방화 댐퍼는 Figure 1에서와 같이 닥트에 연결되는 외부 프레임(External fame)과 화염 및 유독가스 차단역할을 하는 블레이드(Blade), 블레이드를 개폐시키는 액추에이터(Actuator), 온도 및 연기 감지센서로 구성되어 있으며, 기능으로는 화재 발생 시 센서 감지에 의해 블레이드가 자동 폐쇄되어 닥트 관통부에 의한 화염 및 유독가스의 확산을 차단하는 역할을 수행한다[3].

Figure 1: 
Fire damper

선박과 해양플랜트의 방화구획에 통풍용 닥트가 관통하는 경우 구획 부근에 자동폐쇄형 방화 댐퍼를 설치하여야 하며, Table 1에서와 같이 닥트의 단면적에 따라 구획의 개구부에 강판 코밍을 설치하도록 하고 있다[4].

실제단면적이 0.075 ㎡ 이상인 닥트에는 자동 폐쇄형 방화 댐퍼를 설치하되 구획의 양측에서 수동 폐쇄가 가능하여야 하며, 다만 구획을 관통하는 닥트가 구획과 동등한 방열성 및 보존성을 가지는 경우 방화 댐퍼는 설치하지 않아도 되는 것으로 하고 있다[4].

방화 댐퍼 내화성능 평가를 위한 실험체의 구성은 Figure 2에서와 같이 격벽(Bulkhead)과 코밍(Coaming) 및 방화 댐퍼(Fire damper)로 구성되어 있으며, 격벽은 방화 댐퍼가 시험하고자 하는 등급으로 방열하고 그 면이 시험의 가열로에 비 노출면이 되도록 한다[5].

방열성 측정을 위한 시험편 상의 열전대 위치는 Figure 2에서와 같이 댐퍼의 폭 또는 직경이 200 ㎜ 이하인 경우에는 방열재 표면 2 개, 코밍 표면 2개, 총 4개의 열전대를 설치하며, 200 ㎜를 초과할 때에는 방열재 표면 4 개, 코밍 표면에 4개, 총 8개의 열전대를 설치하여야 한다. 내화성능은 Table 2와 같이 구분하고 있다[5][6].

Figure 2: 
Design of the test specimen & thermo -couples position

방화 댐퍼 비 노출면 코밍 방열재 표면의 방열성 확인을 위해 Figure 2에서와 같이 Bulkhead insulation으로부터 25 mm 이격된 코밍 A ~ D지점의 방열재 레이어별로 표면 열전대를 설치해 표면 온도변화를 측정하였으며, 결과는 Figure 4, 5에서와 같이 나타내었다.

Figure 4: 
Temperature by insulation(1 layer)

Figure 5: 
Temperature by insulation(2 layer)

Figure 4를 볼 때 첫 번째 레이어 코밍 방열재 표면 온도상승의 경우 실험체-2의 A ~ D지점 온도상승 값은 (136~154) ℃로 실험체-1과 비교하여 A, B, C지점은 (10 ~ 25) ℃ 증가된 온도상승 값을 나타내었고, D지점의 경우 -5 ℃로 온도상승 값이 감소하는 것으로 나타났다. 실험체-3의 경우 A ~ D지점 코밍 표면 온도상승 값은 (142 ~ 176) ℃로 실험체-1과 비교하여 (5 ~ 49) ℃ 증가된 온도상승 값을 나타내었다.

Figure 5를 볼 때 두 번째 레이어 코밍 방열재 표면 온도상승 값은 실험체-2의 경우 A ~ D지점 온도상승 값은 (43 ~ 83) ℃로 실험체-1과 비교하여 A, C지점은 (7 ~ 19) ℃ 증가된 온도상승 값을 나타내었고, B, D지점의 경우 (-8 ~ -19) ℃로 온도상승 값이 감소하는 것으로 나타났다. 실험체-3의 경우 A ~ D지점 코밍 표면 온도상승 값은 (51 ~ 78) ℃로 실험체-1과 비교하여 A, C지점은 온도변화가 없었으며, B 지점의 경우 27 ℃ 증가하였고, D 지점은 -27 ℃로 온도상승 값이 감소하는 것으로 나타났다.

온도상승에 대한 비교결과 실험체-2, -3의 노출면 코밍 방열두께가 감소되었음에도 D지점의 온도가 감소되거나 차이가 많이 발생되지 않았다. 이는 코밍 방열두께 감소에 따라 격벽을 통한 전도열의 증가와 두 번째 레이어 방열재 길이 감소에 따른 냉각 효과, 그리고 시험 중 격벽과 코밍의 열 변형에 따른 방열재와의 공기층 형성 등의 결과로 판단된다.

방화 댐퍼 비 노출면 코밍 표면의 방열성 확인을 위해 비 노출면 코밍 방열재가 끝나는 부위로부터 25 mm 이격된 A ~ D지점에 열전대를 설치해 표면 온도변화를 측정하였으며 온도상승 결과는 Figure 6에서와 같이 나타내었다.

Figure 6: 
Temperature by coaming

Figure 6을 볼 때 실험체-2의 코밍 표면 A ~ D 지점 온도상승 값은 (129 ~ 172) ℃로 실험체-1에 비하여 (36 ~ 51) ℃ 증가된 온도상승 값을 나타내었으며, A ~ D지점 모두 방열성 허용기준을 만족하였다. 실험체-3의 경우 A ~ D지점 코밍 표면 온도상승 값은 (133 ~ 185) ℃로 실험체-1과 비교하여 (43 ~ 54) ℃ 증가된 온도상승 값을 나타내었고, A, B, C 지점은 방열성 허용기준을 만족하였으나, D 지점에서 185 ℃로 방열성 허용 기준을 초과하는 것으로 나타났다.

온도상승에 대한 비교결과 노출면 코밍 방열두께가 감소함에 따라 온도가 상승하는 것으로 나타났으며, A ~ D 지점의 온도상승 결과가 실험체-1과 동일한 패턴을 나타나는 것으로 확인되어 방열재 표면이 격벽을 통한 전도열에 영향을 받는 것과는 달리 코밍 표면은 블레이드와 노출면 코밍으로부터 방사되는 복사열에 의한 영향이 큰 것으로 판단된다.

실험체-1의 방열조건으로부터 노출면 코밍 방열재 두께 감소와 비 노출면코밍 방열 길이 감소를 변수로 제작된 실험체-2, 3의 탄화수소화재 조건에 따른 내화 실험 결과는 Figure 7에서와 같이 나타내었다. 실험 결과 실험체-2, 3 모두 보존성 120분을 만족하였으나, 방열성 측정결과에서는 실험체-2의 경우 120분 동안 최고 온도상승 값이 171℃로 방열성 허용기준을 만족하였으나, 실험체-3은 110분경과 최고 온도상승 값이 181℃로 방열성 허용기준을 초과하는 것으로 나타났다.

Figure 7: 
Unexposed temperature curve