2022년 위험물기능장실기(필답형) 제72회

(1) ㉠ 내화구조 ㉡ 연소 ㉢ 내화구조

(2) ㉣ 60분+방화문·60분방화문 또는 30분방화문

(3) 염소산칼륨, 황, 경유

[해설]

판매취급소는 점포에서 용기에 든 위험물을 그대로 파는 시설로, 지정수량 20배 이하가 제1종, 20배 초과 40배 이하가 제2종이다. 취급량이 많은 만큼 제2종은 건축물 기준이 한 단계 강화된다.

(1)·(2) 제2종 판매취급소는 벽·기둥·바닥·보를 내화구조 또는 불연재료로 하고, 상층이 있으면 상층의 바닥을 내화구조로 하면서 상층으로의 연소를 막는 조치를 하며, 상층이 없으면 지붕을 내화구조로 한다. 창은 연소의 우려가 없는 부분에만 둘 수 있고, 그 창과 출입구에는 60분+방화문·60분방화문 또는 30분방화문을 설치한다. 제1종에서 "지붕을 내화구조 또는 불연재료로" 할 수 있던 것이 제2종에서는 내화구조로 못박히는 점이 대비 포인트다.

(3) 위험물안전관리법 시행규칙 별표 18은 판매취급소의 배합실에서 배합하거나 옮겨 담을 수 있는 위험물을 다음 네 가지로 한정한다.

· 도료류

· 제1류 위험물 중 염소산염류 및 염소산염류만을 함유한 것

· 황

· 인화점이 38[℃] 이상인 제4류 위험물

이 목록에 [보기]를 대보면 이렇게 갈린다.

제4류는 품명이 아니라 인화점 38[℃]가 잣대다. 톨루엔과 벤젠은 인화점이 상온보다 한참 낮아 배합실에서 다룰 수 없고, 경유는 인화점이 50[℃] 이상이라 허용된다. 따라서 답은 염소산칼륨, 황, 경유 세 가지다.

덧붙여 [보기]의 수량은 배수 합이 $\dfrac{500}{50} + \dfrac{1{,}000}{100} + \dfrac{2{,}000}{200} + \dfrac{200}{200} + \dfrac{1{,}000}{1{,}000} = 32$배로 제2종 판매취급소의 상한인 40배 이하에 들어온다. 조건 자체가 앞뒤가 맞게 짜여 있다.

① 배출장소의 용적 : $V = 8 \times 6 \times 4 = 192\ \mathrm{m^3}$

② 배출능력 : $192 \times 20 = 3{,}840\ \mathrm{m^3/h}$

답 : 3,840$\mathrm{m^3/h}$ 이상

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 4에 따르면 제조소 배출설비는 국소방식이 원칙이다. 배출능력은 1시간당 배출장소 용적의 20배 이상이어야 한다.

배출장소 용적
V = 8 × 6 × 4 = 192 m³

배출능력
192 × 20 = 3,840 m³/h 이상

혼동 주의: 전역방식은 높이를 쓰지 않고 바닥면적 1 m²당 18 m³/h 이상으로 계산한다.

① 균열이 확인된 경우에는 불합격으로 할 것

② 선상 및 원형상의 결함크기가 4[mm]를 초과할 경우에는 불합격으로 할 것

③ 2 이상의 결함지시모양이 동일 선상에 연속해서 존재하고 상호 간의 간격이 2[mm] 이하인 경우에는 상호 간의 간격을 포함하여 연속된 하나의 결함지시모양으로 볼 것

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준의 침투탐상시험 판정기준이다. 결함지시모양은 결함에 스며든 침투액이 표면에 드러나 보이는 자국을 말한다.

• 균열은 크기와 상관없이 확인되기만 하면 불합격이다.
• 선상·원형상 결함은 크기가 4 mm를 넘으면 불합격이다.
• 결함지시모양이 같은 선 위에 간격 2 mm 이하로 이어지면, 간격까지 포함해 하나의 결함으로 보고 다시 잰다.

참고로 2,500 mm² 사각형 안에서 1 mm를 넘는 결함 길이의 합이 8 mm를 넘으면 불합격이라는 기준도 있어, 셋 중 하나 대신 써도 된다.

11,550[kg]

[해설]

희석소화에서는 물을 아무리 부어도 용질(과산화수소)의 질량은 그대로이고 전체 질량만 늘어난다.

