4. 소화이론·소화설비

[해설]

분말소화약제는 종별 주성분이 다르며, 시험에서는 화학식으로 종을 구분한다.

• 제1종 NaHCO₃는 탄산수소나트륨(중탄산나트륨)이다.
• 제2종 KHCO₃는 탄산수소칼륨(중탄산칼륨)이다.
• 제3종 NH₄H₂PO₄는 제1인산암모늄이며 A·B·C급 화재에 모두 쓴다.
• 제4종은 탄산수소칼륨에 요소 (NH₂)₂CO를 섞은 약제다.

외우는 요령: 제1종은 나트륨, 제2종은 칼륨, 제3종은 인산암모늄, 제4종은 칼륨과 요소다. 혼동 주의: 제2종과 제4종에는 모두 KHCO₃가 들어가며, 요소가 있으면 제4종이다.

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17에 따르면 기타 소화설비의 능력단위는 용량이 클수록 커진다.

• 소화전용 물통은 8L가 0.3단위다.
• 수조는 물통 3개를 포함한 80L가 1.5단위, 물통 6개를 포함한 190L가 2.5단위다.
• 마른 모래는 삽 1개를 포함한 50L가 0.5단위다.
• 팽창질석·팽창진주암은 삽 1개를 포함한 160L가 1.0단위다.

외우는 요령: 물통 8L→0.3, 모래 50L→0.5, 질석 160L→1.0처럼 용량과 단위를 짝으로 기억한다.

[해설]

소요단위는 소화설비 설치 규모를 정하는 기준 단위로, 건축물은 용도(제조소·취급소 / 저장소)와 외벽 구조에 따라 1소요단위에 해당하는 연면적이 달라진다.

제조소·취급소는 외벽이 내화구조이면 100㎡, 내화구조가 아니면 그 절반인 50㎡가 1소요단위이고, 저장소는 내화구조 150㎡(내화구조가 아니면 75㎡)가 1소요단위이다.

①$\dfrac{300}{100}=3$
②$\dfrac{300}{50}=6$
③$\dfrac{300}{150}=2$

[해설]

소요단위는 위험물이면 지정수량의 10배를, 건축물이면 구조·용도별 기준면적을 1단위로 삼는다(위험물안전관리법 시행규칙 별표 17).

다이에틸에터는 특수인화물이어서 지정수량이 50L다.
2,000 / (50 × 10) = 4 소요단위

외벽이 내화구조가 아닌 저장소는 75m²가 1단위다.
1,500 / 75 = 20 소요단위

외벽이 내화구조인 제조소는 100m²가 1단위다.
1,500 / 100 = 15 소요단위

혼동 주의: 외벽이 내화구조인 저장소는 150m², 내화구조가 아닌 제조소는 50m²가 1단위다.

[해설]

옥외소화전설비의 수원은 설치개수에 13.5㎥를 곱해 산정하되, 설치개수가 4개 이상이면 4개로 보아 상한을 둔다.

①$13.5\times3=40.5\,\mathrm{m^3}$
②설치개수가 6개라도 4개로 적용하므로 $13.5\times4=54\,\mathrm{m^3}$

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17의 옥내소화전설비 기준으로, 일반 소방시설 기준보다 수치가 크다.

• 방호대상물 각 부분에서 호스접속구까지의 수평거리는 25m 이하다.
• 수원은 설치 개수가 가장 많은 층의 개수(5개 이상이면 5개)에 7.8m³를 곱한 양 이상이다.
• 방수압력은 노즐선단에서 350kPa 이상이다.
• 방수량은 노즐당 260L/min 이상이다.

7.8m³는 260L/min으로 30분 동안 방수하는 양(260 × 30 = 7,800L)이다. 혼동 주의: 화재안전기준(일반 소방시설)의 옥내소화전은 130L/min·0.17MPa이다.

[해설]

소화방법은 연소의 3요소(가연물·산소·점화원)와 연쇄반응 중 무엇을 없애느냐에 따라 냉각·질식·억제·제거소화로 구분된다.

