌프의 흡입측 개폐밸브

다. 주펌프 및 충압펌프의 토출측 개폐밸브

라. 스프링클러설비 옥외 송수관에 설치하는 개폐표시형밸브

마. 유수검지장치 및 일제개방밸브의 1차측 및 2차측 개폐밸브

바. 고가수조와 스프링클러설비의 입상관과 연결된 부분의 개폐밸브

6) 수격방지기(Water Hammer Cushion)

가) 기    능 : 배관내 압력변동 또는 수격흡수 기능

나) 설치목적 : 배관내 유체가 제어될 때 발생하는 수격 또는 압력변동현상

을 질소가스로 충전된 합성고무로 된 벨로우즈가 흡수하여 배

관을 보호 할 목적으로 설치한다

다) 설치위치 : 배관의 굴절지점, 펌프 토출측 및 입상관 상층부에 설치한다

다. 물올림장치

1) 정 의

물올림장치는 펌프의 위치가 수원의 위치보다 높을 경우에만 설치하는 것      으로서, 후드밸브의 고장 등으로 누수되어 흡입측 배관 및 펌프에 물이 없      을 경우 펌프가 공회전을 하게 되는데 이를 방지하기 위하여 설치하는 보충     수 역할을 하는 탱크이다.

가) 설치기준

① 탱크의 유효수량 : 100□이상

② 보급수관의 구경 : 15□이상

③ Over flow관 : 50□이상

④ 펌프로의 급수배관 : 25□이상(펌프와 체크밸브사이에서 분기)

2) 체크밸브(물올림관의)

가) 기    능 : 역류방지 기능

나) 설치목적 : 펌프기동시 가압수가 물

올림탱크로 역류되지 않도록 하기 위해서 설치한다

※ 설치시 유의사항 : 체크밸브의 방향이 바뀌지 않도록 설치할 것

3) 개폐밸브(물올림관의)

가) 기    능 : 배관의 개·폐기능

나) 설치목적 : 물올림관의 체크밸브 고장 수리시, 물올림탱크내 물을 배수시

키지 않기 위해서 설치한다.

4) 배수밸브(배수관의)

가) 기    능 : 배관의 개·폐기능

나) 설치목적 : 물올림탱크의 배수 및 청소시 사용하기 위해서 설치한다

5) 개폐밸브(보급수관의)

가) 기    능 : 보급수관의 개·폐기능

나) 설치목적 : 볼탑의 수리시 사용하기 위해서 설치한다

6) 볼탑

가) 기    능 : 저수위시 급수 및 만수위시 단수기능

나) 설치목적 : 물올림탱크내 물을 자동급수하여 항상 물올림탱크내 100□

이상의 유효수량을 확보하기 위해서 설치한다

7) 감수경보장치

가) 기    능 : 저수위시 경보하는 기능

나) 설치목적 : 물올림탱크내 물의 양이 감소하는 경우에 감수를 경보하는

목적이 있다

8) 물올림탱크

가) 기    능 : 후드밸브에서 펌프사이에 물을 공급하는 기능

나) 설치목적 : 수원이 펌프보다 낮은 경우에 설치하며, 펌프내 및 흡입측

배관의 누수로 인한 공기고임의 방지목적으로 설치한다.

※ 물올림탱크 설치시 유의사항

1. 물올림탱크를 주·충압펌프에 공용으로 사용시

펌프 흡입측 배관을 각각 별도로 수조에 연결 설치 하여야한다. 만약 하나의 흡수배관에 주펌프 및 충압펌프를 공용으로 연결하여 설치하게 되면 주펌프 또는 충압펌프 기동시 물올림탱크내 물을 흡입하게되며 물올림탱크내 물이 모두없어지면 결국에는 공기를 흡입하게 되어 소화에 실패하게 된다(이를□에어 포켓현상□이라 한다)

<올바른 시공방법>            <올바르지 않은 방법>

2. 물올림탱크를 2개 이상의 소화설비의 펌프에 공용으로 연결 사용시

가. 물올림탱크의 용량은 가능하면 200□이상으로 할 것

나. 모든 펌프 흡입측 배관은 각각 수조에 연결 설치할 것

라. 펌프성능시험배관

1) 설치목적

펌프의 성능곡선을 수시로 확인하여 펌프의 토출량 및 토출압력이 설치

당시의 특성곡선에 부합여부를 진단하고 부합되지 않을 경우 어느 정도의

편차가 있는지를 조사하여 보수 및 유지관리를 위한 자료의 획득에 있다

2) 개·폐밸브(측정시 개방)