용질 질량 = 300 × 0.8 = 240[kg]
3[wt%]가 되는 전체 질량 = 240 ÷ 0.03 = 8,000[kg]
이론 소화수량 = 8,000 − 300 = 7,700[kg]
준비 소화수량 = 7,700 × 1.5 = 11,550[kg]

혼동 주의: 이미 들어 있던 수용액 300[kg]을 빼지 않고 8,000[kg]에 1.5를 곱하면 12,000[kg]이 되어 틀린다.

(1) $4HNO_3 \rightarrow 2H_2O + 4NO_2 + O_2$

(2) $2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$

(3) $BrF_3$

[해설]

제6류 위험물(산화성 액체)은 스스로 타지 않지만 분해하면서 산소를 내놓아 다른 물질의 연소를 돕는다.

질산은 빛이나 열을 받으면 물, 적갈색 이산화질소, 산소로 분해한다.
4HNO₃ → 2H₂O + 4NO₂ + O₂

과산화수소는 상온에서도 서서히 물과 산소로 분해한다.
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

할로젠간화합물은 서로 다른 할로젠 원소끼리 결합한 물질이며, 삼플루오린화브로민 BrF₃가 대표적이다. BrF₅와 IF₅도 같은 부류에 속한다.

혼동 주의: 과산화수소 분해를 빠르게 하는 정촉매는 MnO₂이고, 분해를 늦추려고 넣는 안정제는 인산·요산이다.

(1) 1.5 이상 1.9 이하

(2) 1.1 이상 1.4 이하

(3) 0.51 이상 0.67 이하

(4) 0.67 이상 2.75 이하

(5) 1.2 이상 1.5 이하

[해설]

충전비는 저장용기의 내용적[L]을 충전된 소화약제의 무게[kg]로 나눈 값이다.

$\text{충전비} = \dfrac{\text{용기의 내용적}\,[\mathrm{L}]}{\text{약제의 중량}\,[\mathrm{kg}]}$

값이 클수록 같은 무게의 약제를 더 큰 용기에 담는다는 뜻이라 용기 내부 압력이 낮아진다. 위험물안전관리법령은 약제별·저장방식별로 충전비의 상·하한을 못박아 두었고, 이 문항은 그 표를 그대로 묻는다.

외울 때 갈래를 잡아 두면 편하다. 이산화탄소는 고압식이 저압식보다 크다(1.5~1.9 vs 1.1~1.4). 할론 2402만 유일하게 가압식과 축압식을 나누어 정하는데, 가압식 0.51~0.67의 위 끝이 곧 축압식 0.67의 아래 끝이라 두 구간이 0.67에서 맞물린다. 대체약제인 HFC 계열은 HFC-23과 HFC-125가 1.2~1.5로 묶이고 HFC-227ea만 0.9~1.6으로 따로 논다.

할론 2402는 상온에서 액체인 할로젠화물이라 가압용 가스를 따로 밀어 넣는 가압식과, 미리 질소를 채워 두는 축압식으로 저장방식이 갈린다. 이 문항에서 저장방식을 나누어 묻는 약제가 할론 2402뿐인 이유다.

(1) $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

(2) $Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2$

(3) 17.75

[해설]

마그네슘은 제2류 위험물(가연성 고체)로, 공기 중에서 눈부신 백색광을 내며 타서 산화마그네슘이 된다.

2Mg + O₂ → 2MgO

물(특히 온수)과 반응하면 수산화마그네슘과 수소를 내므로, 물을 뿌리지 말고 마른모래로 덮어 끈다.

Mg + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂

위험도는 수소의 연소범위 4~75 vol%를 H = (U − L) ÷ L에 넣어 구한다.

H = (75 − 4) ÷ 4 = 17.75

혼동 주의: CO₂ 소화기도 쓰면 안 되는데, 마그네슘이 CO₂를 분해해 탄소를 만들며 계속 타기 때문이다.

(1) $(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6$

(2) $2(C_2H_5)_3Al + 21O_2 \rightarrow 12CO_2 + Al_2O_3 + 15H_2O$

(3) $(C_2H_5)_3Al + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3C_2H_6$

[해설]

트라이에틸알루미늄 (C₂H₅)₃Al은 제3류 알킬알루미늄으로 자연발화성과 금수성을 함께 가진다. 물·염산과 만나면 에틸기가 떨어져 나와 에테인(C₂H₆)이 생긴다.

