다사다난했던 2013년을 마무리하고 2014년을 맞이하는 1월이다. 안전한 국민의 생활을 위해 불철주야 노력하고 있는 소방공무원들에게 우선 감사의 말을 전하면서 최근 문제가 되고 있는 공기 호흡기의 공기 충전에 대해 공학자로서, 또한 학계에 몸담은 사람으로서 그 본분을 다해 작은 지식이지만 나누고 싶어 펜을 들었다.
우선 자그마한 가상의 이야기를 해보겠다. 2018년 어느 날 요란한 소방차 사이렌 소리를 따라 가보니 대형 쇼핑건물에 화재가 나서 수백명의 시민이 안에 고립된 화재 사고가 발생했다.
급파된 소방대는 신속한 구조를 위해 건물로 진입하여 시민들을 구출하고 있으나, 가지고온 공기 호흡기용기를 다 소진하였다. 이러한 경우를 위해 공기 충전을 위해 구매해놓은 이동형 트레일러 공기 충전기는 2013년 불법 충전장치로 되어 폐기가 되어 사용할 수 없었다.
인근 공기 충전이 가능한 소방서를 찾으니 아직 공기 충전 허가를 받지 못해 사용이 불가하였다. 수소문하여 알아보니 약 100km 떨어진 곳에 고압가스 안전관리법에 의해 허가 받은 충전시설을 구축한 소방서가 있어 그곳으로 가서 충전을 할 수 밖에 없었다.
이에 걸린 시간이 약 3시간, 이미 화마는 건물 전체를 집어 삼키었고, 아직 구조가 되지 못한 수백명의 시민들이 사망을 하는 참사가 벌어 졌다. 사망자 가운데에는 3살난 아이, 임신한 주부, 어렵게 시험에 합격한 수험생, 두 아이의 엄마, 우리 아버지 자식, 가족들이 포함되어 있었다.
독자의 이해를 돕기 위해 기술적 내용을 상술해보면, 현재 소방대원들은 구조 및 화재 대응을 위해 공기 호흡기 및 수난 구조용 스쿠버 탱크를 충전하여 사용하고 있다.
공기호흡기 용기는 일반적으로 일반 알루미늄의 재질보다 내식성이 우수하고 강도도 3배 정도 높은 고강도 알루미늄 재질로 제작되며, 분류상 TYPE3로 분류되고, 내용적 6.8 Liter(Water volume) 용기이며, 충전 압력은 30Mpa이다.
또한 수난 구조에 주로 사용되는 스쿠바용 탱크는 10.8 Liter(Water volume) 용기이며, 충전 압력은 20 Mpa 이다. 공기 호흡기용 용기에는 총 2040Liter 의 공기가 주입되어 충전되며, 스쿠바용 탱크에는 2,160Liter 의 공기가 충전되어 사용되고 있다.
잘 알고 있듯이 이러한 용기는 소방대원이 화재진압을 할 때 소방관에게 호흡용 공기를 공급해주는 매우 중요한 장치이며, 또한 수난구조 시 사용되는 장비로서 역시 호흡용 공기를 공급해주는 장치이다.
우리에게 매우 중요하고 고마운 이 기술이 다른 한편으로는 매우 무서운 점을 가지고 있다. 용기에 공기가 충전되어 담기게 되면 내부의 에너지는 우리가 쉽게 이해할 수 있는 폭발력 기준으로 TNT, 즉 수류탄 3개, 혹은 6개가 동시에 터지는 에너지이다.
[W (in Joules) = P0*V0*450 ] 이러한 에너지가 그 형상을 일정 체적 안에서 압축되어서 안전하게 이동 운반되어 필요한 장소에서 사용자에게 호흡 공기를 공급해주어 사용자의 생명을 보호하고, 또한 이 사용자들이 타인의 목숨을 구하는 숭고한 일을 한다는 점이 모두들 신기할만하기도 하다.
이러한 안전한 사용을 위해 일반적으로 압력용기는 사용압력의 4배까지 견딜 수 있도록 설계되고 제조되고 있다.
또한 사용자의 안전을 위해 모든 압력용기에는 안전밸브가 장착되어 과압 시 작동되도록 하여 우리가 우려하는 압축가스로 인한 폭발 사고가 일어나지 않도록 기술적인 많은 검증과 보완이 되어 있어 이러한 안전한 사용이 가능하다.
그러나 앞서 언급한 바와 같이 현재 비근이 사용되고 있는 공기호흡기의 용기는 TYPE 3의 내부가 경량화를 위해 알루미늄으로 되어 있고, 이를 특수 열처리를 통해 부식 방지를 하지만 일반적으로 알루미늄은 수분, 산소, 유해가스 등으로 인해 그 부식이 발생하지 않을 수 없다.
즉, 신의 물질이 아닌 이상 시간과 사용 환경에 따라 부식이 발생 할 수밖에 없다. 또한 소방관들의 경우 업무의 특성상 고열지역 및 장애물로 인한 용기 파손 등이 일어날 수밖에 없는 작업환경이 다반사이므로 용기의 안전한 사용이 최대한으로 지켜지기 어렵다.
