2021년 위험물기능장실기(필답형) 제69회

(1) 철근콘크리트

(2) 0.2[m] 이상

(3) 1[m] 이상

(4) 약 50[m]마다

(5) 10개

[해설]

방유제는 탱크가 터졌을 때 새어 나온 위험물을 가두는 둑이므로, 새는 액체를 견디도록 철근콘크리트로 만들고 두께는 0.2[m] 이상, 지하매설깊이는 1[m] 이상으로 한다(흙으로 쌓는 것이 허용되는 경우도 있으나 기본 재질을 묻는 문제의 답은 철근콘크리트다).

둑이 높으면 넘나들기 어려워 초기 대응이 늦어지므로, 높이가 1[m]를 넘는 방유제와 칸막이둑에는 안팎을 드나드는 계단 또는 경사로를 약 50[m]마다 설치한다.

하나의 방유제 안에 넣을 수 있는 탱크 수는 저장하는 위험물의 인화점으로 갈린다.

다만 인화점 70[℃] 이상 200[℃] 미만인 경우의 20개 이하는 모든 탱크 용량의 합이 20만[L] 이하일 때 적용된다. 이 문제의 휘발유는 인화점이 -43 ~ -20[℃]로 70[℃]에 한참 못 미치므로 용량과 관계없이 10개가 상한이다.

(1) 위험등급 II

(2) 78

(3) $2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O$

[해설]

인화점 -11[℃]이고 융점이 높아 겨울철에 얼어붙는 제4류 위험물은 벤젠(C₆H₆)이다.

벤젠은 제1석유류(비수용성)이고, 제4류에서 제1석유류와 알코올류는 위험등급 II에 든다.

분자량은 탄소 6개와 수소 6개의 원자량을 더해 구한다.
12 × 6 + 1 × 6 = 78

완전연소하면 탄소는 CO₂, 수소는 H₂O가 되며 벤젠 2몰에 O₂ 15몰이 필요하다.
2C₆H₆ + 15O₂ → 12CO₂ + 6H₂O

혼동 주의: 제4류에서 위험등급 I은 특수인화물뿐이다.

(1) 20

(2) 상용압력

(3) 비점

(4) 40

(5) 40

[해설]

알킬알루미늄 등은 공기와 닿으면 스스로 발화하므로 이동저장탱크에 넣을 때 20[kPa] 이하의 압력으로 불활성 기체를 채워 공기의 유입을 막는다. 압력을 더 높이면 탱크가 견디지 못한다.

아세트알데하이드 등은 끓는점이 낮아 위험물을 뽑아내는 순간 탱크 안이 부압이 되기 쉽다. 압력이 상용압력 아래로 떨어지면 그 틈으로 공기가 빨려 들어와 폭발범위를 만들므로, 그만큼 불활성 기체를 채워 준다.

온도 기준은 보냉장치의 유무와 탱크의 종류로 갈린다.

보냉장치가 있으면 끓지만 않으면 되므로 기준이 비점이고, 보냉장치가 없으면 절대온도값인 40[℃]로 못박는다. 압력탱크는 가압되어 있어 비점이 올라가므로 역시 40[℃]까지 허용된다. 반대로 압력탱크가 아닌 탱크에 담는 아세트알데하이드는 끓는점이 21[℃]로 매우 낮아 15[℃] 이하로 가장 엄하게 관리한다.

29[kg]

[해설]

희석 문제는 물을 더해도 용질의 양은 변하지 않는다는 원리로 푼다.

시료 1,000[g] 가운데 순수한 염소산나트륨은 90[%]다.
1,000 × 90/100 = 900[g]

더할 물을 x[g]이라 두면, 시료에 이미 들어 있던 수분까지 포함해 전체 질량은 (1,000 + x)[g]이다.
900 / (1,000 + x) = 3/100

1,000 + x = 30,000
x = 29,000[g] = 29[kg]

혼동 주의: 분모를 (900 + x)로 잡으면 이미 흡수된 수분 100[g]이 빠져서 29,100[g]이라는 틀린 값이 나온다.

(1) 전 층

(2) 5,000[L]

(3) 10,000[L]

(4) 0.2[m] 이상

[해설]

(1) 단층건물 외의 건축물에 탱크전용실을 두는 옥내탱크저장소는 저장할 수 있는 위험물이 한정되어 있고, 층도 제한된다. 다만 제4류 위험물 중 인화점이 38[℃] 이상인 것은 층 제한을 받지 않는다. 경유는 제2석유류로 인화점이 50[℃] 이상이므로 전 층에 설치할 수 있다.

(2) ·
(3) 탱크전용실이 놓인 층에 따라 용량 상한이 갈린다.