가) 기    능 : 펌프성능시험배관의 개·폐기능

나) 설치목적 : 유량측정시 개방하여 사용(평상시는 폐쇄)

3) 유량계

가) 기    능 : 펌프의 유량측정

나) 설치목적 : 펌프의 유량을 측정하기 위하여 설치한다

다) 유량계의 성능 : 펌프 정격토출량의 175%까지 측정할 수 있는 성능일 것

4) 개·폐밸브(유량조절밸브)

가) 기    능 : 펌프성능시험 배관의 개·폐기능

나) 설치목적 : 펌프성능시험시 유량조절을 위해서

설치한다

※ 펌프성능시험배관의 시공시 주의사항

1. 성능시험 배관의 분기 : 펌프의 토출측 개폐밸브 이전에서 분기

2. 성능시험 배관의 구경 :

펌프정격토출량의 150%에서 정격토출압력의 65%이상을 토출할수 있는

구경 이상일 것

3. 직관부 설치 :

유량계를 중심으로 상류측에는 성능시험배관 구경의 8배 이상, 하류측

은 5배 이상의 직관부를 둔다

4. 유량계는 수평배관과 수직으로 설치한다

5. 배관절단부의 마감처리 :

배관 시공시 절단부위 등을 거칠음이 없도록 리이머 등으로 깨끗이 처리

한 후 시공할 것

마. 순환배관

1) 순환배관의 설치목적

펌프의 체절운전시 수온이 상승하여 펌프 및 모터에 무리가 발생하므로

순환배관상의 릴리프밸브를 통해 과압을 방출하여 수온상승을 방지하기 위

해서 설치한다

※ 체절운전이란

펌프의 토출량이 하나도 없이 펌프가 기동하여 압력이 최대인 점에서

운전할 때 이를 체절운전이라 하며, 이때의 압력을 체절압력(churn

pressure)이라한다.

2) 릴리프밸브               조절볼트

가) 기    능 : 설정압력에서 압력수 방출

나) 설치목적 : 펌프의 체절운전시 압력수를 방출하여 펌프 및 설비를 보호

하기 위해서 설치한다

※ 상단부의 조절볼트를 이용하여 현장상황에 맞게 셋팅한다

- 조절볼트를 조이면(오른쪽으로 돌림) → 릴리프밸브 작동압력이 높아진다

- 조절볼트를 풀면(왼쪽으로 돌림) → 릴리프밸브 작동압력이 낮아진다

바. 기동용수압개폐장치

1) 기    능 :

가) 배관내 설정압력유지

압력챔버 및 압력스위치를 사용하여, 압력챔버내 수압의 변화를 감지하

여 설정된 펌프의 기동,정지점이 될 때 펌프를 자동으로 기동,정지시켜

준다

나) 압력변화의 완충작용

배관에 직접 압력스위치를 달아도, 펌프는 자동기동이 되나 이 경우 배

관에는 순간적으로 압력변화가 발생하여 기동 및 정지를 단속적으로 하

게된다

따라서, 압력챔버를 사용하면 챔버상부의 공기가 완충작용을 하여 공기

의 압축 및 팽창으로 인하여 급격한 압력변화를 방지하게 된다

다) 압력변동에 따른 설비의 보호

펌프의 기동시 압력챔버 상부의 공기가 완충역할을 하게되어 주변기기          의 충격과 손상을 예방하게 된다

2) 설치목적

상시 배관내 압력을 압력스위치에서 검지하여 셋팅된 압력을 유지하기 위

하여, 펌프의 자동기동 및 정지를 시키기 위해서 설치한다

3) 개폐밸브

가) 기    능 : 배관의 개·폐기능

나) 설치목적 : 기동용수압개폐장치의 가압수

공급 및 기동용수압개폐장치의 공기교체시 2차측 배관의 물을 배수시키

지 않기 위해서 설치한다

4) 배수밸브

가) 기    능 : 배수배관의 개·폐기능

나) 설치목적 : 기동용수압개폐장치의 시험 및 공기

교체시 기동용수압개폐장치의 물을 배수시키기

위해서 설치한다

5) 압력계

가) 기    능 : 기동용수압개폐장치내 압력표시

나) 설치목적 : 기동용수압개폐장치내 압력을

알기 위해서 설치한다

6) 밴트밸브(또는 안전밸브)