• 냉각소화: 물의 큰 증발잠열로 열을 빼앗아 온도를 발화점 아래로 낮춘다.
• 질식소화: 산소 공급을 차단해(공기 중 산소농도를 낮춰) 연소를 정지시킨다.
• 억제(부촉매)소화: 연쇄반응을 화학적으로 방해한다.
• 제거소화: 밸브를 잠가 가연물 공급 자체를 끊는다.

[해설]

탄산수소염계 분말약제(제1·2종)는 가열되면 탄산염 + 이산화탄소 + 물로 1차 열분해되며, 이때 나오는 CO₂와 수증기가 질식·냉각 효과를 낸다.

①제1종(탄산수소나트륨): $2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O$
②제2종(탄산수소칼륨): $2KHCO_3 \rightarrow K_2CO_3 + CO_2 + H_2O$

[해설]

옥외탱크저장소가 소화난이도등급 I이 되는 기준은 ⓐ액표면적 40㎡ 이상, ⓑ지반면에서 탱크 옆판 상단까지 높이 6m 이상, ⓒ지중탱크·해상탱크로서 지정수량 100배 이상, ⓓ고체위험물을 저장하는 것으로서 지정수량 100배 이상이다(ⓐ·ⓑ는 제6류 위험물만 저장하는 것 등을 제외).

④황(지정수량 100kg) 14,000kg은 140배인 지중탱크, ⑤휘발유(지정수량 200L) 100,000L는 500배인 해상탱크로 모두 100배 이상이므로 등급 I에 해당한다.

①질산과 ③이황화탄소는 지중·해상탱크도 고체위험물 저장도 아니어서 배수 기준 자체가 적용되지 않고 액표면적·높이 조건도 제시되지 않았으며, ②과산화수소는 액표면적이 40㎡여도 제6류 위험물이라 액표면적 기준에서 제외된다.

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준에서 정한 이산화탄소 불활성가스소화설비 기준이다. 저압식은 약제를 냉각해 낮은 압력으로 저장하므로 방사압력 기준도 고압식의 절반이다.

• 분사헤드 방사압력은 고압식 2.1MPa 이상, 저압식 1.05MPa 이상이다.
• 저압식 저장용기의 압력경보장치는 2.3MPa 이상의 고압과 1.9MPa 이하의 저압에서 작동한다.
• 저압식 저장용기의 자동냉동기는 용기 내부를 영하 20℃ 이상 영하 18℃ 이하로 유지한다.

외우는 요령: 경보는 위 2.3·아래 1.9, 온도는 영하 18~20℃로 짝지어 기억한다.

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17의 소화설비 적응성 표에서 나온다. 보기의 제1류 중 알칼리금속과산화물은 물·이산화탄소와 격렬히 반응하므로 세 설비 모두에 적응성이 없다.

• 불활성가스 소화설비 — 산소를 차단하는 질식소화라서 제2류 중 인화성 고체와 제4류에만 적응한다.
• 옥외소화전설비 — 물을 쏘는 방식이라 금수성이 아닌 제3류, 제5류, 제6류, 인화성 고체에 적응하지만, 기름이 물에 떠 번지는 제4류는 제외된다.
• 포소화설비 — 거품이 질식과 냉각을 함께 해서 제4류까지 포함해 인화성 고체, 금수성이 아닌 제3류, 제5류, 제6류에 적응한다.

외우는 요령: 불활성가스는 “인화성 고체와 제4류”, 물 계열(옥내·옥외소화전)은 “제4류 빼고”, 포는 “물 계열에 제4류를 더한 것”이다.

[해설]

같은 장소라도 건축물과 저장 위험물의 소요단위를 따로 구한다. 건축물은 기준면적 대비 연면적으로, 위험물은 지정수량 배수의 합을 10으로 나눠 산정한다.

①외벽이 내화구조인 저장소는 150㎡가 1소요단위이므로 $\dfrac{150}{150}=1$소요단위이다.

②지정수량 배수는 특수인화물 $\dfrac{500}{50}=10$, 에탄올 $\dfrac{1000}{400}=2.5$, 등유 $\dfrac{1500}{1000}=1.5$, 동식물유류 $\dfrac{20000}{10000}=2$로 합이 16배이고, $\dfrac{16}{10}=1.6$이므로 올림하여 2소요단위가 된다.

