옥내소화전설비 배관에서 발생하는 수격현상(워터해머)의 방지대책으로 옳은 것은?

수격현상은 관로 내 유속이 급격히 변할 때 발생하며 수격압은 유속 변화량에 비례한다. 관경을 확대해 유속을 낮추고, 완폐형 체크밸브·수격방지기·서지탱크를 설치하며 펌프에 플라이휠을 붙여 급격한 속도변화를 억제하는 것이 방지대책이다.
[근거 조문] 이론집 소방시설 part1

수격현상(water hammer)은 옥내소화전설비와 같이 배관 내 유체의 흐름이 급격히 차단되거나 속도가 변할 때 압력파가 발생하여 배관과 부속품에 충격을 주는 현상입니다. 소화전설비에서 펌프가 정지하거나 밸브가 급격히 닫힐 때 주로 발생하며, 배관 파손이나 이음부 누수의 원인이 됩니다.

수격현상의 압력 상승 크기는 유체의 밀도, 음속, 그리고 유속 변화량(ΔV)에 비례합니다. 즉, 같은 조건이라면 배관 내 유속이 빠를수록 수격압이 커집니다. 따라서 수격현상을 줄이기 위한 가장 기본적인 대책은 배관 내 유속을 낮추는 것입니다. 유속은 유량(Q)을 관의 단면적(A)으로 나눈 값(Q/A)이므로, 동일한 유량을 공급해야 하는 소화전설비에서 관경을 확대하면 단면적이 커져 유속이 감소하고, 결과적으로 수격압이 낮아집니다.

혼동 주의! 보기 1번처럼 관경을 축소하면 유속이 증가하여 수격현상이 더 심해지므로 잘못된 대책입니다.

보기 3번의 체크밸브를 급폐형으로 교체하는 것은 밸브가 닫히는 시간을 짧게 만들어 유속 변화를 더 급격하게 일으키므로 수격압을 오히려 증가시킵니다. 수격현상 방지를 위해서는 체크밸브를 완폐형(슬로우 클로징)으로 하거나, 밸브 닫힘 시간을 길게 조정해야 합니다.

보기 4번의 플라이휠(flywheel)은 펌프 회전축에 부착된 관성체로, 펌프가 갑자기 정지할 때 회전 속도가 급격히 떨어지는 것을 늦춰 유속 변화를 완만하게 만들어 줍니다. 플라이휠을 제거하면 펌프 정지 시 유속이 급격히 감소하여 수격압이 더 커질 수 있습니다. 따라서 플라이휠은 수격현상 완화에 도움이 되는 장치이므로 제거하는 것은 적절하지 않습니다.

옥내소화전설비는 화재 시에만 사용하는 설비이지만, 평상시에도 배관 내에 물이 차 있고 펌프의 기동·정지나 밸브 조작이 반복되므로 수격현상에 노출될 수 있습니다. 배관의 수격압은 펌프 기동 시에도 발생할 수 있는데, 이는 유체가 정지 상태에서 갑자기 가속되면서 압력파가 생기기 때문입니다. 따라서 소화전설비의 배관 설계 시 유속 기준을 준수하고, 필요 시 에어챔버(air chamber)나 서지탱크(surge tank)와 같은 완충 장치를 설치하는 것이 실무적인 대책이 됩니다.

핵심! 수격현상의 크기는 유속 변화에 비례하므로, 관경 확대를 통한 유속 저감이 가장 직접적이고 효과적인 방지대책입니다.