가) 기    능 : 일정한 압력이 걸리면, 압력수 방출

나) 설치목적 : 기동용수압개폐장치내 이상 과압이

걸리면 압력수를 방출하여 기동용수압개폐장치         주변기기를 보호하기 위해서 설치한다

7) 압력스위치                        조절볼트

압력스위치         DIFF         동작확인침    RANGE

가) 기    능 : 셋팅된 압력에 의거, 기동용수압개폐장치내 압력변동에 따라,

압력스위치내 접점을 붙여주는 기능(b접점 사용)

나) 설치목적 : 평상시 전 배관의 압력을 검지하고 있다가, 일정압력의 변동

이 있을시 압력스위치가 작동하여 감시제어반으로 신호를

보내어 설정된 제어 순서에 의해 펌프를 자동기동 및 정지를

시키는 역할을 한다.

3. 유지관리

가. 압력스위치 셋팅방법

1) 압력스위치(Pressure switch)

압력스위치에는 Range와 Diff의 눈금의 있으며, 압력스위치 상부의 나사를

이용하여 현장상황에 맞도록 펌프의 기동· 정지압력을 셋팅하게 되어있다

2) 용어의 정의

가) Range : 펌프의 정지압력 표시

나) Diff  : 펌프의 정지압력과 기동압력의 차이(=정지압력-기동압력)

3) 펌프의 압력스위치 셋팅기준

: 일반적으로 설계시 정형화된 펌프의 셋팅방법은 없으나, 일반적으로 다음

과 같이 적용한다.

※ 다음은 주펌프Ⅰ,Ⅱ와 충압펌프 1대가 있을 경우임

가) 각 펌프의 기동압력은 옥상 2차수원의 자연낙차압력보다 높아야 한다

(+0.5□/□)

나) 주펌프Ⅰ의 기동압력 : (스프링클러설비의 경우임)

주펌프Ⅰ의 기동압력은 다음 중 높은 쪽으로 압력 값이 저하하였을 때

기동되도록 한다

⑴ 최고위 살수헤드에서 압력챔버까지의 낙차압력에 1.5□/□(옥내소화전

의 경우는 2.0□/□)를 가산한 압력

⑵ 고가수조 위치에서 압력챔버 까지의 낙차압력에 0.5□/□를 가산한

압력

다) 주펌프Ⅰ의 정지압력 : 주펌프Ⅰ의 전 양정 환산 수두압력

라) 주펌프Ⅱ의 기동압력 : 주펌프Ⅰ의 기동점 + 0.7□/□

마) 주펌프Ⅱ의 정지압력 : 주펌프Ⅱ의 전 양정 환산 수두압력

바) 충압펌프의 기동압력 : 주펌프Ⅱ의 기동점+ 0.5□/□

(주펌프가 1대만 있을경우는 : 주펌프Ⅰ의 기동점+ 0.5□/□)

사) 충압펌프의 정지압력 : 충압펌프의 전 양정 환산 수두압력

또는 주펌프의 정지압력과 같거나 0.5□/□정도 낮게 설정한다

				펌프의 체절압력
				릴리프밸브의 작동압력
				주펌프Ⅰ·Ⅱ 의 정지압력
				충압펌프의 정지압력
	충압펌프 작동압력
				충압펌프의 기동압력
	+0.5□/□
				주펌프Ⅱ의 기동압력
	+0.7□/□
				주펌프Ⅰ의 기동압력
	K = 스프링클러설비 : +1.5□/□ 옥내소화전설비 : +2.0□/□
				자연낙차 압력

[ 주펌프 2대, 충압펌프 1대의 경우 ]

				펌프의 체절압력
				릴리프밸브의 작동압력
				주펌프의 정지압력
				충압펌프의 정지압력
	충압펌프 작동압력
				충압펌프의 기동압력
	+0.5□/□
				주펌프의 기동압력
	K = 스프링클러설비 : +1.5□/□ 옥내소화전설비 : +2.0□/□
				자연낙차 압력