물과 반응하면 수산화알루미늄과 에테인이 생긴다.
(C₂H₅)₃Al + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3C₂H₆

산소와는 스스로 연소해 이산화탄소·산화알루미늄·물이 된다.
2(C₂H₅)₃Al + 21O₂ → 12CO₂ + Al₂O₃ + 15H₂O

염산과 반응하면 염화알루미늄과 에테인이 생긴다.
(C₂H₅)₃Al + 3HCl → AlCl₃ + 3C₂H₆

혼동 주의: 물과 격렬히 반응하므로 주수소화는 금지하고 마른모래·팽창질석으로 질식소화한다.

반응식 : $2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O$

이론산소량 : 6.15[kg]

[해설]

분자량 78, 인화점 -11℃, 융점 7℃, 방향성, 증기의 독성은 모두 벤젠(C₆H₆)의 물성이다.

벤젠 2분자 기준으로 탄소 12개는 12CO₂, 수소 12개는 6H₂O가 되고, 우변 산소 원자 30개를 맞추려면 O₂ 15분자가 필요하다.
2C₆H₆ + 15O₂ → 12CO₂ + 6H₂O

벤젠 2몰(156g)이 타는 데 산소 15몰(480g)이 든다는 질량비로 계산한다.
이론산소량 = 2kg × (15 × 32) ÷ (2 × 78)
= 2 × 480 ÷ 156
= 6.15kg

혼동 주의: 이론공기량을 물으면 공기 중 산소의 질량비 23.2%로 나누어 약 26.5kg이 된다.

(1) ① 보정연소한계곡선
② 연소한계곡선
③ 연소위험범위

(2) $h = H - p(D^2 - d^2)$

[해설]

제조소는 인근 건축물 등으로부터 안전거리를 두어야 하지만, 방화상 유효한 담을 설치하면 그 거리를 단축할 수 있다. 이때 담의 높이를 정하는 절차가 이 그림이다.

기호는 다음과 같다.

(1) 그림의 곡선은 불길이 번질 수 있는 범위를 나타낸다. ①은 보정연소한계곡선, ②는 연소한계곡선이며 두 곡선 사이가
③ 연소위험범위다. 인근 건축물의 높이 H가 이 범위 안에 들어오는지가 담이 필요한지를 가른다.

(2) 판정은 $pD^2 + a$와 H를 견주어 한다.

· $H \le pD^2 + a$인 경우 : 인근 건축물이 연소위험범위 아래에 있으므로 담을 높일 필요가 없고 $h = 2$로 한다.

· $H \gt pD^2 + a$인 경우 : 담으로 가려야 하므로

$h = H - p(D^2 - d^2)$

다만 이렇게 계산한 h가 2보다 작으면 담의 높이는 2[m]로, 4를 넘으면 4[m]로 하고 소화설비를 보강한다. 즉 방화상 유효한 담의 높이는 2[m] 이상 4[m] 이하 범위에서 정해진다.

(1) 최대상용압력이 부압 또는 정압 5[kPa]을 초과하는 탱크

(2) 자동적으로 압력의 상승을 정지시키는 장치, 감압측에 안전밸브를 부착한 감압밸브

(3) 제4류 위험물

(4) 38[℃] 미만

[해설]

(1) 위험물탱크는 최대상용압력이 부압 또는 정압 5[kPa]을 초과하는지를 기준으로 압력탱크와 그 밖의 탱크로 나뉜다. 5[kPa]을 넘으면 압력탱크이고, 넘지 않으면 압력탱크 외의 탱크로 보아 통기관을 설치한다. 여기서 5[kPa]은 수두로 약 0.5[m]에 해당하는 아주 낮은 압력이라, 대부분의 상압 저장탱크가 "압력탱크 외의 탱크"에 해당한다.

(2) 압력탱크에는 통기관 대신 안전장치를 단다. 규정된 안전장치는 다음 4가지이며 이 중 2가지를 쓰면 된다.

① 자동적으로 압력의 상승을 정지시키는 장치

② 감압측에 안전밸브를 부착한 감압밸브

③ 안전밸브를 병용하는 경보장치

④ 파괴판(위험물의 성질에 따라 안전밸브의 작동이 곤란한 가압설비에 한한다)

파괴판은 한 번 터지면 복구되지 않는 최후 수단이라 안전밸브가 제대로 작동하기 어려운 경우에만 쓸 수 있다는 단서가 붙는다.

