수격 현상이란 무엇인가요?
수격 현상이란 갑작스러운 정전이나 밸브가 너무 빠르게 닫힐 때, 압력수 흐름의 관성 때문에 마치 망치로 내리치는 듯한 충격파가 발생하는 현상을 말합니다. 이러한 충격파가 앞뒤로 왕복하면서 발생하는 힘은 매우 커서 밸브나 펌프를 손상시킬 수 있습니다.
열려 있던 밸브를 갑자기 닫으면 물이 밸브와 배관 벽에 부딪히면서 압력이 발생합니다. 배관 벽이 매끄럽기 때문에 관성에 의해 물의 흐름이 빠르게 최대치에 도달하여 손상을 일으킵니다. 이것이 유체 역학에서 말하는 "수격 현상", 즉 정수격 현상입니다. 이러한 요인은 상수도관 건설 시 반드시 고려해야 합니다.
반대로, 닫힌 밸브를 갑자기 열면 수격 현상이 발생하는데, 이를 역수격 현상이라고 합니다. 이 현상 역시 파괴력이 있지만, 앞서 언급한 수격 현상만큼 크지는 않습니다. 전기식 급수 펌프가 갑자기 전원을 차단하거나 가동할 때도 압력 충격과 수격 현상이 발생합니다. 이러한 압력 충격파는 배관을 따라 전파되어 배관의 국부적인 과압을 유발하고, 결국 배관 파열 및 설비 손상으로 이어질 수 있습니다. 따라서 수격 현상 방지 기술은 상수도 공학에서 핵심 기술 중 하나가 되었습니다.
수격 현상 발생 조건
1. 밸브가 갑자기 열리거나 닫힙니다.
2. 워터 펌프 장치가 갑자기 멈추거나 작동합니다.
3. 고지대 단일관 급수 (급수 지형 높이 차이가 20미터를 초과하는 경우)
4. 펌프의 총 양정(또는 작동 압력)이 큽니다.
5. 수도관 내 물의 유속이 너무 빠릅니다.
6. 수도관이 너무 길고 지형 변화가 심합니다.
수격 현상의 위험성
수격 현상으로 인한 압력 증가는 파이프라인의 정상 작동 압력의 수 배, 심지어 수십 배에 달할 수 있습니다. 이러한 큰 압력 변동은 주로 다음과 같은 방식으로 파이프라인 시스템에 손상을 입힙니다.
1. 파이프라인에 강한 진동을 일으키고 파이프라인 연결부를 분리시킵니다.
2. 밸브가 손상되어 압력이 너무 높아 파이프가 파열되고 급수망의 압력이 감소하는 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.
3. 반대로 압력이 너무 낮으면 파이프가 붕괴되고 밸브와 고정 부품이 손상됩니다.
4. 펌프의 역회전을 유발하여 펌프실 내 장비 또는 배관을 손상시키거나, 펌프실이 심각하게 침수되거나, 인명 피해 및 기타 중대 사고를 일으켜 생산 및 생활에 악영향을 미칠 수 있습니다.
수격 현상을 제거하거나 완화하기 위한 보호 조치
수격 현상을 방지하는 방법은 여러 가지가 있지만, 수격 현상의 원인에 따라 적절한 조치를 취해야 합니다.
1. 급수관의 유량을 줄이면 수격 현상을 어느 정도 완화할 수 있지만, 급수관의 직경이 커져 프로젝트 투자 비용이 증가합니다. 급수관을 설치할 때는 굴곡이나 급격한 경사 변화를 피하도록 주의해야 합니다. 펌프 정지 시 발생하는 수격 현상의 크기는 주로 펌프실의 기하학적 양정에 따라 달라집니다. 기하학적 양정이 높을수록 펌프 정지 시 수격 현상이 커지므로, 실제 현장 조건에 맞춰 적절한 펌프 양정을 선정해야 합니다. 사고 발생 시 펌프를 정지시킨 후에는 체크 밸브 뒤쪽 배관에 물이 채워질 때까지 기다린 후 펌프를 재가동해야 합니다. 펌프 재가동 시 펌프의 토출 밸브를 완전히 열지 않도록 주의해야 합니다. 그렇지 않으면 큰 수격 충격이 발생할 수 있습니다. 많은 펌프장에서 발생하는 대형 수격 사고의 대부분이 이러한 상황에서 발생합니다.
2. 수격 현상 제거 장치 설치
(1) 정압 제어 기술을 사용함:
급수 배관망의 압력은 작동 조건 변화에 따라 지속적으로 변동하기 때문에 시스템 작동 중 저압 또는 과압이 자주 발생하여 수격 현상이 발생하기 쉽고, 이로 인해 배관 및 장비가 손상될 수 있습니다. 본 연구에서는 자동 제어 시스템을 도입하여 배관망의 압력을 제어합니다. 이 시스템은 감지 및 피드백 제어를 통해 급수 펌프의 시동, 정지 및 속도 조절을 수행하고 유량을 제어하여 일정한 압력을 유지합니다. 마이크로컴퓨터 제어를 통해 펌프의 급수 압력을 설정함으로써 일정한 압력으로 급수를 공급하고 과도한 압력 변동을 방지하여 수격 현상 발생 가능성을 줄입니다.
