수격현상(워터해머 현상)과 수격방지기에 대해서 알아보자

지난 글에서는 소방펌프 흡입측 배관 부속품에 대해서 알아보았다.

오늘은 소방펌프 토출측 배관 부속품 중 수격방지기에 대해서 알아보는 시간을 가져보자.

 

<지난 글 참고, 소방펌프 흡입측 배관 부속품>

 

소방펌프 흡입측 배관 부속품에 대해서 알아보자 (후드밸브, 개폐밸브, 스트레이너, 플렉시블 조

 

우선, 수격방지기를 알아보기 전에 수격 현상이 무엇인지 먼저 이야기를 해야 할 것 같다.

 

수격 현상 (Water Hammer, 워터 해머)

수격 현상이란 (영어로는 워터 해머 현상이라고 한다), 유체가 배관 내를 흐르다가 펌프의 갑작스런 정지나 밸브의 급속한 차단 등으로 갑자기 정지하게 되면, 되돌아 나오려는 힘과 계속적으로 흐르는 힘이 맞부딪힐 때 충격파가 발생(물의 운동에너지가 충격에너지로 전환)하는데, 이 때 굉음과 커다란 진동을 수반하는 현상을 말한다.

 

*격은 한자로 부딪칠 격이다 (참고)

출처 : 충남대학교

 

 

관로에 있는 밸브를 갑자기 닫을 경우 유동이 감속되는 분량의 운동에너지가 압력에너지로 변환하게 된다. 따라서 밸브의 직전인 A지점에서 고압이 발생하고, 이 압력파에 의해 상류탱크 쪽의 B지점까지 도달하게 되며, B에 도달하면 다시 A로 되돌아 온다. 결국, 이 압력파는 A, B 사이를 왕복하게 되며, 이것을 계속 반복한다고 보면 된다.

 

 

출처 : 충남대학교

 

수격현상(워터해머 현상)의 원인

1. 펌프의 기동 : 펌프 기동시 파이프 내 Void Space(커다란 부피의 공기 또는 가스)가 존재하면 급격한 압착력에 의해 높은 압력상승을 유발한다.

 

2. 펌프의 급정지 : 갑작스런 정전 등으로 인하여 펌프가 급정지하게 되면, 펌프 토출측에서는 급격한 압력 저하가 발생되고, 저하된 압력파는 매우 빠른 속도(음속)로 반대방향으로 전파된다. 이 때, 압력 저하는 수주분리현상을 발생시킬 수 있고, 저하된 압력이 그 유체의 증기압보다 낮으면 증기가 방출되어 Cavitation이 발생한다. 이로 인한 Vapour Cavity가 형성된 공동부의 압착으로 인하여 발생되는 충격력은 매우 높은 경우가 많다.

 

3. 밸브의 급개폐 : 워터 해머 현상의 발생원인 중 가장 잘 알려져 있고, 일반적인 것이 밸브의 개폐이다. 펌프 토출측에 설치되는 체크 밸브가 완전히 닫히기 전에 역류가 발생되면 밸브에 충격이 발생하여 밸브를 급격히 닫을 때와 마찬가지로 워터 해머 현상이 발생할 수 있다.

 

출처 : 충남대학교

 

 

수격현상 발생현상

1. 배관, 밸브 등의 파손

2. 주기적인 압력 변동으로 자동제어계 등 압력컨트롤 하는 기기들의 난조 발생

3. 배관의 진동 충격음 및 소음 발생

 

수격현상 대책

설계 단계에서 배관 시스템에 조압수조(써지 탱크), 공기 챔버 또는 완충기, 스모렌스키 체크밸브, 수격방지기 설치 등 여러가지 방법이 있다. 이러한 장치는 수격현상으로 인해 발생하는 과도한 압력을 흡수하거나 분산시켜 잠재적인 손상을 줄이는 것이다. 또한 밸브 폐쇄 또는 펌프 정지 속도를 제어하고 적절한 파이프라인 설계 등의 방법도 있다.

 

 

수격방지기 (가스 타입)

 

 

수격방지기 (스프링 플렌지 타입)

 

수격방지기

 

수격방지기는 수격현상(워터해머 현상)을 흡수 또는 방지할 목적으로 배관 등의 파손을 방지하고 수반된 소음과 진동을 억제하는 용도로 만들어진 기계장치이며, 수격방지기 종류로는 스프링식, 가스(에어)식, 다이아후램식, 피스톤식으로 4가지 종류가 있다.

 

수격방지기 설치 위치

 

 

수격방지기 설치 위치

화재안전기준에는 수격방지기를 설치해야 한다던지, 수격방지기 설치 위치에 대한 기준은 없다.

그러나, 관행적으로 수격방지기 설치 위치는 다음과 같다.

 

1. 펌프실의 펌프 수직배관 말단

2. 주배관의 수직배관 말단

3. 유수검지장치의 수직배관 말단

4. 수평주행배관의 말단

5. 교차배관의 말단

6. 수평배관과 교차배관이 분기되는 곳

7. 그 밖의 펌프 토출측 주배관의 수평, 수직배관의 말단

 

교차배관 말단에 설치된 수격방지기 (출처 : 소방문화사)

 

 

 

최근 뉴스기사에서도 수격방지기 설치기준 마련이 필요하다는 것을 볼 수 있었다.

 

출처 : 기계설비신문

출처 : 기계설비신문

 

 

결론

수격현상(워터해머 현상)과 수격방지기에 대해서 알아보았다.

자세하게는 몰라도 소방 담당자라면.. 대략적인 개념은 알고 있어야 할 것 같다는 느낌이 든다.

 

소방안전관리자, 소방 담당자 화이팅!!!!!