(3) 통기관은 탱크 내부와 바깥의 압력차를 없애 탱크가 찌그러지거나 부풀지 않게 하는 장치로, 증기를 내는 인화성 액체 곧 제4류 위험물을 저장하는 탱크에 설치한다.

(4) 밸브 없는 통기관은 지름 30[mm] 이상, 끝부분은 수평면보다 45° 이상 구부려 빗물이 들어가지 않게 하며, 인화점이 38[℃] 미만인 위험물만을 저장·취급하는 탱크의 통기관에는 화염방지장치를 설치한다. 인화점 38[℃] 이상 70[℃] 미만인 위험물만을 저장·취급하는 탱크의 통기관에는 40메시 이상의 구리망으로 된 인화방지장치를 설치한다.

한편 대기밸브 부착 통기관은 5[kPa] 이하의 압력차로 작동할 수 있어야 하며, 화염방지장치·인화방지장치 기준은 밸브 없는 통기관과 같다.

(1) 질산나트륨

(2) 위험등급 II

(3) $2NaNO_3 \rightarrow 2NaNO_2 + O_2$

(4) 10[L]

[해설]

분자량 85(23 + 14 + 16 × 3)이고 380℃에서 분해하는 산화성 고체는 질산나트륨(NaNO₃)으로, 제1류 질산염류(지정수량 300 kg)에 속한다.

제1류에서 지정수량이 300 kg인 브로민산염류·질산염류·아이오딘산염류는 위험등급 II다.

가열하면 아질산나트륨으로 바뀌면서 산소를 내놓아 주위 가연물의 연소를 키운다.

2NaNO₃ → 2NaNO₂ + O₂

고체 위험물을 담는 운반 내장용기는 유리·플라스틱 용기가 10 L, 금속제 용기가 30 L까지다.

혼동 주의: 지정수량 50 kg인 염소산염류·과염소산염류 등은 위험등급 I, 1,000 kg인 과망가니즈산염류 등은 위험등급 III이다.

(1) 설치 불가

(2) 설치 불가

(3) 설치 불가

(4) 20[m] 이상

[해설]

이 문항의 승부처는 유기과산화물(제1종)이다. 지정수량이 10[kg]인 유기과산화물은 곧 지정과산화물이고, 지정과산화물을 저장하는 옥내저장소는 일반 옥내저장소의 안전거리(주거용 10[m] 이상, 학교·병원 등 30[m] 이상, 지정문화유산 50[m] 이상)를 쓰지 않는다. 위험물안전관리법 시행규칙 별표 5의 부표 1이 따로 정한 훨씬 긴 거리를 적용해야 한다. 일반 기준으로 재면 32·20·52[m]가 모두 여유 있게 넘는 것처럼 보여 "모두 가능"이라고 답하기 쉬운데, 그것이 함정이다.

먼저 지정수량의 배수를 구한다. 제2석유류(비수용성) 1,000[L], 제3석유류(비수용성) 2,000[L], 유기과산화물(제1종) 10[kg]이 각각의 지정수량이므로

$\dfrac{2{,}000}{1{,}000} + \dfrac{4{,}000}{2{,}000} + \dfrac{100}{10} = 2 + 2 + 10 = 14$

따라서 지정수량의 14배, 부표의 "10배 초과 20배 이하" 행을 읽는다.

거리가 가장 짧아지는 쪽, 곧 담 또는 토제를 설치한 경우로 보아도 요구되는 거리는 주거용 22[m], 학교 등 33[m], 지정문화유산 54[m]다. 확보한 거리는 각각 20·32·52[m]로 모두 한 뼘씩 모자라므로 세 경우 모두 설치할 수 없다. 담·토제를 설치하지 않았다면 45·55·65[m]가 되어 더 크게 미달한다.

(4) 보유공지는 같은 별표의 부표 2를 적용한다. 지정수량의 14배는 여기서도 "10배 초과 20배 이하" 행이고, 담 또는 토제를 설치하지 않은 경우의 공지 너비는 20[m] 이상이다. 담이나 토제를 설치하면 이 너비는 크게 줄어든다.

정리하면 지정과산화물이 한 종이라도 섞이는 순간 그 옥내저장소 전체가 부표 1·부표 2의 적용을 받는다는 것이 요지다. 일반 옥내저장소 기준을 그대로 적용해 세 경우 모두 "가능"으로 답한 판본이 있으나, 지정과산화물 특례를 빠뜨린 오답이다.