[해설]

옥내소화전 수원은 층별 개수를 모두 더하는 것이 아니라 설치개수가 가장 많은 층의 개수(5개 이상이면 5개)에 7.8㎥를 곱해 구한다.

①총 4개라도 최다층인 2층이 3개이므로 $3\times7.8=23.4\,\mathrm{m^3}$
②총 7개이고 최다층이 6개지만 상한 5개를 적용해 $5\times7.8=39\,\mathrm{m^3}$

[해설]

나트륨은 제3류 금수성물질이다. 물과 반응해 수소를 내므로 물·포를 뿌리는 설비는 쓸 수 없다.

금수성물질에 적응성이 있는 것은 탄산수소염류 분말, 건조사, 팽창질석·팽창진주암뿐이다.

• 팽창질석 — 가열해 부풀린 광물 알갱이로, 표면을 덮어 공기를 차단한다.
• 건조사 — 마른 모래로 덮어 질식소화한다.

혼동 주의: 불활성가스소화설비와 인산염류 분말은 금수성물질에 적응성이 없다. 특히 CO₂는 고온의 나트륨과 반응한다.

[해설]

위험물안전관리법의 옥내소화전 압력수조 방식은 수조 압력만으로 물을 보내므로, 필요 압력을 P = p₁ + p₂ + p₃ + 0.35MPa로 구한다.

• C(호스 마찰손실수두압) — 소방용 호스를 지나며 잃는 압력이다.
• D(배관 마찰손실수두압) — 배관을 지나며 잃는 압력이다.
• F(낙차 환산수두압) — 높이 차이를 압력으로 바꾼 값이다.
• H(0.35MPa) — 노즐 끝에서 확보해야 하는 방수압력이다.

혼동 주의: 식의 단위가 MPa이므로 m 단위인 A·B·E·G는 답이 될 수 없다. 고가수조 방식은 m 단위로 H = h₁ + h₂ + 35m를 쓰니 구분해서 외운다.

[해설]

하론 번호는 앞자리부터 탄소·불소·염소·브로민의 원자 수를 뜻하므로, 1301은 C 1개·F 3개·Cl 0개·Br 1개가 된다.

①$\mathrm{CF_3Br}$
②IG-100은 질소 100%인 불활성가스이므로 $\mathrm{N_2}$
③제2종 분말소화약제는 탄산수소칼륨이므로 $\mathrm{KHCO_3}$(제1종은 $\mathrm{NaHCO_3}$)

[해설]

위험물제조소등의 소화설비 적응성 표는 소화전설비, 물분무등소화설비, 분말소화설비 등의 계통으로 구성된다.

• ①옥내소화전설비, ②옥외소화전설비
• 물분무등소화설비에 속하는 ③물분무소화설비, ④포소화설비(그 밖에 불활성가스·할로젠화합물소화설비 등)
• ⑤분말소화설비는 약제에 따라 인산염류등 / 탄산수소염류등 / 그 밖의 것으로 세분된다.

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준에 따라 할로젠화합물소화설비 분사헤드의 방사압력은 약제별로 다르다.

• 하론 2402는 0.1MPa 이상 — 상온에서 액체라 낮은 압력으로도 방사된다.
• 하론 1211은 0.2MPa 이상이다.
• 하론 1301은 0.9MPa 이상 — 증기압이 높은 기체 약제라 기준도 가장 높다.

외우는 요령: 2402·1211·1301 순서로 0.1·0.2·0.9MPa이며, 하론 1301만 크게 높다.

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17에서 불활성가스 소화설비는 제2류 중 인화성 고체와 제4류에만 적응성이 있다. 산소 농도를 낮추는 질식소화가 원리이기 때문이다.

제1류·제6류(산화성)와 제5류(자기반응성)는 스스로 산소를 공급하므로 질식이 통하지 않는다. 제3류는 금수성 물질이 섞여 있어 적응성이 인정되지 않는다.

외우는 요령: 불활성가스와 할로젠화합물 소화설비는 “인화성 고체와 제4류(와 전기설비)”만 담당한다.