(2) 수격 방지 장치를 설치하십시오.
이 장비는 주로 펌프 정지 시 발생하는 수격 현상을 방지합니다. 일반적으로 워터 펌프의 배출관 근처에 설치되며, 배관 자체의 압력을 동력으로 사용하여 저압 자동 작동을 구현합니다. 즉, 배관 내 압력이 설정된 보호값보다 낮아지면 배수 밸브가 자동으로 열려 물을 배출함으로써 주변 배관의 압력 균형을 맞추고 수격 현상이 장비 및 배관에 미치는 영향을 방지합니다. 수격 방지기는 크게 기계식과 유압식 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
3) 대구경 워터펌프의 배출관에 서서히 닫히는 체크 밸브를 설치하십시오.
펌프 정지 시 수격 현상을 효과적으로 제거할 수 있지만, 밸브 작동 시 일정량의 역류가 발생하므로 흡입정에는 반드시 오버플로우 파이프가 설치되어 있어야 합니다. 지연 폐쇄 체크 밸브에는 수격 방지형과 에너지 저장형 두 가지 유형이 있습니다. 이러한 밸브는 필요에 따라 밸브 닫힘 시간을 일정 범위 내에서 조절할 수 있습니다. 일반적으로 전원 차단 후 3~7초 이내에 밸브의 70~80%가 닫히고, 나머지 20~30%는 펌프 및 배관 상태에 따라 10~30초 범위 내에서 닫힙니다. 특히 배관에 굴곡이 있는 경우 지연 폐쇄 체크 밸브가 수격 현상을 방지하는 데 매우 효과적입니다.
(4) 일방향 서지 타워를 설치합니다.
일방향 서지 타워는 펌프장 근처 또는 파이프라인의 적절한 위치에 설치되며, 타워의 높이는 해당 위치의 파이프라인 압력보다 낮습니다. 파이프라인 압력이 타워 내 수위보다 낮아지면, 서지 타워는 파이프라인으로 물을 공급하여 수주 파열을 방지하고 수격 현상을 억제합니다. 그러나 펌프 정지 시 발생하는 수격 현상 외의 다른 수격 현상, 예를 들어 밸브 폐쇄 시 발생하는 수격 현상에 대한 감압 효과는 제한적입니다. 또한, 일방향 서지 타워에 사용되는 역류 방지 밸브의 성능은 절대적으로 신뢰할 수 있어야 합니다. 밸브 고장은 대형 사고로 이어질 수 있습니다.
(5) 펌프장에 바이패스 파이프(밸브)를 설치한다.
펌프 시스템이 정상적으로 작동할 때는 펌프의 가압측 수압이 흡입측 수압보다 높기 때문에 체크 밸브가 닫혀 있습니다. 정전으로 펌프가 갑자기 멈추면 펌프장 출구의 압력이 급격히 떨어지는 반면 흡입측 압력은 급격히 상승합니다. 이러한 압력 차이로 인해 흡입 주 배관의 순간적인 고압수는 순간적인 저압수로 바뀌어 체크 밸브 플레이트를 밀어내고 가압 주 배관으로 흘러 들어가 그곳의 저압을 증가시킵니다. 반면, 펌프 흡입측의 수격 현상으로 인한 압력 상승은 감소합니다. 이처럼 펌프장 양쪽의 수격 현상 상승 및 하강이 제어되어 수격 현상으로 인한 위험을 효과적으로 줄이고 예방할 수 있습니다.
(6) 다단 체크 밸브 설치
긴 수도관에는 체크 밸브를 하나 이상 추가하여 수도관을 여러 구간으로 나누고 각 구간에 체크 밸브를 설치합니다. 수격 현상 발생 시 수도관 내 물이 역류하면 체크 밸브가 차례로 닫히면서 역류 유량을 여러 구간으로 나눕니다. 각 구간(또는 역류 구간)의 수압이 매우 작기 때문에 수류가 감소하여 수격 현상을 완화할 수 있습니다. 이 보호 조치는 기하학적인 급수 높이 차이가 큰 상황에서 효과적으로 사용할 수 있지만, 수주 분리 현상을 완전히 제거할 수는 없습니다. 가장 큰 단점은 정상 작동 시 펌프의 전력 소비량이 증가하여 수도 요금이 상승한다는 것입니다.
(7) 파이프라인의 가장 높은 지점에 자동 배기 및 공기 공급 장치를 설치하여 파이프라인에 대한 수격의 영향을 줄입니다.
게시 시간: 2022년 11월 23일