(1) 탄소 2개가 단일결합으로 이어지고, 각 탄소에 수소 2개와 $ONO_2$기가 하나씩 결합한 구조 — $O_2NO-CH_2-CH_2-ONO_2$

(2) 담황색

(3) 1.5

(4) 18.42[wt%]

(5) 약 7,800[m/s]

[해설]

나이트로글라이콜은 에틸렌글라이콜 $C_2H_4(OH)_2$의 하이드록시기 2개를 모두 질산에스터화한 물질로, 분자식은 $C_2H_4(ONO_2)_2$다. 제5류 위험물 중 질산에스터류에 속한다.

(1) 탄소 2개가 단일결합으로 이어진 사슬에서, 각 탄소가 수소 2개와 $ONO_2$기 하나씩을 가진다.

(2) 순수한 것은 무색이지만 공업용은 담황색을 띤다.

(3) 액체 비중은 1.5로 물보다 무겁다. 순수한 것은 상온에서 무색의 액체이며 응고점이 -22[℃]로 낮아, 겨울에 얼어붙는 나이트로글리세린의 결점을 보완하는 부동 다이너마이트의 원료로 쓰인다.

(4) 분자량부터 구한다.

$C_2H_4(ONO_2)_2 : 12 \times 2 + 1 \times 4 + 14 \times 2 + 16 \times 6 = 24 + 4 + 28 + 96 = 152$

분자 안의 질소는 2개이므로 질소의 질량은 $14 \times 2 = 28$이다. 따라서

$\dfrac{28}{152} \times 100 = \mathbf{18.42\,wt\%}$

(5) 폭발(폭굉)속도는 약 7,800[m/s]로 나이트로글리세린(약 7,500[m/s])보다 오히려 빠르다.

질산에스터류는 분자 안에 산소를 품고 있어 외부 산소 없이 폭발적으로 분해한다. 따라서 소화는 질식이 아니라 다량의 물에 의한 냉각소화가 원칙이다.

(1) 고정주유설비의 중심선

(2) 고정급유설비의 중심선

(3) ① 옥외에 있는 상치장소는 화기를 취급하는 장소 또는 인근 건축물로부터 5[m] 이상(인근 건축물이 1층인 경우에는 3[m] 이상)의 거리를 확보할 것(다만, 하천의 공지나 수면, 내화구조 또는 불연재료의 담이나 벽 그 밖에 이와 유사한 것에 접하는 경우는 제외한다)

② 옥내에 있는 상치장소는 벽·바닥·보·서까래 및 지붕이 내화구조 또는 불연재료로 된 건축물의 1층에 설치할 것

(4) 항공기주유취급소, 철도주유취급소, 선박주유취급소

(5) ㉠ 옥내 ㉡ 시·도의 조례

(6) 개질장치에 접속하는 원료탱크, 50,000[L] 이하

[해설]

(1)·(2) 주유취급소의 고정주유설비·고정급유설비는 각 설비의 중심선을 기산점으로 삼아 거리를 잰다. 설비 외곽이나 주유호스 끝이 아니라 중심선이라는 점이 핵심이다. 위험물안전관리법 시행규칙 별표 13이 정한 거리는 다음과 같다.

또 고정주유설비와 고정급유설비 사이에는 4[m] 이상의 거리를 두어야 한다.

(3) 시행규칙 별표 10은 이동탱크저장소의 상치장소를 옥외와 옥내로 나누어 정한다. 옥외는 화기 취급 장소나 인근 건축물로부터 5[m] 이상(인근 건축물이 1층이면 3[m] 이상)이고, 옥내는 벽·바닥·보·서까래 및 지붕이 내화구조 또는 불연재료로 된 건축물의 1층이다. 옥외 기준에서 인근 건축물이 1층일 때 거리를 줄여 주는 것은 위층으로 불길이 번질 위험이 없기 때문이다.

(4) 주유취급소는 원칙적으로 탱크를 지하에 매설해야 하지만, 지형이나 운용 방식 때문에 그럴 수 없는 세 가지 특례 주유취급소는 예외다.

