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가스계 소화설비 소화약제의 종류와 현황, 그리고 이산화탄소 소화설비가 사용되는 이유와 소화약제의 위험성
최근 가스계 소화설비중 이산화탄소 소화설비와 관련한 문제점이 대두되면서 소방시설에 대한 제도적인 문제들의 개선이 필요하다는 전문가들의 의견들이 많다.
이와 관련하여 소방기술사로 현업에서 활발하게 활동중인 이용하 소방기술사의 기고들을 통해, 화재안전의 위해 중요한 소방시설 중에서 이산화탄소 소화설비가 가진 위험성에 대해 살펴보고 현 소방시설 설치시의 문제점과 개선대책에 대해 살펴보고자 한다.
화재안전을 위해 중요한 소방시설,
과연 이산화탄소 소화설비의 문제는 무엇인가?
(1부)
소화설비는 화재로부터 인명 및 재산 보호를 위하여 설치하는 안전시설이나, 이산화탄소 소화설비는 오히려 인명피해를 발생하고 있어서 사회적으로도 논란이 계속되고 있으며, 이제는 이산화탄소 소화설비에 대한 강력한 규제가 필요한 때이다.
ⓒ지하철 정거장 이산화탄소 소화설비 시공사진과 방호구역 출입구 인근에 설치하는 경고표시/사진-이용하 기술사
이산화탄소 소화설비를 인한 인명피해가 지속적으로 발생하고 있다. 21년 10월 23일 금천구에 위치한 가산데이터허브센터에서 이산화탄소 소화설비의 방출로 인하여 작업자 3명이 사망하고 18명이 부상하는 인명피해가 발생하였으며, 18년 9월 4일에는 삼성전자에서도 이산화탄소 소화설비로 인하여 작업자 2명이 사망하는 인명피해가 있었다.
이번 10월말에 발생한 가산데이터허브센터에서의 이산화탄소 소화설비 방출사고의 원인으로 지목된 수동조작스위치의 조작에 의한 방출사고는 과거에도 발생한 적이 있다. 2001년 5월 서울 종로구 금호미술관 이산화탄소 소화설비 방출사고에서도 관람하던 어린이가 수동조작스위치를 조작하면서 이산화탄소가 다량 방출되었는데 이번 사고 역시 그때 발생한 원인과 동일한 형태의 사고이다.
가스계소화설비 소화약제의 종류와 현황
「화재예방, 소방시설 설치ㆍ유지 및 안전관리에 관한 법률」 제9조에 따라서 각각의 소방시설은 소방청장이 정하여 고시하는 ‘화재안전기준’에 따라 설치 또는 유지ㆍ관리하여야 한다. ‘화재안전기준’에서는 가스계 소화설비에 대하여 ‘이산화탄소 소화설비의 화재안전기준’, ‘할론소화설비의 화재안전기준’, ‘할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비의 화재안전기준’을 두고 있다.
앞서 말한 화재안전기준에서 이산화탄소 소화설비의 경우에는 방재실ㆍ제어실 등 사람이 상시근무하는 장소와 전시장 등의 관람을 위하여 다수인이 출입ㆍ통행하는 통로 및 전시실 등에는 설치할 수 없도록 규정되어 있으며, 할론 소화설비와 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비는 설치장소의 제한을 두고 있지 않아서 전산실 등 사람이 상주하는 장소에 설치하고 있다.
가스계 소화설비에 대한 환경 관련 규제사항은 오존층 파괴물질에 대한 몬트리올 의정서 (1987.09)가 있다. HFCs(수소불화탄소)는 몬트리올 의정서의 기존 규제물질인 CFCs(염화불화탄소), HCFCs(수소염화불화탄소) 등 오존층파괴물질(ODS)의 대체물질로서 개발 및 사용되고 있는 물질이다. 16년10월 제28차 의정서 당사국총회에서는 HFCs 의 사용량이 급증함에 따라 이를 감축하기 위해 몬트리올의정서의 개정서(키갈리개정서)를 채택하였다.
할론 소화설비는 화재 시 소화약제가 분출됨과 동시에 화학적 분해로 인한 독성문제와 함께 대표적인 오존층 파괴물질로서, 몬트리올 의정서의 규정에 따라 2010년부터 생산 및 수입이 중단되어서 신규로 설치되는 현장은 없는 상태이다.