따라서 일반 산업용에서 사용되고 있는 용기에 비해 더욱 그 관리와 사용이 매우 중요하다. 부식이 되면 우선 금속의 강도가 약화되고 이에 고압의 공기가 충전이 반복될 시에 폭발의 위험이 없다고 할 수는 없다.
특히, 고압의 공기가 공기 충전기를 통해 충전될 때 폭발 사고가 일어날 확률이 높아 현재 미국 소방서의 경우 NFPA에서 용기충전용 방호장치의 사용이 의무화 되어 있다.
이러한 고압가스를 안전하게 사용하기 위해서, 현재 우리나라에서는 한국가스안전공사의 고압가스 안전관리법에 의해 그 충전 장치 및 시설 및 사용에 대하여 규정하고 있다.
이 규정에 의하면 소방서의 경우 공기 충전기와 공기 호흡기 용기 보관 및 충전 작업 공간을 분리해 내고, 이 사이에 분리를 설치하고, 안전밸브 시설 등을 통해 사용하도록 되어 있다.
이러한 시설을 관련법에 맞추어 시설을 구축하여 사용할 때 안전한 사용 및 관리에 도움이 되겠지만, 한편으로는 그 구축비용이 적지 않으며, 가장 큰 문제는 현재 소방서 및 119 안전센터의 공간성 문제이다. 또한 우리가 몸담은 소방은 사실상 예산 문제가 언제나 부족한 현실로 고질적인 문제를 가지고 있다.
이러한 문제로 소방방재청에서는 호흡보호정비실을 구축하여 광역별 충전센터를 구축 및 시행을 하여, 현재 법적문제가 되고 있는 충전 시설을 완비하여 전국 18개 시설이 허가를 받았다.
이 제도는 광역 충전센터에서 용기를 충전하여 그 용기를 회수, 충전, 배분하는 시스템인데, 이는 상시 교통 체증 및 인원부족, 또한 거리상 운용 불편 등 우리의 소방 현실상 맞지 않다는 게 필자가 만나본 대다수 현장 소방관들의 의견이다.
또한 119안전센터의 경우 대부분 인구 밀집 지역에 자리를 잡고 있고, 또한 응당 그래야만 한다. 왜냐하면 인구가 많은 곳에서 화재진압 및 수난 구조의 안전망이 근거리에 형성되어 있어야 하고, 분초를 다투는 일차적 선제 대응이 중요한 현장을 고려 할 때 더욱 근거리 지역 위치가 중요하다.
유사시 필수 기관이지만, 현재 119안전센터나 소방서의 경우 소음 유발 등의 이유로 아이러니하게도 혐오 시설 중에 하나로 인식되고 있기도 하다. 이러한 현실에서 고압가스 안전관리법의 기준에 맞추어 시설을 완비하는 것은 부지 추가 매입 및 건물 공사 등 비용이 막대하여 사실상 불가능하다.
미국, 유럽의 경우 광역 충전센터가 있지만, 그 예하 소방서 및 우리의 119 안전센터급의 소방대에서도 공기 충전기를 소형화시켜 만일에 대비하여 상시 충전 기동성을 유지하고 있다.
또한 예산, 관련 법령, 소방 관리 시스템 등이 이러한 사용이 가능하도록 뒷받침 하고 있다. 이러한 운용이 가능한 그 이유의 범주를 더 크게 확대 하자면, 국민소득, 정부예산, 국력, 시민의식 등이 종합적으로 연계될 수밖에 없다.
그렇다면 우리는 과연 어떻게 사용하는가? 즉, 우리의 환경에서 어떻게 안전하게 사용할지 고민을 해보아야 한다.
현재 적용되고 고압가스안전관리법의 시설 기준이 기본적으로 요구하는 바는 사용자의 안전이다. 그렇다면 무엇이 위험한지 정확히 알아야 하는데, 그 위험 요소를 한정하자면 우선 공기 충전기와 공기 호흡기의 용기 그리고 그 안전 운용의 3가지로 볼 수 있다.
우선 현재 소방관서에서 다수 사용되고 있는 공기 충전기의 경우 보통 분당 공기 압축 처리량이 400Liter 미만의 제품들이다. 공기 충전기의 경우 사용하는 압력 30Mpa와 20 Mpa를 압축하기 위해 다단 압축식 구조이고, 각 압축단은 냉각 위한 배관으로 연결되어 있다.
현 고압가스 안전관리법과 공기 호흡기의 공기 충전기 형식승인에 관한 규정을 토대로, 현재 첨예화되어 문제되고 있는 불법 충전시설에 대한 논란을 잠재우기 위해 “공기호흡기 및 수난 구조용 용기충전을 위한 장치 및 그 시설”의 경우 1. 공기 충전기는 한국소방산업기술원에서 실시하고 있는 형식승인을 받은 제품으로 사용을 하고, 2. 용기는 현재와 같이 고압가스 안전 관리법 및 소방산업기술원 형식승인 규정에 맞추어 사용하고 3. 용기 충전 중 폭발 시 사용자의 안전을 위해 선진국에서 사용하는 용기충전 방호장치(Filling cabinet)를 사용하는 경우 고압가스 충전 시설 신고 및 허가 대상에서 제외하여 사용될 수 있도록 하는 것이 마땅하다 생각한다.