[ 주펌프 1대, 충압펌프 1대의 경우 ]

나. 기동용수압개폐장치의 공기교체 방법

1) 공기교체 이유

기동용수압개폐장치내(압력챔버)의 상부에는 압축공기가 들어있어 수압변동에 따른 충격을 흡수하는 역할을 하는데, 만약 챔버내부에 공기가 없을 경우에는 펌프의 자동운전시 배관내의 압력이 조금만 저하하여도 펌프가 작동 및 정지를 반복하게 되어 MCC판넬의 전자접촉기가 계속하여 On, Off를 반복하고 수격현상이 발생하여 배관에 충격을 주게 되며, 결과적으로 MCC판넬의 전자접촉기 및 배관에 손상을 주게 되므로 주기적으로 압력챔버 내부의 공기를 교체해 주어야 한다

2) 공기교체방법

V3

V1     V2

가) 제어반에서 주, 충압펌프의 기동을 중지시킨다

나) V1밸브를 잠근다

다) V2, V3를 개방하여 압력챔버 내부의 물을 배수한다

이때, V1밸브를 개방, 폐쇄하면 압력챔버 내부를 청소할 수 있다

(만약 V3가 밴트밸브가 아니고, 안전밸브로 되어 있는 경우에는

신선한 공기유입을 위해서 압력계를 풀거나, 압력스위치 연결용

동관 연결볼트를 풀어서 챔버내 물이 완전히 배수되었는지 확인 후에 다

시 견고히 조립한다)

라) V2를 통하여 완전히 배수가 되면 V2, V3를 폐쇄시킨다

마) V1밸브를 개방하여 압력챔버내 물을 서서히 채운다

바) 충압펌프를 제어반에서 자동으로 전환시키면 압력챔버가 가압

되면서 설정된 압력에 도달되면 충압펌프가 정지된다

사) 주펌프를 제어반에서 자동으로 전환시키면 압력챔버가 가압

되면서 설정된 압력에 도달되면 주펌프가 정지된다

다. 펌프성능시험

1) 목 적

펌프의 성능곡선을 수시로 확인하여 펌프의 토출량 및 토출압이 설치 당시의 특성곡선에 부합여부를 진단하고 부합되지 않을 경우 어느 정도의 편차가 있는지를 조사하여 보수 및 유지관리를 위한 자료 획득에 있다

2) 펌프성능시험 방법

양정[m]
		체절운전점
140% 릴리프밸브개방→
								)	정격부하운전점
100%
											최대운전점
65%
	0						100%			150%			유량[□pm]

<펌프의 성능곡선 >

가) 체절운전(무부하 시험, No Flow Condition)

① 펌프 토출측 밸브와 성능시험배관의 유량조절밸브를 잠근상태에서 운전

을 하게 될 경우,

② 이 때의 양정이 정격양정의 140%이하인지 확인

나) 정격부하 운전(정격부하시험, Rated Load)

① 펌프를 기동한 상태에서 유량조절밸브를 개방하여 유량계의 유량이

정격유량상태(100%)일 때,

② 토출압력계와 흡입압력계의 차압이 정격압력 이상이 되는지 확인

다) 최대운전(피크부하 시험, Peak Load)

① 유량조절밸브를 더욱 개방하여 토출량이 150%가 되었을 때,

② 토출측과 흡입측의 차압이 정격양정의 65%이상이 되는지 확인

4. 맺는말

이상에서 수계소화설비의 공통부분인 펌프주변배관의 이해 및 유지관리에 대해서 알아보았다. 아무쪼록 본 자료를 통해 펌프주변배관의 정확한 이해를 통해서 완공전에 정확한 설계, 시공 및 감리가 이루어질 수 있도록 하고, 완공후에 방화관리 업무를 하시는 분들에게 수계소화설비에 대해서 자신감을 가지고 유지관리를 할 수 있도록 유용한 자료가 되길 바란다.

[ 참고문헌 ]

1. 성안당 □소방시설의 설계 및 시공□ - 2001

2. 신광문화사 □소방편람 Ⅱ□ - 1999

3. 한국화재보험협회 □표준설계지침□ - 1988