또한 2010년 생산 중단으로 인한 혼란을 방지하기 위하여 할론의 회수와 재활용을 위한 할론뱅크 시스템을 시행하고 있다.
ⓒ할론뱅크 시스템 (출처 : http://www.nktech.co.kr/02/02_03_new05.php)
할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비는 현재 가장 많이 설치하는 소화약제이나 이산화탄소 소화약제보다 고가의 소화약제이며, 불활성기체 소화약제보다 저렴한 할로겐화합물 소화약제의 경우에는 키갈리개정서에 따라 우리나라는 24년부터 생산을 동결하여서 2045년까지는 80%를 감축하여야 하는 실정이다.
ⓒ우리나라(개도국 그룹1, Article 5 Group1)는 ’24년부터 규제를 시작하여 ‘45년까지 ’24년동결수량(국내기준수량)의 80% 감축 (출처 : http://ozone.or.kr/s1/s1_1.php)
왜? 이산화탄소 소화설비를 사용할까? 이산화탄소 소화약제의 위험성은?
위에서 언급한 가스계 소화약제의 환경 영향성으로 인하여 할론 소화약제가 사용제한이 되었으며, 앞으로도 지속적으로 다양한 할로겐화합물 소화약제가 감축 예정이다. 결국 향후 실제로 사용 가능한 것은 최저가의 제품인 이산화탄소 소화약제와 최고가의 제품인 불활성기체 소화약제만 남게 될 것이다. 이산화탄소 소화약제는 가장 저렴한 소화약제로서 현행 관련기준에서는 사람이 상주하는 장소 등에만 설치하지 않으면 되므로 발전기실 및 전기실 등에 사용되고 있다.
이산화탄소 소화약제는 공기 중 산소농도를 급격하게 낮추어서 질식소화를 한다. 소화에 필요한 이산화탄소 소화약제의 설계농도는 34% 이상으로 적용하며 이때의 산소농도는 14% 정도가 된다. 또한 각 방호구역의 특성을 감안하여 안전율을 적용하여서 최대 이산화탄소 소화약제의 설계농도를 75%까지 적용하기도 하는데 이때의 산소농도는 5% 정도가 된다.
이산화탄소에 대한 인체 영향성은 이산화탄소를 고농도로 사림이 흡입하는 경우 순환계에 이상을 일으켜 혼수상태 또는 사망에 이르게 되며, 다량의 이산화탄소에 의한 산소결핍으로 질식이 발생한다. 아래의 이산화탄소의 인체 영향성 표에서 보듯이 이산화탄소 소화설비의 최소 설계농도 34%는 매우 고농도로 적용되기에 이산화탄소 소화설비가 동작하여 소화약제가 방출하는 경우에는 인명피해가 불가피한 실정이다.
ⓒ이산화탄소의 인체 영향성/이미지-세이프티퍼스트닷뉴스 편집
이산화탄소 이외의 다른 가스계 소화약제의 위험성은 없을까?
할로겐화합물 소화약제의 종류로는 조성 성분에 따라 hydrobromofluocarbons (HBFC), hydrofluorocarbons (HFCs), hydrochlorofluorocarbons (HCFCs), perfluorocarbons (PFCs 또는 FCs), 및 fluoroiodocarbons (FICs) 등의 5개 그룹으로 분류되며 주요 소화효과는 질식소화가 아닌 연소의 연쇄반응을 차단하는 화학적 억제소화이다.
할로겐화합물 소화약제는 일정 농도 이상으로 사람이 노출되는 경우에는 심장발작을 일으킬 수 있는데 이러한 독성에 대한 인체 영향성을 NOAEL과 LOAEL로 규정하고 있다.
- NOAEL (No Observed Adverse Effect Level) : 해로운 생리학적 또는 독성학적 영향이 관측되지 않는 최고 농도
- LOAEL(Lowest Observed Adverse Effect Level) : 해로운 생리학적 또는 독성학적 영향이 관측되는 최저 농도
이에 따라 인체 영향성이 없는 부분인 NOAEL과 LOAEL 의 사이에서 할로겐화합물 소화약제를 적용하도록 하고 있다. 하지만 할로겐화합물 소화약제가 화재 시에 방출하여서 고열과 만나는 경우에는 다양한 분해생성물로 인하여 인체에 악영향을 주므로 할로겐화합물 소화약제로 인한 인체 노출을 최소로 하여야 할 것이다.
