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어떤 관창을 사용할 것인가- Ⅰ

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경기 안산소방서(119+ 화재진압 발전 연구회) 최기덕 | 기사입력 2023/05/19 [09:40]

어떤 관창을 사용할 것인가- Ⅰ

경기 안산소방서(119+ 화재진압 발전 연구회) 최기덕 | 입력 : 2023/05/19 [09:40]

지난 1월 말 인사이동 후 안전센터(펌프구조대)로 배치됐다. 교대 점검 시 펌프차를 점검하면서 펌프차와 물탱크차에 적재된 많은 종류의 관창 중 화재 현장에서 가장 자주 사용하는 40㎜ 피스톨형 관창에 대한 궁금증이 생겼다. 우리가 사용하는 관창에 대해 우린 얼마나 잘 알고 있을까?

 

이번 호에서는 관창에 대한 기본적인 지식과 함께 우리가 사용하는 40㎜ 관창(소방호스)의 주수량, 주수 압력에 관해 얘기해 보고자 한다. 

 

손잡이형 소방용 관창(hand-held fire-fighting nozzles)

관창은 우리가 탑승하는 펌프차와 물탱크차에 적재된 장비 중 화재를 진압하는 데 가장 중요한 필수장비다. 관창은 관창수가 적절한(필요한) 형태의 물방울(물줄기)을 적절한(원하는) 위치에 올바른 방법으로 주수해 화재를 진압할 수 있도록 설계됐다. 그렇다면 관창이 가져야 할 기능엔 어떤 것들이 있을까?

 

▲ 왼쪽부터 직사형 관창(출처 www.yooksong.com/kor/product/product01_view06), 고정유량 콤비네이션 관창(출처 shillafire.com/product/sl-13an/), 유량 선택 콤비네이션 관창, 자동 유량 조절형 관창(출처 tft.com/product/gpb3f2m)

[그림 1] 유량이 변화할 수 있는지를 기준으로 한 관창의 종류

 

개폐 밸브를 조작해 주수의 개시ㆍ중지 기능과 물방울을 멀리 보내는 기능, 주수되는 물방울의 형태를 바꾸는 기능, 관로의 크기를 조정해 유량을 조절하는 기능이 있다. 우리가 알고 있는 구획실 화재진압을 위한 일반적인 관창의 종류는 여러 기준에 따라 나뉠 수 있다. 

 

우선 주수되는 유량이 변화할 수 있는지를 기준으로 구분해 보자.

 

첫째, 직사형(smoothㆍsolid bore) 관창이 있다. 이 관창은 적은 압력으로 많은 양의 물방울을 멀리 보내기 위해 만들어졌다. 과거 옥내소화전함 속 누런색(?) 뾰족한 모양의 관창이 그 예다. 

 

둘째, 가장 기본적인 형태인 고정유량(fixed orificeㆍsingle lpm)과 직사ㆍ분무 전환이 가능한 콤비네이션 관창이 있다. 고정유량 관창은 물이 통과하는 구멍(orifice)의 크기가 고정돼 있어 펌프차의 방수압이 변하면 관창의 주수압도 변하면서 주수되는 유량이 변한다. 

 

셋째, 필요에 따라 관창수가 주수 중 개폐밸브를 닫지 않고 관창의 유량을 선택할 수 있는 유량 선택(조절형)(selectableㆍadjustable) 콤비네이션 관창이 있다. 

 

넷째, 관창의 유량이 변할 때도 자동으로 관창의 주수 압력을 조절해주는 자동 유량 조절형(automatic) 관창이 있다. 관창으로 전달되는 압력에 따라 관창의 구경이 자동 조절돼 일정한 압력으로 주수되는 물줄기를 만들어 준다.

 

▲ 왼쪽부터 볼 밸브 방식(닫힘), 슬라이드 밸브 방식(출처 www.youtube.com/watch?v=VjHzuA-8wSA), 로터리 밸브 방식

[그림 2] 개폐 밸브 형태에 따른 관창의 종류

 

다음으로는 개폐 밸브 형태에 따라 구분해 보자.

첫째, 볼 밸브 형태(ball valve type)가 가장 일반적으로 사용되는 관창의 밸브 형태다. 관창 밸브 대부분이 볼 밸브 타입이다. 공(ball) 모양의 밸브가 개폐 손잡이와 연결돼 방향을 바꾸면서 유로를 개방하거나 닫아주는 방식이다. 

 

둘째, 슬라이드 밸브 형태(slide valve type)로 원통 모양의 밸브가 개폐 손잡이와 연결돼 앞뒤로 이동하면서 유로를 개방하고 닫아주는 방식이다. 슬라이드 밸브는 볼 밸브보다 밸브 주변에 난류 혹은 와류를 덜 발생시키기 때문에 직사 주수와 분무 주수 시 주수되는 물방울의 품질1)을 더 높일 수 있다. 

