스프링클러는 공사시 작업자의 실수에 의한 헤드 파손 및 배관 오절단 등의 직접적인 원인도 있지만, 헤드의 부식 및 부품 결함 등 내구성의 감소로 인한 오동작이 발생하는 사례가 있다. NFPA 25, FM DS 2-81 등에서는 내구연한 보다는 점검주기를 강화를 권장하고 있고, 스프링클러 헤드의 경우에는 점검주기를 50년, 75년으로 규정하고 있다. 이에 화학물질을 취급하는 사업장에서의 15년 이상 설치 운영중인 스프링클러 헤드를 불산, 질산, 황산, 염산을 취급하는 환경에서 노출시켰을 경우 내구성 저하로 헤드의 교체주기 및 점검주기를 정할 수 있는 자료를 확보하고자 한다. 그리고, 국내외의 내구연한에 대한 기준과 법규을 확인하고, 헤드의 부품중 내구성 저하가 가장 심하다고 판단되는 부품에 대하여 유동해석 시뮬레이션을 통해 영향성을 검증하고 이를 종합하여 사업장의 환경에 맞는 내구연한 관리방법도 제언하고자 연구를 진행하였다.
우선 소방시설의 내구연한에 대한 국내 및 미국, 일본의 관련 자료를 조사 분석하였고, 운영 및 유지관리에 도움이 되도록 국내외 기본 내구연한에 1) 설치 위치, 2) 환경적 영향요소, 3) 타설비 연동, 4) 인명 피해 여부, 5) 주변 환경 영향, 6) 현장점검 조건 등 현장조건 가중치를 계산한 보정계수를 적용하여 사업장에 적합한 내구연한을 최저 3년부터 최대 25년까지 이론적으로 활용할 수 있는 데이터를 확보하였다.
현재 화학물질 취급공장에 설치된 스프링클러 헤드의 내구성을 연구하기 위하여 산화성이 높은 불산, 질산, 황산, 염산 수용액으로 형식승인기준에 준하는 침식시험을 실시하였고, 정수압 시험과 장기누수 시험을 통해 불량을 판정하였다. 침식시험 결과 황산 수용액을 제외하고 8일차부터 수용액의 색깔이 CuO(산화구리)가 형성되면서 청색으로 변화하는 현상을 관찰하였고, 대부분의 모든 헤드가 3주 경과후에는 헤드 프레임에서 부식이 진행되는 것을 확인하였다. 침식시험이 끝난 헤드의 정수압시험 결과는 총 40개의 헤드중에서 약 50 % 수준의 20개만 정수압 시험을 통과하였다. 이후 최종 2.0 MPa(20 kg/cm²)의 정수압을 30일 동안 가하여 시험 중 7일 간격으로 누설 및 균열 여부를 육안으로 검사한 결과 시험불가 및 정수압 시험시 누수된 제품을 제외하고는 20개의 헤드에 대해서 시험기준의 3주보다 짧은 5일간 장기 누수시험 결과 누수는 발생하지 않았다.
그리고, 헤드의 물리적 변화를 조사하기 위해 3주간의 강산화성 액체와 화학적 반응을 시킨 후 변화상태를 측정하기 위하여 헤드의 중량 변화를 마이크로 전자저울을 이용하여 측정한 결과 불산의 경우에는 중량이 0.205 g 감소하였고, Compact eco / 형광 X-선 분석기를 통하여 Ni-Cr 도금의 도막 두께 변화를 측정한 결과 도막 두께는 불산, 황산, 염산의 중량은 전체적으로 감소하였으나, 질산의 경우에는 20개 샘플 중에 8개가 LSL(Lower Specification Limit)을 만족하였다. 추가적으로 헤드의 기밀 유지에 가장 중요한 역할을 하는 스프링 시트의 재질별로 유동해석 프로그램 XFlow를 통해 스프링클러 헤드 조립과정에서 세트 스크류를 제조사에서 권장하는 높이의 75 % 이상일 경우에는 SUS 301과 Ni-Be 합금 모두 시트 높이의 75 % 조임시 인장강도(US 301 : 1,590 MPa, Ni-Be 합금 : 1,860 MPa)는 약 75 % 수준으로 확인되었다.
본 연구결과는 국내외 소방기계기구의 내구연한과 NFPA25(Standard for the Inspection, Testing, and Maintenance of Water-Based Fire Protection Systems)를 참조하여 화학물질을 취급하는 사업장에서 15년 이상 설치 운영중인 스프링클러 헤드에 대한 관리 방안을 제언하고, 화재시 스프링클러 미작동을 방지하고, 스프링클러 헤드의 부식에 의한 누수 사고로 수 백억원 이상 반도체 노광장비 수손 피해, 전기설비에 영향을 주어 전기 공급중단, 가스계소화설비 오동작으로 인한 피해가 발생할 수 있으므로 화학물질을 취급하거나 그 이외의 스프링클러를 운영하는 사업장에 피해를 최소화하는 중요한 데이터로 활용하기를 바란다.