불활성기체 소화약제는 상온에서 압축을 하여도 액화가 되지 않는 가스를 말하며 질소, 헬륨, 네온, 아르곤을 주성분으로 하는 소화약제를 말하며 압축이 되는 가스로는 이산화탄소가 소량 포함되기도 한다. 주요 소화 효과로는 희석소화라고 알려져 있으나 이산화탄소 소화설비처럼 산소농도를 감소시켜 소화하는 원리이다. 불활성기체 소화약제의 인체에 대한 영향성을 NEL과 LEL로 규정하고 있다.
- NEL (No Effect Level) : 해로운 생리학적 영향이 관측되지 않는 최고 농도
- LEL (Low Effect Level) : 해로운 생리학적 영향이 관측되는 최저 농도
불활성기체 소화약제의 종류에 따라서 이산화탄소가 전혀 없거나 또는 미소량만 포함하도록 하고 있어서 불활성기체 소화약제 방출 시에 이산화탄소에 의한 악영향은 거의 없으므로 상주지역에 적용할 수 있도록 되어 있으나, 불활성기체 소화약제의 설계농도는 43% ~ 52%이며 이때의 산소농도는 10% ~ 12%에 해당되어 저산소로 인한 인명피해가 발생할 수도 있다.
ⓒ산소 결핍에 의한 인체 영향성/이미지-세이프티퍼스트닷뉴스 편집
- 2부에서는 '가스계 소화설비의 안전장치와 안전관리에 대한 문제점'에 대한 내용이 이어집니다.
가스계소화설비의 안전장치와 안전관리의 문제
이산화탄소 소화설비의 문제에 대해 소개한 1부에 이어서 이용하 소방기술사가 기고한 가스계소화설비의 안전장치와 안전관리에 대한 현 문제점을 살펴보고 현 소방시설 설치시의 필요한 개선대책에 대해 알아보고자 한다.
가스계 소화설비의 안전장치는 있는가?
ⓒ가스계 소화설비 전역방출방식의 작동체계 (출처 : 이산화탄소 소화설비의 화재안전기준 해설서) / 수동잠금밸브는 이산화탄소 소화설비에만 적용되는 밸브이다.
가스계 소화설비의 작동은 자동 또는 수동에 의해 작동하도록 되어 있다. 이는 어느 하나의 동작방법이 실패하는 경우 다른 방법으로 동작하도록 하여서 안전을 확보하는 Fail-Safe 기능을 도입하고 있으며, 이러한 방식은 모든 안전설비에 적용되는 방식이다.
위의 가스계 소화설비 전역방출방식의 작동체계는 모든 가스계 소화설비에서의 동작방식이나, 수동잠금밸브는 이산화탄소 소화설비에만 적용하는 밸브인 것이 차이점이다. 자동 또는 수동에 의하여 가스계 소화설비가 동작 시에는 즉시 소화약제가 방출되지 않으며 30초간의 지연시간을 두어서 가스계 소화설비 방호구역의 재실자가 대피할 수 있도록 사이렌을 통한 경보를 발령하도록 하고, 30초의 시간이 경과 후에 소화약제가 방출되도록 되어 있다.
또한 30초의 지연시간 내에 미처 재실자가 대피하지 못하는 경우에는 각 방호구역 출입구 인근에 설치된 수동조작함의 내부에는 방출지연스위치가 있어서 30초의 시간이 흘러가는 것을 holding 하여 소화약제 방출지연을 더 연장할 수 있다.
이때 유의할 것은 방출지연스위치는 자동복귀스위치로서 누르고 있을 때에만 시간 holding이 되는 방식이며, 1회만 눌렀다가 손을 띄는 경우에는 다시 소화약제가 방출하기 위한 시스템으로 복귀하는 방식이다.
위의 사항은 모든 가스계 소화설비에 적용되는 안전시설이고, 이산화탄소 소화설비에는 추가로 다음과 같은 안전시설이 있다.
