위험물시설의

가스계소화설비 기준 개선 검토 결과

2021. 12.

	소 방 청
	위험물안전과

위험물시설의

가스계소화설비 기준 개선 검토 결과

❖ 제조소등 위험물시설에 설치하는 가스계소화설비의 이론 및 성능검증을 통해 방호구획 체적 구분에 따라 적용을 달리하던 소화약제 설치기준을 개선하고자 함

※ 청장 지시사항(지시번호-32, ’21.10.29.) ‘가스계소화설비 설치기준 제도개선 검토’

□ 추진배경

○ ’21.10. 서울 금천구 지식산업센터(10/5층) 내 발전기실(지하3층)에 설치된 이산화탄소 소화설비에서 소화약제 누출(사망 4, 부상 17)

※ 방호구획 체적이 1,000㎥ 이상인 유류 취급장소에는 소화약제 사용 제한 → 하론계열(할로겐화물) 및 이산화탄소(불활성가스) 소화약제만 적용 가능

○ ‘소화약제 누출에 의한 인명피해 우려’ 및 ‘화재진압 실패에 의한 인명피해 우려’ 비교에 따른 현행 규제기준 설정

※ ‘15.5.6., 「위험물안전관리에 관한 세부기준」 할로겐화물계 소화약제 도입시 규정

○ 이산화탄소 외 가스계소화설비 소화약제의 유류화재에 대한 소화능력 이론 및 성능검증을 통해 소화약제 허용범위 확대 검토

□ 검토 사항

① 국내·외 가스계소화설비 관련 규제 현황

② 이산화탄소 외 가스계소화설비 소화약제의 인체 유해성

③ 국제규격의 실증 실험을 통한 소화능력

④ 소화약제 확대 적용을 위한 이론적 타당성

⑤ 위험물시설의 가스계소화설비 설치기준 개선(안)

① 국내·외 가스계소화설비 관련 규제 현황

○ (국외 관련 기준) 방호구획 체적에 따른 소화약제 적용 제한 없음

○ (국내 화재안전기준) 방호구획 체적에 따른 소화약제 적용 제한 없음

국외	· Standard on Clean Agent Fire Extinguishing System (NFPA 2001) · Standard on Carbon Dioxide Fire Extinguishing System (NFPA 12) · Standard on Halon 1301 Fire Extinguishing System (NFPA 12A) · Gaseous Fire-exitinguishing Sytem Part 1~15 (ISO 14520)
국내	· 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비의 화재안전기준(NFSC 107A) · 이산화탄소소화설비의 화재안전기준 (NFSC 106)

○ (국내 위험물고시) 방호구획 체적에 따라 적용 소화약제 제한

<위험물안전관리에 관한 세부기준 제134조 및 제135조>

방호구획	불활성가스 소화약제	할로겐화물 소화약제
체적 1,000㎥ 이상	CO2	하론2402, 하론1211, 하론1301
체적 1,000㎥ 미만	CO2, IG-100(질소), IG-55(질소+아르곤), IG-541(질소+아르곤+CO2)	하론2402, 하론1211, 하론1301, HFC-23, HFC-125, HFC-227ea, FK-5-1-12

	하론 소화약제 관련 규제
❖ (국외)「오존층 보호를 위한 비엔나 협약(1985년)」「오존층 파괴물질에 관한 몬트리올 의정서(1987년)」에 의해 사용규제 물질로 지정 ❖ (국내)「오존층 보호를 위한 특정물질의 제조규제 등에 관한 법률」에 따라 제조 제한(2018.9.18. 시행)

⇒ 방호구획 체적 1,000㎥ 이상의 위험물시설에 있어서 하론계열 및 이산화탄소 소화약제 외 기타 소화약제의 소화능력 미검증*

* (일본) 위험물시설에 적용하는 할로겐화물계 소화약제 도입 시 방호구획 체적 1,000㎥ 대상까지 실물 화재 실험을 통해 검증됨(2011년)

⇒ 국내·외 하론 소화약제 제조가 제한되고, 이산화탄소 소화약제 누출에 따른 사고가 재발 됨에 따라 체적 1,000㎥ 이상의 유류화재의 소화능력에 있어서 하론 및 이산화탄소 외 소화약제 확대에 대한 검토 필요