· 항공기주유취급소 — 급유탑이나 급유차로 항공기에 주유하는 곳

· 철도주유취급소 — 철도나 궤도로 운행하는 차량에 주유하는 곳

· 선박주유취급소 — 선박에 주유하는 곳

(5) 지하에 묻지 않는 폐유탱크 등은 지상에 놓이므로, 그 위치·구조·설비는 옥내저장탱크의 기준 또는 시·도의 조례가 정하는 지정수량 미만 탱크의 기준을 준용한다.

(6) 압축수소충전설비를 갖춘 주유취급소에서는 인화성 액체를 원료로 수소를 만드는 개질장치에 접속하는 원료탱크를 둘 수 있으며, 용량은 50,000[L] 이하로 제한되고 반드시 지하에 매설한다. [보기]의 네 탱크에 이 원료탱크가 더해지는 셈이다.

㉮ 사이안화수소

㉯ $HCN$

㉰ H-C≡N

㉱ 제1석유류(수용성)

㉲ $\dfrac{27}{29} =$ 0.93

㉳ 위험등급 II

㉴ $4HCN + 5O_2 \rightarrow 2N_2 + 4CO_2 + 2H_2O$

[해설]

㉮·㉯ 물질의 특정 — 분자량 27은 $1 + 12 + 14 = 27$로 사이안화수소($HCN$, 청산)와 정확히 맞는다. 여기에 인화점 -17℃, 수용성, 강한 독성, 그리고 메테인·암모니아·산소를 백금 촉매로 반응시켜 만든다는 제법(안드루소법)이 겹치면 물질이 확정된다.

$2CH_4 + 2NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2HCN + 6H_2O$

㉰ 구조식 — 탄소가 수소와 단일결합, 질소와 삼중결합을 이룬 직선형 분자다. 즉 H-C≡N.

㉱ 품명 — 인화점이 -17℃로 21℃ 미만이므로 제1석유류이고 물에 잘 녹으므로 수용성이다. 지정수량은 400L다.

㉲ 증기비중 — 증기의 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나눈 값이다.

$\dfrac{27}{29} =$ 0.93

1보다 작으므로 사이안화수소 증기는 공기보다 가볍다. 제4류 위험물의 증기는 대부분 공기보다 무거워 바닥에 깔리는데 사이안화수소는 그 예외라는 점에서 자주 출제된다. 공기의 평균분자량을 28.84로 잡아 0.94로 낸 판본도 있으나 표준 기준값은 29이므로 0.93이 맞다.

㉳ 위험등급 — 제4류에서 위험등급 I은 특수인화물뿐이고, 제1석유류와 알코올류가 II, 나머지(제2·3·4석유류, 동식물유류)가 III이다. 따라서 위험등급 II.

㉴ 연소반응식 — 분자 안의 질소는 연소하면 질소 기체로 빠져나온다.

$4HCN + 5O_2 \rightarrow 2N_2 + 4CO_2 + 2H_2O$

좌변의 산소 10개가 우변 $4CO_2$의 8개와 $2H_2O$의 2개로 균형이 맞는다.

그 밖의 물성 — 액비중 0.69, 녹는점 약 -13℃, 끓는점 약 26℃, 발화점 약 540℃이며 연소범위가 약 6~41%로 매우 넓다. 아몬드 냄새가 나는 무색 액체로 극소량으로도 치명적이다. 순수한 것은 안정하지만 소량의 수분이나 알칼리가 섞이면 중합폭발을 일으키므로 안정제를 넣어 저장한다. -17℃는 인화점이지 융점이 아니며, 이를 “융점”으로 실은 판본은 오기다.

(1) $C_6H_5CH_3 + 3HNO_3 \rightarrow C_6H_2CH_3(NO_2)_3 + 3H_2O$ (진한 황산 촉매, 나이트로화)

(2) $2C_6H_2CH_3(NO_2)_3 \rightarrow 12CO + 2C + 3N_2 + 5H_2$

[해설]

분자량 227에서 물질이 확정된다. 트라이나이트로톨루엔(TNT) $C_6H_2CH_3(NO_2)_3$는 분자식이 $C_7H_5N_3O_6$이므로

$12 \times 7 + 1 \times 5 + 14 \times 3 + 16 \times 6 = 84 + 5 + 42 + 96 = 227$

로 맞아떨어진다. 제5류 위험물 중 나이트로화합물에 속하며, 담황색 결정이 직사광선에 다갈색으로 변하는 것이 대표적인 외관 특징이다.