- 소화약제 방출 시 사이렌 이외에 추가로 시각경보장치를 설치하여 경보
- 방호구역 출입구 부근에 위험경고표지 부착
- 지하층, 무창층 및 밀폐된 거실에 설치한 경우 배출설비 설치
- 소화약제의 저장용기와 선택밸브 사이의 집합배관에 수동잠금밸브 설치
- 제어반에 수동잠금밸브의 개폐여부를 확인할 수 있는 표시등 설치
배출설비는 과거에도 설치하도록 되어 있었으나 이산화탄소 소화설비로 인한 인명피해가 지속적으로 발생함에 따라 나머지 안전시설은 2015년 화재안전기준 개정으로 새롭게 추가하여 적용되고 있는 사항이다. 여기에서 수동잠금밸브의 설치위치에 대해서는 해외기준과 상이하여 기술적으로도 논란이 발생하고 있다.
수동잠금밸브(Lock Out Valves)는 이산화탄소 저장용기와 방출헤드 사이에 설치하는 수동식 밸브로써 방호구역으로 이산화탄소가 방출되는 것을 방지하기 위해 설치하며, 이산화탄소 소화설비가 설치된 장소에서 유지보수 작업 등을 위하여 출입하는 경우에 사용한다.
그러나 국내의 화재안전기준에서는 수동잠금밸브를 집합배관과 선택밸브 사이에 설치하도록 되어 있다. 이 때문에 1개의 수동잠금밸브로 인하여 여러 방호구역이 모두 차단하는 형태로 구성되어 차단이 불필요한 방호구역까지 차단이 되어 화재대응에 지연이 발생할 수 있다.
해외의 경우에는 국내의 집합배관방식처럼 다중방호의 형태가 아닌 단독방호의 개념으로서 방호구역에서 쉽게 접금이 가능한 장소에 설치하지만, 집합배관방식을 사용하는 경우에는 아래의 설계도면처럼 각 방호구역별로 수동잠금밸브를 설치하여 작업자의 출입으로 인한 소화설비의 폐쇄를 최소한으로 하도록 하고 있다.
ⓒ이산화탄소 소화설비 수동잠금밸브의 위치 (국내는 적색원 1개의 장소에 설치하나, 해외는 각 방호구역별로 설치
현 소방시설의 안전관리 문제점은?
이번에 이산화탄소 소화설비 방출사고가 발생한 현장은 21년 6월 25일 건축물의 사용승인이 완료되어서 모든 공사가 완료된 건물이었으나, 지하층에서의 추가 작업 중에 사고가 발생하였다.
일반적인 건축물의 경우 공사완료가 되면 별도 추가 작업이 필요치 않고 일부 보수공사 정도이지만, 해당 건축물은 사고 당시에 50여명 정도의 작업자가 투입된 것으로 보아 2단계 사업이 진행되었던 것으로 추정된다.
이러한 2단계 사업진행의 경우에는 사업의 범위에 따라 건축공사 및 소방공사의 인ㆍ허가의 대상이 될 수도 있으며, 이러한 절차가 적법하게 되었는지 조사가 필요할 것으로 판단된다. 설사 적법하게 인ㆍ허가가 진행되었다고 하더라도 1단계 사업 때와 같은 안전관리인력이 투입되어 안전관리를 진행하기에는 무리가 따르지 않았을까 생각한다.
안전보건공단에서는 이산화탄소 소화설비 방출로 인한 사고가 되풀이됨에 따라, 2015년 3월 ‘소화설비 작동에 의한 이산화탄소 질식재해예방 매뉴얼’을 제작하여 배포하였다. 해당 매뉴얼에는 작업 전 체크리스트 10개를 포함하고 있다.
가스계소화설비에 대한 기본적인 지식이 없었더라도 해당 체크리스트의 수동잠금밸브에 대한 사항을 확인하고 폐쇄 조작하였다면 이번 사고와 같은 일은 없었을 것이다.
ⓒ이산화탄소 질식재해예방 매뉴얼에 삽입된 '작업전 점검체크리스트' 항목
소화설비로 인한 안전사고의 예방 대책은?
소방시설공사에 대한 감리를 하는 입장에서 소화설비로 인한 인명피해가 발생한 것에 대하여 매우 안타까운 일이라 생각한다. 소방시설에 대한 보다 철저한 설계도서 검토와 시공 확인이 필요하지만, 현행 화재안전기준에서 규정하고 있는 안전시설에 대한 보완과 수정을 통한 제도개선 또한 필요한 부분이다.
이산화탄소 소화설비로 인한 더 이상의 피해가 발생하지 않도록 안전시설을 보완하는 것 이외에도 앞으로 신규현장에서 이산화탄소 소화설비를 사용하지 못하도록 하는 강한 규제가 필요하며, 기존에 설치된 이산화탄소 소화설비는 할론 소화설비의 경우를 참고하여 대체 소화설비로 교체하는 것을 추진하여야 할 것이다.