[해설]

제3류 위험물 중 금수성물질을 제외한 것(황린 등)은 물과 위험한 반응을 하지 않으므로 주수 계통 소화설비를 폭넓게 쓸 수 있다. 황린은 오히려 물속에 보관하는 품목이다.

• 옥내소화전설비
• 옥외소화전설비
• 스프링클러설비
• 물분무소화설비
• 포소화설비

반대로 같은 제3류라도 금수성물질에는 탄산수소염류 분말, 건조사, 팽창질석·팽창진주암만 적응성이 있다.

[해설]

제5류 위험물은 분자 안에 산소를 가진 가연성 물질이라 외부 공기가 없어도 연소가 이어지는 자기연소(내부연소)를 한다.

그래서 산소를 끊는 질식소화나 소량의 소화약제로는 반응을 멈출 수 없고, 다량의 물을 부어 온도를 발화점 아래로 떨어뜨리는 냉각소화가 유효하다.

[해설]

건축물과 저장 위험물의 소요단위를 각각 구하는 유형으로, 건축물은 기준면적 대비 연면적, 위험물은 지정수량 배수의 합 ÷ 10으로 계산한다.

①외벽이 내화구조인 저장소는 150㎡가 1소요단위이므로 $\dfrac{150}{150}=1$

②$\dfrac{500}{50}+\dfrac{1000}{400}+\dfrac{1500}{1000}+\dfrac{20000}{10000}=10+2.5+1.5+2=16$배
③$\dfrac{16}{10}=1.6$
④소요단위는 올림하여 2소요단위가 된다.

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17에서는 물과 반응해 위험해지는 품목에 보기의 네 설비를 모두 적응성 없음으로 정한다.

• 탄화칼슘 — 제3류 금수성 물품으로, 물과 반응해 아세틸렌을 낸다.
• 과산화나트륨 — 제1류 알칼리금속과산화물로, 물과 반응해 산소를 내며 발열한다.
• 인화성 고체 — 물과 반응하지 않아 네 설비 모두에 적응한다.
• 철분 — 별표 17에서 철분·금속분·마그네슘으로 따로 구분하는 제2류 품목으로, 물과 반응해 수소를 낸다.
• 과산화수소 — 제6류로 물 계열 설비에는 적응하지만 불활성가스소화설비에는 적응하지 않는다.

외우는 요령: 보기 가운데 불활성가스소화설비는 인화성 고체와 제4류, 전기설비에만 적응한다.

[해설]

하론 번호는 C·F·Cl·Br의 원자 수를 뜻한다. HFC 번호는 번호에 90을 더한 값의 각 자리가 C·H·F의 원자 수다.

• Halon 2402 = C₂F₄Br₂ → 다이브로모테트라플루오로에탄.
• Halon 1211 = CF₂ClBr → 브로모클로로다이플루오로메탄.
• Halon 1301 = CF₃Br → 브로모트라이플루오로메탄.
• HFC-23 → 23+90=113 → CHF₃, 트라이플루오로메탄.
• HFC-125 → 125+90=215 → C₂HF₅, 펜타플루오로에탄.

외우는 요령: 탄소가 1개면 '메탄', 2개면 '에탄'이 붙는다. 이름의 다이·트라이·테트라·펜타는 각각 원자 2·3·4·5개를 뜻한다.

[해설]

화재는 가연물에 따라 A급(일반화재)·B급(유류화재)·C급(전기화재)으로 나뉜다.

• A급 — 종이·나무·고무·일반섬유는 타고 나서 재가 남는 일반 가연물이다.
• B급 — 등유·알코올은 인화성 액체로, 타고 나서 재가 남지 않는다.
• C급 — 보기에 통전 중인 전기설비가 없으므로 해당없음이다.

혼동 주의: 금속화재(D급)와 주방화재(K급)는 따로 분류한다.

[해설]

분말소화약제는 종별로 주성분이 정해져 있다. 제1·2종은 탄산수소염류이고, 제3종은 인산염류다.

• 제1종 — 탄산수소나트륨 NaHCO₃.
• 제2종 — 탄산수소칼륨 KHCO₃.
• 제3종 — 제1인산암모늄 NH₄H₂PO₄로, A·B·C급 화재에 모두 쓰여 ABC 분말이라고 부른다.

