수충격에 대한 이해

개요

정지하고 있는 펌프를 기동시키거나 정상운전 중 펌프의 고장이나 정전으로 인하여 갑자기 정지될 때 혹은 밸브의 개도를 빠르게 변화시킬 때, 그 순간 송수관로내의 유속이 급격히 변하고 압력도 크게 상승하거나 하강하게 되어 유체는 부정류상태가 된다. 갑작스런 유속변화로 부정류 상태가 되어 압력파가 배관 사이를 왕복할 때, 송수관로내의 압력은 관로형상(Pipeline Profile)에 따라 물의 포화증기압 이하로 떨어져 증기공동(Vapor Cavity)이 형성되며 결국 수주분리(Column Separation) 현상이 발생한다. 관로내의 압력이 대기압보다 낮아지면 관로에 좌굴(Collapse)이 일어날 수 있으며, 증기공동으로 분리되었던 수주가 재결합할 때 높은 압력이 유발되어 기기의 허용압력 이상일 경우 송수관로는 물론 펌프, 밸브 등의 시설물이 파손될 염려가 있다.

이와 같은 수격작용(Waterhammer)에 의한 피해로는, 펌프의 동력이 갑자기 차단될 때 송수유량의 역류로 인하여 펌프 모터가 역회전으로 가속되어 사고가 발생될 우려가 있고, 압력상승으로 인하여 펌프, 밸브, 관로 및 부대시설이 파손되어 손상을 입기도 하며, 관로내의 압력 상승 및 강하에 의해 관로가 붕괴되거나 수주분리가 발생하여 관로가 파열되기도 한다.

최근에는 펌프장이 대형화되고, 대구경 장거리 관로로 유체를 수송하는 계통이 점차 복잡해짐에 따라 수격현상이 보다 심각한 문제가 되고 있다. 다른 사고원인에 의한 것과는 달리 수충격에 의한 사고는 펌프장을 침수시키는 등의 커다란 문제를 야기할 수 있기 때문에 이에 대한 근본적인 대책이 절실히 요구되고 있다. 이러한 수격작용을 완화시키거나 시스템을 보호하기 위하여 수격완화설비(Surge control system)에 대한 검토가 필요하며, 이는 전산프로그램을 사용한 수격현상 해석을 통하여 펌프장의 설계 단계 또는 설치 작업시 유용하게 반영될 수 있다.