더불어 상주지역에 설치하는 소화설비인 할로겐화합물 소화약제 및 불활성기체 소화약제를 사용하는 장소에서도 현행 이산화탄소 소화설비와 같은 안전시설을 추가하도록 해서 인명 및 재산을 보호하는 소방시설로 인해 더이상의 인명피해가 발생하지 않도록 하여야 할 것이다. 이산화탄소 소화설비로 인해 인명피해가 발생하고 있는 사항을 언제까지 방치할 것인가?
가스계 소화설비는 오존층 파괴와 지구 온난화로 인한 미래의 환경 영향성을 감안하여 국제적으로 여러 사용규제를 두고 사용의 제한을 하고 있다. 이로 인해 정부와 기업 등 어디서나 ESG 경영이 화두이다.
기업의 성장중심 경영에서 지속가능 경영으로 페러다임의 전환을 통하여 인간중심ㆍ환경ㆍ사회를 생각하는 새로운 가치시대로 전환하는 시대이다. 이제는 행동으로 실천하였으면 한다.
ⓒ기고자-이용하 소방기술사
※ 이 글을 기고한 이용하 소방기술사는 현재 (사)국가화재평가원 기술위원, 서울특별시 성능위주설계 확인ㆍ평가단 단원, 인천광역시 설계경제성 검토위원, 더불어민주당 재난재해대책특별위원회 정책자문위원으로 활발히 활동중이다.
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CO2 수동잠금밸브 (LOCK-OUT VALVE) 문제점
국내 수동잠금밸브는 설치 목적과 화재안전기준에 정한 내용을 보면 유지관리 및 실제 사용시에 커다란 문제가 있다고 본다.
다음은 국제적인 기준을 근거로 검토한 내용이다.
2015년 3월 27일 삼성전자 수원사업장에서 이산화탄소 소화약제가 방출이 되어 1명이 사망하여 당시 소방청은 이에 대한 인명을 보호하기 위한 보완 대책중의 하나로 해당 방호구역마다 수동잠금장치를 설치하도록 “이산화탄소소화설비의 화재안전기준”이 2015. 1. 23일 개정이 되어 2015년 3월 23부터 시행하게 이르렀다.
개정된 기준은 NFPA기준에 있는 인명보호장치중의 하나인 Lock-out 밸브를 국내에 “수동잠금장치”로 도입한 것이다.
그러나 NFPA의 Lock-out 밸브의 취지를 벗어나게 도입된 부분이 있으며 수동잠금밸브의 압력등급 또한 제대로 명시되어 있지 않아 그동안 지적되어온 CO2 밸브의 압력등급으로 제조될 경우 또다시 인명안전에 문제가 있을 것으로 우려된다.
NFPA에서의 “수동잠금장치(밸브)”를 사용하는 목적은 다음과 같다.
주배관과 노즐사이의 방출배관 도중에 수동잠금밸브를 설치하며 방호구역내에 입실하기 전에 수동으로 잠근 후에 혹시 모를 이산화탄소 소화약제가 방사되어 해당 구역의 배관에 약제 들어가는 것을 방지하기 위한 것이다.
또한 밸브를 수동으로 잠금위치에서 놓게 되면 수신기에서 경보가 되어 해당 방호구역의 수동잠금밸브가 잠김과 열린 상태를 감시할 수 있도록 한 것이고 수동잠금밸브가 닫힌 상태가 되면 배관내 압력이 상승우려가 있으므로 인명안전을 위해 안전밸브를 설치토록 하고 있다.
■ 국내 기준 문제점 (NFPA의 근본적 취지와 어긋난 부분)
수동잠금밸브를 선택변 이전에 설치하여 방호구역을 출입하는 사람이 약제저장실에 와서 잠그도록 기준이 만들어져서 어느 누구나 쉽게 인명안전을 위한 행위를 하지 못하도록 되어 있어 답답할 뿐이다.
수신기가 약제저장실에 있어 이에 대한 감시가 불가능하다. 이에 대한 보완이 하지 않고는 또다시 수동잠금밸브는 법적장치 일 뿐 국민 부담만 주는 무용지물이라고 생각된다.