 

셋째, 로터리 밸브 형태(rotary valve type)다. 별도의 개폐 손잡이가 없어 관창의 외부 몸통과 내부 몸통을 로타리 방식으로 돌려 원통 모양의 밸브를 앞뒤로 이용하면서 유로를 개방하고 닫아주는 방식이다.

 

마지막으로 관창 이빨의 모양(tooth design 혹은 spinning teeth)과 물방울을 쪼개는 방식에 따라 구분해 보자.

 

▲ 왼쪽부터 고정 금속 이빨, 고정 고무 이빨, 회전 금속 이빨(출처 tft.com/TaskForceTips/media/Resource-Library/lig-115_14.pdf)

[그림 3] 이빨의 형태에 따른 관창의 종류

 

첫째, 날카로운 금속 이빨이 회전하며 물방울을 쪼개는 관창이다. 이 관창은 전 세계에서 가장 일반적으로 사용되는 방식인데 넓은 공간으로 분무 주수가 가능하다.

 

하지만 이물질로 인해 회전이 불량해지거나 회전 이빨이 변형되면 물방울의 품질이 저하되기 때문에 자주 관창을 확인해야 한다. 

 

회전하는 이빨을 이용해 분무 주수하는 관창은 원뿔(cone) 모양의 분무 주수 패턴에서 가운데에 공기 공간(hollow zone 혹은 hollow cone)이 만들어져 이 공기 공간으로 화염과 열 연기가 모여 관창수에게 위험한 상황이 생길 수 있다. 

 

둘째, 회전하지 않는 고무 이빨이 고정된 관창이다. 이 관창도 회전하는 이빨을 가진 관창만큼 널리 사용된다.

 

이 관창은 회전하는 이빨을 가진 관창에 비해 분무 주수 시 물방울의 주수 각도(cone angle)가 작아지지만 주수 패턴 중앙에 공기 공간이 발생하지 않기 때문에 분무 주수로 열 연기와 화염을 밀어낼 수 있다. 

 

그 외에도 화재진압에 필요한 특수 목적에 따라 폼 관창(foam nozzle), 셀라 관창(cellar/bresnan/goose neck nozzle), 수압배연 관창(hydro-vent nozzle), 직하층 배치 관창(floor below nozzle/goose neck nozzle), 돌진 관창(piercing nozzle) 등 여러 종류의 관창이 있다.

 

소방용 관창에 대한 ‘소방용 관창 표준규격’에서는 직사형 관창(관창의 압력이 설정된 상태에서 직사로 방수되는 관창으로 차단기능이 없다.)과 방사형 관창(직사형 관창을 제외한 모든 종류의 관창을 말하며 방수 형태가 방사형의 유형을 갖는다.), 포소화약제용 관창(포소화약제를 적절하게 발포할 수 있도록 제작), 방수총용 관창(방수총에 연결해 사용할 수 있도록 제작), 특수 관창(직사형ㆍ방사형 관창에 해당하지 않은 특수한 형태로 제작)으로 구분2)한다.

 

어떤 관창을 사용할 것인가

▲ [그림 4] 출처 pin.it/4DbjeUN

우린 위의 여러 종류 관창 중에서 어떤 관창을 갖고 화재 현장으로 출동해야 할까? 출동한 현장에서 필요한 관창일 거다. 그럼 우리 현장에서 필요한 관창은 어떤 관창일까? 우선 구획실(주택) 화재 현장을 고려해 생각해보자.

 

우린 화재 현장에서 가스 냉각(gas cooling)을 해야 하고 화점과 떨어져 연소 실체와 화점 주변에 물방울을 주수하는 펜슬링 기법 등 주수 기법을 적용해야 하니 직사ㆍ분무 전환이 가능한 콤비네이션 관창이 필요할 거다.

 

미국 뉴욕의 소방관들은 개폐 밸브를 잠근 상태에서 관창 팁을 교체할 수 있는 기능의 관창을 가지고 다니며 다량의 주수가 필요할 때 콤비네이션 팁을 직사형 팁으로 교체해 주수한다3). 필요에 따라 관창을 교체해 사용하고 있는 좋은 예다. 

 

그런데 혹시 무언가를 놓치고 있는 건 아닐까? 사용하는 관창을 좀 더 자세히 들여다봤다. 펌프차에서 우리가 자주 사용하는 콤비네이션 관창에는 사용압력과 유량이 표시돼 있다.

 

그런데 국내 S 사 40㎜ 피스톨 관창에는 7㎏/㎠에서 470lpm, Y 사 40㎜ 피스톨 관창에는 7㎏/㎠에서 500lpm이라고 표시돼 있어 또 다른 궁금증이 생겼다. 왜 7㎏/㎠에서 500lpm 내외의 유량이지? 

 

우린 일반적인 구획실(주택 또는 사무실 내부) 화재 현장에 도착해 내부 공격을 실시할 때 분무 주수(펄싱기법)를 통해 화재 가스 냉각(gas cooling)을 하면서 화점으로 이동한다. 화점을 발견하면 연소 실체(fuel base)인 화점에 직사 주수(페인팅, 펜슬링기법)를 통해 화재를 진압한다4).