혼동 주의: 제4종은 탄산수소칼륨과 요소가 반응해 만든 약제다.

[해설]

자동화재탐지설비 및 시각경보장치의 화재안전기술기준(NFTC 203)의 경계구역 기준으로, 불이 난 위치를 빨리 특정하도록 한 구역의 크기를 제한한다.

• 2개 층 예외 — 원칙은 한 경계구역이 2개 층에 걸치지 않는 것이지만, 면적 500m² 이하면 2개 층을 한 구역으로 묶을 수 있다.
• 면적 한도 — 한 경계구역은 600m² 이하로 한다.
• 한 변의 길이 — 원칙은 50m 이하이고, 광전식분리형 감지기는 빛이 멀리 가므로 100m 이하까지 허용한다.
• 면적 완화 — 주요 출입구에서 내부 전체가 보이면 1,000m² 이하까지 늘릴 수 있다.

외우는 요령: 층 예외는 500, 기본은 600, 다 보이면 1,000이다.

[해설]

위험물 분말소화설비의 가압·축압용 가스는 위험물안전관리에 관한 세부기준에서 질소 또는 이산화탄소로 정하며, 약제와 반응하지 않는 불연성 기체라 압력원으로 쓴다.

• 질소 — 가압용으로 쓰면 약제 1kg당 35℃·0MPa 환산 40L 이상을 둔다.
• 질소의 배관 청소량 — 방출 뒤 배관에 남은 분말을 불어내는 양을 40L에 더한다.
• 이산화탄소의 배관 청소량 — 약제 1kg당 20g에 같은 배관 청소량을 더한다.

혼동 주의 — 질소는 부피(L), 이산화탄소는 질량(g)으로 정하고 두 가스 모두 배관 청소량을 더한다.

[해설]

할론 번호는 C·F·Cl·Br 원자 수를 순서대로 적은 것이고, HFC·FK 계열은 대체 청정소화약제다.

• Halon 2402 — 탄소 2·불소 4·염소 0·브로민 2라서 C₂F₄Br₂이다.
• Halon 1211 — 탄소 1·불소 2·염소 1·브로민 1라서 CF₂ClBr이다.
• HFC-23 — 트리플루오로메탄 CHF₃이다.
• HFC-125 — 펜타플루오로에탄 CHF₂CF₃이다.
• FK-5-1-12 — 불소화 케톤 C₆F₁₂O이다.

혼동 주의: 할론 번호 중 셋째 자리는 염소라서 Halon 1301은 염소 없이 CF₃Br이다.

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1은 제4류 석유류를 1기압에서의 인화점 구간으로 나눈다. 인화점이 낮을수록 불이 잘 붙어 앞 번호가 된다.

• 제1석유류 — 인화점 21℃ 미만(아세톤·휘발유 등).
• 제2석유류 — 21℃ 이상 70℃ 미만(등유·경유 등).
• 제3석유류 — 70℃ 이상 200℃ 미만(중유·크레오소트유 등).
• 제4석유류 — 200℃ 이상 250℃ 미만(기어유·실린더유 등).

도료류처럼 가연성 액체량이 40중량% 이하이고 인화점 40℃·연소점 60℃ 이상인 것은 위험성이 낮아 제2석유류에서 뺀다. 경계값 21·70·200·250℃는 앞 구간의 상한이 곧 다음 구간의 하한이다.

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 이동탱크저장소 주입설비 기준은 위험물을 옮겨 담을 때 새지 않게 하고 정전기 불꽃을 막는 데 목적이 있다.

• 주입호스 — 내경 23mm 이상이고 0.3MPa 이상의 압력에 견뎌야 한다.
• 설비 길이 — 50m 이내로 제한한다.
• 정전기 제거장치 — 흐르는 유체의 마찰로 끝부분에 쌓인 정전기를 없애 방전 착화를 막는다.
• 분당 배출량 — 200L 이하로, 유속이 빨라질수록 정전기가 늘기 때문이다.

외우는 요령: 23mm·0.3MPa는 호스 규격, 50m·200L는 정전기 관리용 숫자로 묶는다.