이 부분에 대한 체적계산을 하여 보면 그 체적량이 작아 유럽의 CE 인증의 경우 그 인증 대상에서 제외되고 있다.
| ▲ 미국 소방대에서 사용중인 용기 충던 방호장치 |
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또한 이러한 충전기 (Air compressor) 의 경우 압력을 생성하여 그 압력을 유지 및 보관 저장되는 성격이 아닌, 공기를 저장용기로 보내주는 송풍의 역할 만을 하여, 압력으로 인한 폭발 사고가 거의 불가능한 구조이며, 혹여 발생하더라도 그 위험성이 작다. (폭발에너지는 압력과 체적에 비례한다.)
또한 우리나라의 경우 소방산업기술원의 형식승인 규정을 통해 각 압축단은 사용압력의 4배까지 안전도를 확인하게 되어있고, 또한 안전밸브를 장착하도록 되어 있다. 또한 관련한 안전에 대한 다양한 규정을 세계에서 가장 높은 수준으로 엄밀하게 상세하여 한정 및 규정하고 있어 그 안전성에 대하여 관리되고 있다.
공기 호흡기 용기 및 수난구조용 스쿠버 용기의 경우에도 한국가스안전공사 규정 및 세계적인 압력용기 기준, 또한 소방산업기술원의 형식승인 규정에 의해 안전하게 사용되고 있다.
그렇다면, 이러한 충전을 하는 시설 및 관련 규정에서 목표로 하고 있는 안전한 사용을 달성해야 하는데 현재 한 가지 아쉬운 점은 용기 충전 중 혹여 있을 용기 폭발 사고 시 사용자의 안전을 보장할 수 있는 해결책은 없다는 것이다.
고압가스안전관리법의 시설 기준에서 충전기와 용기 보관 및 충전부 사이에 분리벽을 설치하는 이유는 충전기나 혹은 용기 폭발 시 그 위험으로 다른 장치들에 후속적인 파손 영향이 없고, 또한 사용자의 안전을 담보하기 위함으로 필자는 파악하고 있다.
이러한 점을 선진국에서는 어떻게 해결하고 있는지 자료를 보니, 미국의 경우 NFPA 규정에 의거 용기 충전 중 폭발 시 작업자의 안전을 위해 용기 충전 방호 장치를 사용하도록 하고 있다.(예: 주한 미8군 소방서 및 기타 )
이 장치는 용기 폭발 시 그 충격에 보호가 될 수 있도록 설계하여, 방호 장치함의 케이스는 6mm 이상의 철판으로 되어 있고, 용기 파손 시 발생하는 공기 및 파편이 작업자에게 직접 전달이 안 되도록 설계되어있다.
즉, 이러한 장치 사용 시 현재 고압가스 안전관리법에서 염려하고 있는 위해 요소가 상당수 차단될 수 있다고 생각된다. 또한 현재 공기 호흡기의 공기 충전기의 형식승인 규정을 통해 안전밸브 및 기타 안전장치에 대한 규율이 잘 되고 있으므로 필자는 하기와 같이 정리 하여 제안을 하고자 한다.
| ▲ 주한 미 8군 용산 소방서내 설치된 공기 충전기 및 용기 폭발 방호 장치 |
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이미 공기 충전기의 경우 형식승인 규정에서 안전한 사용이 될 수 있도록 기계적 구성 및 제어장치 등에 있어 매우 높은 기준을 적용하여 그 안전이 보장되고 있고, 공기호흡기 용기 및 수난 구조용 용기들의 경우 현재 관련법에 의거 규율이 되고 있기도 하지만 이러한 용기들의 경우 사용에 있어 시급 및 위급성을 바탕으로 하는 장비이다.
또한 기존에 없던 용기 폭발 시 사용자의 안전을 위한 용기 충전 방호장치 사용을 의무화하여 사용할 경우 충전시설 신고 및 허가를 통해 달성하려는 규정의 목적에 부합된다고 생각이 된다.
물론 사용처의 경우 압축 시설 및 장치 관리 담당자를 두어 안전사용을 전문화하는 것은 당연히 해야 할 일이다.
또한 용기 충전 폭발 방호장치의 경우 현재 공기 호흡기용 공기 충전기에 대한 형식승인상 규정으로 신설하고, 이 장치를 공기 충전기와 일체화 및 단일화하여 시장에서 선택에 의한 구매가 아닌, 고압 공기 충전을 공기 호흡기용기 및 수난 구조용 용기에 하려는 자는 반드시 충전기(Air compressor)와 같이 구매 및 운용이 되도록 하여 관련법에 의한 소비자의 선택과 그 사용을 유도해야 한다.
경민대학교 소방행정학과 이동명 교수