② 이산화탄소 외 가스계소화설비 소화약제의 인체 유해성

○ 다수 언론에서 이산화탄소 외 소화약제는 인체에 무해한 것으로 보도

○ 인체 유해성 관련 국외 기준 분석 결과

구 분		코 드	소화농도 (%)	설계농도 (%)		NOAEL (%)	LOAEL (%)	LC50 (%)	MPHET
									농도 (%)	시간 (분)
(억제소화) 할로겐화물	HFC-23	NFPA	12.9	16.8		30	>30	>65	-
		ISO	12.6	16.4		50	>50	>65	-
	HFC-125	NFPA	8.7	11.3		7.5	10	>70	10	5
		ISO	9.3	12.1		7.5	10	>70	12	1.67
	HFC-227ea	NFPA	6.62	8.6		9	10.5	>80	9	5
		ISO	6.7	8.7		9.0	10.5	>80	12	0.49
	FK-5-1-12	NFPA	4.5	5.9		10	>10.0	>10.0	-
		ISO	4.5	5.9		10	>10	>10	-
(질식소화) 불활성가스	IG-100 (질소)	NFPA	31.0	40.3		43	52	-	-
		ISO	33.9	44.1		43	52	-	-
	IG-55 (질소+아르곤)	NFPA	35.0	45.5		43	52	-	-
		ISO	36.5	47.5		43	52	-	-
	IG-541 (질소+아르곤+CO2)	NFPA	31.0	40.3		43	52	-	-
		ISO	33.8	43.9		43	52	-	-
	CO2	NFPA	⦁소화설비에 요구되는 최소 농도 : 대상 물질별 34 ~ 75 % ⦁MPHET : 농도 17 ~ 30 % 일 때, 1분 이내 활동 통제력 상실, 무의식, 발작, 혼수상태, 사망
		ISO	-		-	-	-	-	-
‣ NOAEL(No Observable Adverse Effect Level, 최대허용독성농도) - 동물 독성 시험에서 바람직하지 않는 영향이 관찰되지 않는 화학물질의 최대 농도 ‣ LOAEL(Lowest Observable Affected Effect Level, 독성인정최대농도) - 유해한 영향을 미치는 독성시험에서 가장 낮은 수준의 화학적 요인이 관찰되는 화학물질 농도 ‣ LC50(Lethal Concentration 50, 50% 치사농도) - 실험동물 50%를 사망시키는 독성 물질 농도 ‣ MPHET(Maximum Permitted Human Exposure Time) - 최대허용농도별 인체 노출시간

자료출처 : NFPA 2001, NFPA 12, NFPA 12A, ISO 14520, UL 2127, UL 2166

⇒ 이산화탄소 외 소화약제에 있어서도 유류화재 진압을 위해 요구되는 최소설계농도가 인체에 대한 다수 유해 지표 농도와 유사한 값을 보이며,

⇒ 특히 할로겐화물 소화약제 중 HFC-125 및 불활성가스 소화약제 중 IG-100, IG-55, IG-541의 경우에는 최대허용독성농도(NOAEL) 대비 초과 농도로 설계되어야만 유류화재 진압이 가능함

③ 국제규격의 실증 실험을 통한 소화능력

○ 일시 : 2021. 12. 14.(화) 10:00 ~ 12. 15.(수) 18:00 (2일간)

○ 장소 : ㈜마스테코 감곡공장 (충북 음성 소재)

○ 실험규격 : 실험 결과의 신뢰성 확보를 위한 국제 시험규격* 적용

*「Standard for Halocarbon Clean Agent Extinguishing System Unit (UL 2166)」

	실험 세부규격
❖ (시험모형) 체적 100.7 ㎥ [= 4.73 m(W) × 4.73 m(D) × 4.5 m(H)] ❖ (화원크기) 정방형 팬 0.25 ㎡ (액위는 팬 상단 아래 50 ㎜ 이상 까지 충전) ❖ (가연물) 경유 12.5ℓ(비상발전기실 연료 대체 적용) + n-헵탄 50㎖(점화 보조제) ❖ (실험절차) 가연물 점화 → 예비연소 → 가스계소화설비 기동 → 소화능력 확인 ❖ (실험조건) 소화능력 유효성 확인을 위해 2종 소화약제별 각 2회 실시

○ 실험결과 : 현장 적응성 확보를 위한 가스계소화설비 주요 설치대상 연료(비상발전기실-경유) 적용하여 실험한 결과 HFC-125 및 HFC-227ea 2종 모두 각 2회 시험에서 소화능력이 검증됨

적용 소화약제	예비연소 (초)	화염 최고 온도 (℃)	약제 방출 시간 (초)	소화 시간 (초)	비고
HFC-125	30	788.9	9.2	3.9	약제 방출 종료 전 소화
	60	854.2	9.3	5.5
HFC-227ea	30	737.8	9.9	8.1
	60	819.9	9.9	17.3	약제 방출 종료 후 소화

주1) 소화시간 : 소화약제 방출 시점부터 소화까지 걸리는 시간을 의미함

주2) 판단기준 : 소화약제 방출종료 시간으로부터 30초 이내에 소화 및 재 연소하지 않음

⇒ 국제 시험규격에 따른 중간 규모 체적(100.7 ㎥)에 대한 실험 결과로 체적 1,000 ㎥ 이상의 실제 현장 반영 시 소화능력 적용 타당성에 대한 이론적 근거 추가 검토 필요

