2021년 위험물산업기사실기 3회

[해설]

TNT(트라이나이트로톨루엔)는 톨루엔의 나이트로화 반응으로 만든다. 진한 질산이 나이트로기(-NO₂)를 공급하고, 진한 황산은 촉매이자 탈수제로 작용한다.

톨루엔 1mol에 질산 3mol이 반응해 벤젠고리의 수소 3개가 나이트로기로 바뀌고 물 3mol이 생긴다.
C₆H₅CH₃ + 3HNO₃ ―(H₂SO₄)→ C₆H₂CH₃(NO₂)₃ + 3H₂O

TNT는 제5류 위험물 중 나이트로화합물에 속한다.

[해설]

탱크 용량은 내용적 − 공간용적이다. 공간용적은 내용적의 5~10%이므로 최대 용량은 가장 작은 공간용적인 5%를 빼서 구한다(단서 조건에 따라 소화약제방출구 기준 용적은 따지지 않는다).

양쪽이 볼록한 가로형 원통형 탱크의 내용적은 다음과 같다.
V = πr² × (l + (l₁+l₂)/3)
= π×2²×(5 + (1.5+1.5)/3) = 24π ≈ 75.398 m³

최대 용량 = 75.398 × 0.95 ≈ 71.628 m³
1 m³ = 1,000 L 이므로 71,628.312 L

①: 제1종 분말소화약제 NaHCO₃
②: 제2종 분말소화약제 KHCO₃
③: 제3종 분말소화약제 NH₄H₂PO₄
④: 제4종 분말소화약제 KHCO₃ + (NH₂)₂CO

[해설]

분말소화약제는 주성분에 따라 제1종~제4종으로 나뉘며, 착색으로 서로 구분한다.

• 제1종은 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이며 백색이다.
• 제2종은 탄산수소칼륨(KHCO₃)이며 담회색이다.
• 제3종은 제일인산암모늄(NH₄H₂PO₄)이며 담홍색이다.
• 제4종은 탄산수소칼륨과 요소((NH₂)₂CO)를 섞은 것이며 회색이다.

혼동 주의: 제3종만 A·B·C급 화재에 모두 쓰이고, 나머지는 B·C급용이다.

①: 10kg
②: 석유류(등유, 경유, 유동파라핀) 중 1가지
③: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

[해설]

금속나트륨은 위험물안전관리법 시행령 별표 1의 제3류(자연발화성 및 금수성 물질)로, 칼륨·알킬알루미늄·알킬리튬과 함께 지정수량이 10kg이다.

공기 중 수분·산소와 닿지 않도록 등유·경유·유동파라핀 같은 석유류 속에 보관한다.

물과 격렬히 반응해 수산화나트륨과 가연성 수소를 내고 열을 낸다.
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

①: CaC₂ (탄화칼슘)
②: CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂
③: 아세틸렌 완전연소반응식 → 2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O

[해설]

지정수량 300kg(칼슘 또는 알루미늄의 탄화물), 분자량 64(40 + 12×2), 석회질소 생성이라는 조건에 맞는 물질은 탄화칼슘(CaC₂, 카바이드)이다.

물과 반응하면 수산화칼슘과 가연성 가스인 아세틸렌(C₂H₂)이 생긴다.
CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂

아세틸렌이 완전연소하면 CO₂와 H₂O가 된다.
2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O

참고로 문제의 단서인 석회질소는 고온에서 질소와 반응해 생긴다(CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C).

[해설]

제3류 위험물인 금속 탄화물은 물과 반응해 금속 수산화물과 가연성 기체를 내며, 금속에 따라 나오는 기체가 다르다.

탄화알루미늄은 물과 반응해 수산화알루미늄과 메탄(CH₄)을 낸다.
Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄↑

탄화칼슘(카바이드)은 물과 반응해 수산화칼슘과 아세틸렌(C₂H₂)을 낸다.
CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂↑

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17에 따라 옥외소화전설비의 수원은 설치개수에 13.5m³를 곱해 구한다. 설치개수가 4개 이상이면 4개로 계산한다.

3개 설치:
수원 = 13.5 × 3
= 40.5m³

6개 설치(4개로 산정):
수원 = 13.5 × 4
= 54m³

혼동 주의: 옥내소화전설비는 7.8m³에 최대 5개를 곱한다.

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 2에 따라 옥외저장소에는 노천에 저장해도 위험이 비교적 작은 위험물만 저장할 수 있다.