(1) 톨루엔의 벤젠고리에서 메틸기의 2·4·6번 위치 수소 3개가 나이트로기로 치환되는 반응이다. 진한 질산이 나이트로기의 공급원이고 진한 황산은 탈수제 겸 촉매 노릇을 하며, 치환된 수소는 질산의 산소와 결합해 물 3분자로 빠져나간다.

$C_6H_5CH_3 + 3HNO_3 \rightarrow C_6H_2CH_3(NO_2)_3 + 3H_2O$

(2) TNT는 분자 안에 산소를 지니고 있어 외부 산소 없이도 스스로 분해하며, 이 자기반응성이 폭발력의 근원이다.

$2C_6H_2CH_3(NO_2)_3 \rightarrow 12CO + 2C + 3N_2 + 5H_2$

계수를 확인해 보면 탄소 14개가 $12CO$와 $2C$로, 수소 10개가 $5H_2$로, 질소 6개가 $3N_2$로, 산소 12개가 $12CO$로 각각 정확히 배분된다. 산소가 모자라 이산화탄소가 아니라 일산화탄소가 나오고 탄소(그을음)까지 남는다는 점이 TNT 분해반응식의 특징이다.

비중을 1.0으로 실은 판본이 있으나 트라이나이트로톨루엔의 비중은 약 1.66이다.

① 특수인화물

② 제1석유류(인화점이 0[℃] 미만인 것)

[해설]

두 조건을 각각 목록으로 펼친 뒤 겹치는 곳을 찾는 문제다.

조건 1 — 옥내저장소 바닥면적 1,000[m²] 이하 대상

위험성이 큰 위험물은 저장창고 하나의 바닥면적을 1,000[m²] 이하로 제한한다. 제4류 위험물 중에서는 특수인화물, 제1석유류, 알코올류가 여기에 든다. 제2석유류 이하는 이 제한을 받지 않는다.

조건 2 — 옥외저장소에 저장할 수 있는 제4류 위험물

옥외저장소는 지붕 없이 야적하는 형태라 증기가 쉽게 날아가는 위험물은 받지 않는다. 제4류 중 저장할 수 있는 것은 제1석유류 중 인화점이 0[℃] 이상인 것, 알코올류, 제2석유류·제3석유류·제4석유류, 동식물유류다. 뒤집어 말하면 저장할 수 없는 것은 특수인화물 전부와 제1석유류 중 인화점이 0[℃] 미만인 것이다.

두 목록을 겹쳐 보면

따라서 답은 특수인화물과 제1석유류(인화점이 0[℃] 미만인 것)이다. 알코올류는 첫 조건은 충족하지만 옥외저장소에 저장할 수 있어 탈락하는 것이 이 문제의 함정이다. 인화점 0[℃] 미만인 제1석유류의 예로는 벤젠(-11[℃]), 톨루엔(4[℃])은 해당하지 않고 아세톤(-18[℃])·가솔린(-43[℃]) 등이 있다.

(1) 특수인화물

(2) $CH_3CHO$

(3) $2CH_3CHO + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O$

(4) ① 지하저장탱크는 지반면 아래에 설치된 탱크전용실에 설치할 것

② 지하저장탱크의 설비는 아세트알데하이드 등의 옥외저장탱크 설비의 기준을 준용할 것(다만, 지하저장탱크가 아세트알데하이드 등의 온도를 적당한 온도로 유지할 수 있는 구조인 경우에는 냉각장치 또는 보냉장치를 설치하지 않을 수 있다)

[해설]

아세트알데하이드 CH₃CHO는 인화점 −38[℃]·비점 21[℃]로, 인화점 −20[℃] 이하이고 비점 40[℃] 이하인 제4류 특수인화물이다.

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

위험물안전관리법 시행규칙 별표 8은 아세트알데하이드 등을 저장·취급하는 지하탱크저장소에 아래의 강화 기준을 둔다.

• 지하저장탱크는 지반면 아래에 설치한 탱크전용실에 넣어야 한다.
• 설비에는 아세트알데하이드 등의 옥외저장탱크 기준(동·마그네슘·은·수은 합금 사용 금지, 냉각·보냉장치, 불활성기체 봉입장치)을 준용한다. 다만 탱크 구조가 적정 온도를 유지할 수 있으면 냉각·보냉장치를 두지 않아도 된다.

냉각·보냉장치를 요구하는 이유는 비점이 21[℃]여서 상온에서도 쉽게 끓기 때문이다.