<규모별 시험 방법>

구분	시험 방법	비고
실험실 규모	컵 버너 시험	NFPA2001 및 ISO14520 검증
중간 규모	룸 시험	본 실험 결과로 검증
큰 규모	설치 현장 시험	이론적 근거 추가 검토 필요

④ 소화약제 확대 적용을 위한 이론적 타당성

○ 방호구획 체적 1,000㎥ 이상 실험에 대한 표준 시험규격 부재

- 시험모형 체적 증가에 따른 소화약제 누설대비 기밀성 유지 및 시험장 온도 조절 등 실험 세부조건 관리 곤란

- 가연물의 양, 시험모형 및 화원 크기 등 공인된 시험규격의 부재로 실험 추진 시 그 결과에 대한 신뢰성 입증 불가

○ 국내·외 모두 가스계소화설비 특성을 고려하여 중간 규모로 실증

	중간 규모의 실험 한정 사유
❖ (소화원리) 소화약제 방출 시 방호구획 내 일정 농도를 형성하여 소화하며, 체적 증가율 만큼 약제량, 노즐 및 배관 등 설계값 비례 증가하여 산정 ❖ (경제성) 최소 소화약제량(용기 1병) 기준 대상 체적을 고려하여 산정 ❖ (안전성) 체적 1,000㎥ 이상 적용 시 과압 및 부압에 대한 안전성 담보 불가

자료출처 : The Adequacy of Guidance on Agent Concentrations in Standards for Gaseous Fire Extinguishing Systems(Philip Dinenno), NFPA 2001, ISO 14520

⇒ 국내·외 표준 시험규격의 부재로 체적 1,000㎥ 이상의 실증 실험은 불가하였으나, 중간 규모로 실험을 한정하는 사유가 명확하였음

⇒ 또한, 국외의 경우 체적 증가율 대비 설계값 비례 증가 적용에 대한 큰 규모에서 실증한 사례*가 존재하였으며, 이는 ISO 14520의 화재 보고서로 ISO 전문 기술 위원들에 의해 입증 되었음

*  1) 미 해군 함정 규모 시험(US Navy shipboard large scale testing),

2) 미 해안경비대 설비 공간 화재 시험(USCG IMO machinery space fire testing),

3) 미 공군 제트엔진 점화 시험(US Air Force jet engine nacelle testing)

⑤ 위험물시설의 가스계소화설비 설치기준 개선(안)

○ 문제점 및 대책

- 확대 적용 예정인 소화약제도 인체 유해성이 상존

⇒ 위험물법상 법에 규정된 기준 외에는 화재안전기준을 준용하며,

※ 「위험물안전관리법 시행규칙」 제46조(화재안전기준의 적용)

⇒ 화재안전기준상 최대허용설계농도를 초과하는 장소에 사람이 상주하는 경우 가스계소화설비를 설치할 수 없도록 규정하고 있음

※ 「할로겐화합물 및 불활성기체소화설비의 화재안전기준」 제5조(설치제외)

- 위험물의 취급량 및 취급형태에 따른 소화능력 담보 불가

⇒ 국제 시험규격에 따른 실험 결과 및 이론적 근거가 확보되었으며,

※ 표준 시험규격(n-헵탄)에 따른 성능인증 검증 사례 : 6개사 21개 인증

⇒ 실제 설치 현장에 대한 가스계소화설비 소화능력의 검증은 소방시설법에서 규정한 성능인증 및 제품검사에 적합한 소화설비에 한하여 설치 가능하도록 규정하여 현장 적응성을 확보함

※ 「화재예방, 소방시설 설치ㆍ유지 및 안전관리에 관한 법률」 제39조(소방용품의 성능인증 등)

○ 가스계소화설비 설치기준 개선(안)

-「가스계소화설비 설계프로그램의 성능인증 및 제품검사의 기술기준」에 적합한 경우*에 한하여 방호구획의 체적에 따른 소화약제의 종류를 구분 없이 적용 가능하도록 함

* (성능인증) 가스계소화설비 설계프로그램 제작 → 유효성 확인을 위한 실물 화재실험 → (제품검사) 실제 설치 현장에 대한 설계프로그램 적용 심사

현 행		⇨	개 선 (안)
불활성가스 소화약제	CO2		CO2 + IG-100, IG-55, IG-541
할로겐화물 소화약제	하론계열		하론계열 + HFC-23, HFC-125, HFC-227ea, FK-5-1-12

□ 향후 계획

○ (단기) 가스계소화설비 기술기준 특례적용 지침 시달(21.12.29.)

○ (장기) 위험물시설 종류 및 위험물 저장·취급량에 따라 방호구획 체적 1,000㎥ 이상에 사용 가능한 소화약제 범위 개선

※ 「위험물 안전관리에 관한 세부기준」 개정(22.上)