경유의 지정수량은 1,000[L]이다. 지상 3층은 2층 이상의 층이므로 10배인 10,000[L]가 아니라 상한인 5,000[L]까지만 저장할 수 있다.

지하 2층은 1층 이하의 층이므로 40배인 40,000[L]가 아니라 상한인 20,000[L]까지 저장할 수 있다. 이 용량은 같은 탱크전용실에 있는 탱크 용량의 합에 걸리는 값이므로, 이미 10,000[L]짜리가 1기 있다면 나머지는

$20{,}000 - 10{,}000 = \mathbf{10{,}000}\,\mathrm{L}$ 이하가 된다.

(4) 탱크전용실에 펌프설비를 두는 경우 새어 나온 위험물이 퍼지지 않도록 주위에 불연재료로 된 턱을 0.2[m] 이상 높이로 설치한다.

(1) $Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2$

(2) $CaH_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + 2H_2$

(3) $CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2$

(4) $Ca_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2PH_3$

(5) 수산화칼슘 $[Ca(OH)_2]$

[해설]

네 물질은 모두 제3류 위험물의 금수성 물질이다. 물과 반응하면 칼슘은 수산화칼슘이 되고, 짝을 이루던 원소는 수소화물 가스로 빠져나온다.

• 칼슘 → Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂(수소)
• 수소화칼슘 → CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + 2H₂(수소 2몰)
• 탄화칼슘 → CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂(아세틸렌)
• 인화칼슘 → Ca₃P₂ + 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2PH₃(포스핀, 맹독성)

네 반응의 공통 생성물은 가스가 아니라 수산화칼슘(소석회)이다. 발생 가스가 모두 가연성이므로 주수소화는 금지하고 마른모래 등으로 질식소화한다.

(1) 고형알코올, 그 밖에 1기압에서 인화점이 40[℃] 미만인 고체

(2) 제조소의 게시판 : 화기엄금 / 운반용기의 외부 : 화기엄금

(3) 제4류 위험물

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1은 인화성 고체를 고형알코올, 그 밖에 1기압에서 인화점이 40[℃] 미만인 고체로 정의한다.

• 인화성 고체는 상온에서도 증기를 내어 불이 붙으므로, 제조소 게시판과 운반용기 외부 모두 화기엄금으로 표시한다.
• 옥내저장소에서 유별로 모아 서로 1[m] 이상 간격을 두면, 성질이 인화성 액체와 비슷해 제4류 위험물과 함께 저장할 수 있다.

혼동 주의: 같은 제2류라도 철분·금속분·마그네슘과 그 밖의 것(황화인·적린·황 등)은 게시판에 화기주의로 표시한다.

(1) 제2류 위험물

(2) 제5류 위험물

(3) 제3류 위험물

(4) 제3류 위험물

(5) 제5류 위험물

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1 비고에 따라 성상이 2가지 이상인 물품은 더 위험한 성상의 유별 품명으로 분류한다.

• 산화성 고체와 가연성 고체 → 직접 타는 제2류가 우선한다.
• 산화성 고체와 자기반응성 물질 → 스스로 분해·폭발하는 제5류가 우선한다.
• 가연성 고체와 자연발화성·금수성 물질 → 공기·물에 닿기만 해도 위험한 제3류가 우선한다.
• 자연발화성·금수성 물질과 인화성 액체 → 마찬가지로 제3류가 우선한다.
• 인화성 액체와 자기반응성 물질 → 제5류가 우선한다.

외우는 요령: 자기반응성(제5류)은 무엇과 겹쳐도 이기고, 그다음은 자연발화성·금수성(제3류)이다.

산화성 고체(제1류)는 스스로 타지 않으므로 다른 성상과 겹치면 늘 밀린다.

(1) $NaH + H_2O \rightarrow NaOH + H_2$

(2) 17.75

[해설]

수소화나트륨은 제3류 위험물(금속의 수소화물)로 물과 만나면 수산화나트륨과 수소를 낸다.

$NaH + H_2O \rightarrow NaOH + H_2$

위험도는 폭발상한과 하한의 차를 하한으로 나눈 값으로, 값이 클수록 폭발범위가 넓고 위험하다는 뜻이다.

$H = \dfrac{U - L}{L}$

수소의 연소범위는 4 ~ 75[vol%]이므로

$H = \dfrac{75 - 4}{4} = \mathbf{17.75}$

하한이 작을수록 분모가 작아져 위험도가 급격히 커진다. 수소가 17.75, 아세틸렌이 $\dfrac{81 - 2.5}{2.5} = 31.4$로 특히 큰 값을 갖는 것도 같은 이유다.