• 제2류 중에서는 황과 인화성고체(인화점 0℃ 이상인 것)를 저장할 수 있다.
• 제4류 중에서는 제1석유류(인화점 0℃ 이상인 것)·알코올류·제2석유류·제3석유류·제4석유류·동식물유류를 저장할 수 있다.
• 제6류인 질산·과염소산·과산화수소를 저장할 수 있다.

혼동 주의: 인화성고체와 제1석유류는 인화점 0℃ 이상인 것만 허용되므로 아세톤(인화점 -18℃)은 저장할 수 없다.

[해설]

위험도는 H = (U − L) ÷ L로 구한다. 연소범위가 넓고 하한(L)이 낮을수록 위험도가 커진다.

[보기] 중 특수인화물인 다이에틸에터의 연소범위가 1.9~48%로 가장 넓다.
H = (48 − 1.9) ÷ 1.9
H ≈ 24.26

혼동 주의: 다이에틸에터의 연소범위 하한은 출처에 따라 1.7~1.9%로 다르다. 국내 위험물 시험에서는 1.9~48%를 기준으로 쓴다.

[해설]

단백질과 크산토프로테인 반응을 해 노랗게 변하고, 빛에 분해되어 갈색병에 보관하는 제6류 위험물은 질산(HNO₃)이다.

• 지정수량 — 제6류는 모든 품명이 300kg이다.
• 위험등급 — 제6류는 모두 위험등급 I이다.
• 분류 조건 — 질산은 비중 1.49 이상인 것만 위험물로 본다.

질산은 빛을 받으면 적갈색 이산화질소를 내며 분해하므로 빛을 막아 서늘한 곳에 보관한다.
4HNO₃ → 4NO₂ + 2H₂O + O₂

[해설]

제1류 위험물은 법령상 산화성 고체로 분류된다.

• 무기화합물 — 염소산염류·과산화물·질산염류처럼 금속과 산소산의 염이 대부분이다.
• 산화체 — 분자 속 산소를 내놓아 다른 가연물의 연소를 돕는다(자신은 불연성).
• 고체 — 분류 명칭 자체가 '산화성 고체'다.

혼동 주의: 유기화합물·낮은 인화점은 제4류(인화성 액체)나 제5류의 특징이며, 제1류는 불연성이라 인화점이 없다.

①: 에탄(C₂H₆)
②: (C₂H₅)₃Al + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3C₂H₆
③: 2(C₂H₅)₃Al + 21O₂ → 12CO₂ + Al₂O₃ + 15H₂O

[해설]

트리에틸알루미늄은 제3류 위험물(알킬알루미늄)이다. 물과 격렬히 반응해 가연성 기체인 에탄을 내므로 물로 소화하면 안 된다.

물과 반응하면 에틸기(C₂H₅)가 수소를 받아 에탄이 되고, 알루미늄은 수산화알루미늄으로 남는다.
(C₂H₅)₃Al + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3C₂H₆

연소하면 탄소는 이산화탄소, 수소는 물, 알루미늄은 흰 연기로 보이는 산화알루미늄이 된다.
2(C₂H₅)₃Al + 21O₂ → 12CO₂ + Al₂O₃ + 15H₂O

혼동 주의: 트리메틸알루미늄은 물과 반응하면 에탄이 아니라 메탄을 낸다.

①: 샐
②: 50m
③: 정전기
④: 200L
⑤: 23mm
⑥: 0.3MPa

[해설]

이동탱크저장소 주입설비 기준(시행규칙 별표10)
· 위험물이 샐 우려가 없고 화재예방상 안전한 구조로 할 것
· 주입설비의 길이는 50m 이내로 하고, 끝부분에 축적되는 정전기를 제거하는 장치를 설치할 것
· 분당 배출량은 200L 이하로 할 것
· 주입호스는 내경 23mm 이상, 0.3MPa 이상의 압력에 견딜 수 있는 것으로 하고 필요 이상으로 길게 하지 말 것

[해설]

[보기]는 위험물안전관리법 시행규칙 별표 18에서 제5류 위험물(자기반응성물질)에 적용하는 저장·취급 기준이다. 제5류는 가열·충격·마찰만으로도 스스로 분해·폭발하므로 불씨와 충격을 모두 피해야 한다.

• 혼재 가능 유별 — 별표 19 혼재 기준표에서 제5류는 제2류·제4류와 함께 운반할 수 있다.
• 운반용기 주의사항 — 제5류는 화기엄금과 충격주의를 표시한다.
• 지정수량 최소 품명 — 현행 별표 1은 제5류 모든 품명을 제1종 10kg·제2종 100kg으로 똑같이 정해 품명 간 차이가 없다.