[해설]

질산에스터류는 알코올의 -OH가 질산과 에스터 결합을 이룬 물질로, 보기 중 나이트로글리세린만 해당한다. 트라이나이트로톨루엔·트라이나이트로페놀·다이나이트로벤젠은 나이트로화합물, 과산화벤조일은 유기과산화물이다.

나이트로글리세린은 상온에서 액체지만 겨울철에 얼기 쉽고, 분해하면 탄소 12개가 모두 이산화탄소가 된다.
4C₃H₅(ONO₂)₃ → 12CO₂ + 10H₂O + 6N₂ + O₂

산소 원자 수도 좌변 4×9=36개, 우변 24+10+2=36개로 맞는다.

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준에서 할로겐화물소화설비 약제로 정한 하론계 약제는 하론2402·하론1211·하론1301 세 가지다.

이 세 가지는 모두 제2류 인화성고체 저장소의 전역방출방식에 쓸 수 있으므로 하나만 쓰면 된다. 이동식 할로겐화물소화설비도 같은 세 가지 하론 약제만 쓸 수 있다.

혼동 주의: HFC-23·HFC-125·FK-5-1-12 같은 대체약제는 전역·국소방출방식에 쓰일 뿐 이동식에는 쓸 수 없다.

[해설]

㉠은 제1류 중 알칼리금속 과산화물만 물과 격렬히 반응하므로 그 밖의 것은 주수소화가 가능하고, ㉢은 제6류가 폭발 위험이 없는 장소에 한해 이산화탄소 소화기 적응성이 인정되며, ㉣의 건조사(마른 모래)는 모든 유별 위험물에 적응성이 인정되는 소화수단이라 셋 다 옳다.

㉡이 틀린 이유는 마그네슘이 이산화탄소와도 반응해(2Mg + CO2 → 2MgO + C) 오히려 연소를 조장하므로 CO2 소화기를 쓸 수 없기 때문이고, ㉤이 틀린 이유는 에탄올의 비중(약 0.79)이 물보다 낮고 수용성이어서 오히려 물로 희석소화가 가능하기 때문이다.

[해설]

물이 수증기가 되며 흡수하는 열은 온도 상승분인 현열과 상변화분인 잠열을 합한 값이다(물의 비열 1kcal/kg·℃).

현열:
Q₁ = m·c·Δt = 10 × 1 × (100 − 20) = 800kcal
잠열:
Q₂ = m·γ = 10 × 539 = 5,390kcal

총 흡수열량:
Q = 800 + 5,390 = 6,190kcal

[해설]

제2종 분말은 탄산수소칼륨(KHCO₃), 제3종 분말은 제1인산암모늄(NH₄H₂PO₄)이 주성분이다. 제3종은 A·B·C급 화재에 모두 쓸 수 있다.

IG 계열은 불연성 기체로 산소농도를 낮춰 불을 끄는 불활성가스 소화약제다. IG 뒤의 숫자는 N₂·Ar·CO₂ 비율을 십의 자리로 반올림해 차례로 적은 것이다.

• IG-55 — N₂ 50%, Ar 50%.
• IG-541 — N₂ 52%, Ar 40%, CO₂ 8%.
• IG-100 — N₂ 100%.

혼동 주의: 제1종 분말은 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이고, IG-01은 아르곤 100%다.

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17의 소화설비 적응성 표에 따른 것으로, 물을 쓰는 설비인지 가스를 쓰는 설비인지가 핵심이다.

• 옥내·옥외소화전 — 물로 냉각소화하므로 금수성 물질(알칼리금속과산화물, 철분·금속분·마그네슘, 금수성 3류)을 뺀 제1·2·3류 그 밖의 것과 제2류 인화성고체, 제5·6류에 적응한다.
• 물분무소화설비 — 미세한 물방울이라 전기가 통하기 어렵고 유면을 덮어 식히므로 전기설비와 제4류가 추가된다.
• 불활성가스·할로겐화합물 — 질식·억제소화라 위험물 중에서는 제2류 인화성고체와 제4류에만 적응한다.

혼동 주의: 옥내·옥외소화전은 봉상주수라서 기름이 퍼지므로 제4류와 전기설비에는 적응성이 없다.