 

우리가 구획실 화재 현장에 도착했을 때 구획실 화재의 성장단계가 다양할 수 있으나 우리의 목표는 최성기 이전 단계에서 화재를 진압하는 데 있다.

 

최성기 이전 단계에서 화재를 진압하면 건축물의 구조적인 손상을 방지할 수 있다. 또 현장에서 활동하는 소방대원들을 불필요한 열에 노출시키지 않으면서 좀 더 빠르고 안전하게 화재를 진압할 수 있다. 

 

그렇다면 우리가 자주 출동하는 구획실 화재 현장에서 최성기 이전단계에 화재를 진압하는 데 필요한 최소 혹은 적정 유량은 얼마인가?

 

이를 결정하는 건 관창을 선택할 때 매우 중요하다. 이러한 결정을 하기 위해선 과거 화재 현장의 풍부한 활동 경험을 활용5)해야 하며 관창수의 주수 기법 숙달 정도 또한 고려돼야 한다.

 

ㆍ우리 관내에서 가장 많이 출동했던 구획실 화재의 규모는 얼마인가? 

ㆍ관내 구획실 화재 현장에서 도착 후 초기 공격(진압 활동)을 할 때 화재로 인해 발생하는 열을 흡수하려면 관창에서 주수할 때 필요한 유량은 얼마인가(목표 유량이 결정되면 그 목표 유량을 관창에서 주수하는 데 영향을 주는 요소도 고려해야 한다)? 

ㆍ목표 유량을 주수하기 위해 필요한 관창의 주수 압력은 얼마(압력손실을 고려해)고 펌프차에서 필요한 방수압력은 얼마인가? 

ㆍ목표 유량으로 주수하는 관창수의 능력은 얼마인가(주수하는 물을 100% 효과적으로 사용하는가)?6) 

 

이런 의문점을 갖고 돌이켜 생각해보니 약 100㎡(약 30평) 이하 규모의 구획실 화재(주택화재)에 주로 출동했고 습관적으로 관창에서의 주수 압력이 7㎏/㎠가 되도록 관창을 잡은 손의 감각을 이용해 압을 느끼면서 이후 압력조절을 펌프차 기관원에게 부탁했었다. 

 

저층 구획실 화재 현장에서는 펌프차로부터 직접 40㎜ 소방 호스를 연장해 펌프차의 소방펌프 압력을 사용했었다. 고층 구획실 화재에서는 옥내소화전함의 40㎜ 방수구를 이용했다. 하지만 일반주택 규모의 구획실 화재진압에 필요한 적당한 유량은 얼마인지, 적절한 압력은 얼마인지에 대한 답은 찾을 수 없었다.

 

다음 호에서는 영국의 폴 그림우드(Paul Grimwood) 박사가 저술한 ‘Euro Firefighter 1’의 화재진압에 필요한 유량을 설명한 글(Ch. 9-4)을 바탕으로 생각을 정리해보도록 하겠다.

 


1) 직사 주수 시 주수의 흐름 속에 공기 영역(hollow zone)을 최소화시키고 분무 주수 시 적절한 크기(지름 약 0.3㎜)의 물방울을 고르게 만드는 것

2) 소방장비표준규격, 소방용 관창-2-0025-2020-01, 2020.05.14. 

3) 과학적 전술로 통하다, p.107, 서울특별시 소방재난본부 현장대응단 

4) 일반적인 주택 또는 사무실 크기(약 70㎡의 면적, 약 4m의 높이 이하의 구획실)의 구획실에서 실시하는 내부 공격 방법이다. 화점으로 이동하는 동안 주변 환경을 더 안전하게 만드는 데 사용하는 주수 방법이다. 화점 확인 후 직사 주수를 통해 화점을 진압한다. 이보다 더 큰 구획실 화재에서 펄싱 주수 기법은 가스쿨링 효과가 거의 없으며 오히려 관창수를 더 위험하게 만들 수 있다. 연구자에 따라 100㎡ 이하의 면적까지도 펄싱 주수 기법이 효과적이라고 말하는 사람도 있다.

5) Different Types Of Fire Fighting Nozzles Explained!, Safety product finder, 31 JAN 2023

6) 적절한(필요한) 형태의 물방울(물줄기)을, 적절한(원하는) 위치에, 올바른 방법으로 주수하는 능력을 갖추고 있는가? 대부분 소방대원은 관창으로 주수하는 물방울의 소화 효율(가연물의 소화ㆍ가스냉각에 활용되는 효율)을 50%밖에 사용하지 못한다는 연구가 영국 Paul Grimwood의 ‘Euro Fire fighter 2’에 나와 있다. 50%의 효율을 가지는 관창수라면 최소 필요량보다 두 배의 유량이 필요할 거다.

 

경기 안산소방서(119+ 화재진압 발전 연구회)_ 최기덕 : smile9096@icloud.com

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2023년 5월 호에서도 만나볼 수 있습니다.>

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