개정 주의: 옛 기준에서는 품명별 지정수량이 달라 유기과산화물·질산에스터류(10kg)가 답이었지만, 현행 기준으로는 이 소문항이 성립하지 않는다.

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 8(지하탱크저장소 기준)에 정한 이격·매설 수치다.

• 탱크전용실 이격 0.1m — 주변 벽·피트·가스관·대지경계선과 띄워 누설 시 영향을 줄인다.
• 탱크 윗부분 매설깊이 0.6m — 지면의 하중·충격이 탱크에 직접 전달되지 않게 한다.
• 탱크 상호간격 1m — 용량 합계가 지정수량 100배 이하이면 0.5m로 완화된다.
• 콘크리트 구조물 20cm — 사이에 탱크전용실 벽이나 두께 20cm 이상 콘크리트 구조물이 있으면 간격 기준을 적용하지 않는다.

혼동 주의: 탱크와 탱크전용실 안쪽 사이 간격도 0.1m 이상이며, 전용실의 벽·바닥 두께는 0.3m 이상이다.

[해설]

위험등급 II에 해당하는 것만 골라 지정수량 배수를 더해야 하는데, 황(제2류, 지정수량 100kg)과 질산염류(제1류, 지정수량 300kg)가 이에 해당하고 나트륨(I등급)·등유(III등급)·철분(III등급)은 제외된다.

지정수량 배수는 각 저장량을 지정수량으로 나눈 값을 모두 더해 구하므로 $\dfrac{100}{100}+\dfrac{600}{300}=1+2=3$ 배가 된다.

[해설]

알코올은 산화되면 알데하이드 → 카복실산 순으로 바뀌고, 환원되면 반대 방향으로 돌아간다.

• a — 메탄올 → 폼알데하이드 다음 단계는 의산(폼산), HCOOH이다.
• b — 에탄올과 아세트산 사이의 알데하이드는 아세트알데하이드, CH₃CHO이다.
• 지정수량 — 의산은 제2석유류 수용성으로 2,000L, 아세트알데하이드는 특수인화물로 50L이므로 아세트알데하이드가 더 작다.

아세트알데하이드가 완전연소하면 이산화탄소와 물이 생긴다.
2CH₃CHO + 5O₂ → 4CO₂ + 4H₂O

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 옥내탱크저장소 기준으로, 펌프실은 불이 번지지 않게 하고 새어 나온 위험물을 모으도록 짓는다.

• 지붕 — 상층이 없으면 불연재료로 덮는다.
• 출입구 — 갑종(현 60분+·60분)방화문 또는 을종(현 30분)방화문을 단다.
• 불연재료 턱 — 탱크전용실에 펌프설비를 두면 주위에 높이 0.2m 이상으로 둘러 누출액이 번지지 않게 한다.
• 집유설비 — 바닥 최저부에 두어 새어 나온 액상 위험물을 한곳에 모은다.
• 망입유리 — 철망이 든 유리라 불에 깨져도 조각이 떨어지지 않는다.

혼동 주의: 갑종·을종 방화문은 개정 후 60분+·60분방화문과 30분방화문으로 이름만 바뀌었다.

①: 1배 → 3m 이상
②: 5배 → 3m 이상
③: 10배 → 3m 이상
④: 20배 → 5m 이상
⑤: 200배 → 5m 이상

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 4에 따라 제조소 보유공지는 지정수량 배수 10배를 경계로 두 단계뿐이다.

• 10배 이하(1배·5배·10배) — 공지 너비 3m 이상.
• 10배 초과(20배·200배) — 공지 너비 5m 이상.

10배는 '이하'에 들어가 3m라는 점이 자주 틀리는 포인트다. 혼동 주의: 옥내저장소·옥외탱크저장소는 배수 구간이 더 잘게 나뉘므로 제조소 기준과 섞지 않는다.

[해설]

삼황화인과 오황화인은 인(P)과 황(S)이 결합한 제2류 황화인이어서 연소하면 둘 다 오산화인(P₂O₅)과 이산화황(SO₂)이 생긴다.

삼황화인
P₄S₃ + 8O₂ → 2P₂O₅ + 3SO₂

오황화인
2P₂S₅ + 15O₂ → 2P₂O₅ + 10SO₂

적린은 P₂O₅만, 황은 SO₂만, 철과 마그네슘은 금속산화물만 생기므로 짝이 되지 않는다.