아세트산, 아닐린, 나이트로벤젠, 하이드라진

[해설]

제4류 위험물의 지정수량은 품명과 수용성 여부로 갈린다. 제2석유류는 비수용성 1,000[L]·수용성 2,000[L], 제3석유류는 비수용성 2,000[L]·수용성 4,000[L]이므로, 2,000[L]가 되는 길은 "제2석유류이면서 수용성"이거나 "제3석유류이면서 비수용성" 두 가지뿐이다.

아세트산은 초산이라는 이름으로도 출제되며 같은 물질이다. 아닐린과 나이트로벤젠은 이름만 보면 물에 녹을 것 같지만 둘 다 비수용성이라 2,000[L]로 묶인다는 점을 기억해 둔다.

2.52 ~ 10.60[vol%]

[해설]

혼합가스의 폭발범위는 르 샤틀리에 식으로 구하며, 먼저 빠진 메테인의 조성을 채운다.
메테인 = 100 − (50 + 15 + 4) = 31[vol%]

폭발하한은 각 성분의 하한값으로 계산한다.
100 ÷ L = 50/2.1 + 15/1.8 + 4/3.0 + 31/5.0 = 39.676
L = 100 ÷ 39.676 = 2.52[vol%]

폭발상한은 각 성분의 상한값으로 같은 방식으로 계산한다.
100 ÷ U = 50/9.5 + 15/8.4 + 4/12.4 + 31/15.0 = 9.438
U = 100 ÷ 9.438 = 10.60[vol%]

(1) $2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$

(2) $4KMnO_4 + 6H_2SO_4 \rightarrow 2K_2SO_4 + 4MnSO_4 + 6H_2O + 5O_2$

[해설]

흑자색 결정, 물에 녹아 진한 보라색, 분자량 158이라는 조건이 가리키는 물질은 과망가니즈산칼륨(KMnO4)이다. 제1류 위험물 중 과망가니즈산염류에 들어가며 지정수량은 1,000[kg], 위험등급은 III이다. 분자량은 $39 + 55 + 16 \times 4 = 158$로 확인된다.

240[℃] 부근에서 가열하면 망가니즈산칼륨과 이산화망가니즈로 갈라지면서 산소를 내놓는다. 산소를 내주는 성질이 곧 산화성 고체의 위험성이다.

$2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$

묽은 황산과 만나면 황산칼륨·황산망가니즈로 바뀌면서 역시 산소를 낸다.

$4KMnO_4 + 6H_2SO_4 \rightarrow 2K_2SO_4 + 4MnSO_4 + 6H_2O + 5O_2$

진한 황산과는 폭발적으로 반응하므로 산과의 접촉을 피해야 하고, 목탄·황·유기물 같은 가연물과 섞이면 마찰만으로도 발화할 수 있다.

① 스프링클러설비 또는 이동식 외의 물분무등소화설비

② 물분무소화설비

③ 물분무소화설비 또는 고정식 포소화설비

④ 물분무소화설비

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17에 있는 소화난이도등급 I 제조소 등의 소화설비 기준이다.

• 처마높이 6[m] 이상인 옥내저장소는 천장이 높아 고정된 설비가 필요하므로 스프링클러설비 또는 이동식 외의 물분무등소화설비를 둔다.
• 황만 저장·취급하는 옥외탱크저장소는 물방울로 냉각·질식시키는 물분무소화설비를 둔다.
• 인화점 70[℃] 이상인 제4류 위험물의 옥외탱크저장소는 물분무로도 냉각 소화가 되므로 물분무소화설비 또는 고정식 포소화설비를 둔다.
• 황만 저장·취급하는 옥내탱크저장소도 옥외와 같이 물분무소화설비를 둔다.

혼동 주의: 인화점 70[℃] 미만인 제4류 위험물의 옥외탱크저장소는 물분무가 인정되지 않고 고정식 포소화설비를 둔다.

(1) 벤젠고리의 수소 1개 자리에 메틸기(-CH3)가 붙은 구조(시성식 C6H5CH3)

(2) 3.17

(3) 트라이나이트로톨루엔(TNT)

[해설]

벤젠고리에 메틸기 하나가 달린 물질은 톨루엔(C6H5CH3)이다. 제4류 제1석유류(비수용성)로 지정수량은 200[L]이다.

증기비중은 그 증기가 같은 부피의 공기보다 몇 배 무거운가를 나타내는 값이므로 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나눈다. 톨루엔의 분자량은 $12 \times 7 + 1 \times 8 = 92$이므로

증기비중 $= \dfrac{92}{29} = 3.1724 = \mathbf{3.17}$

공기의 평균분자량을 28.84로 잡아 3.19로 답한 판본도 있으나, 위험물 계산에서는 29를 쓰는 것이 통례이므로 3.17로 답한다. 어느 쪽이든 증기가 공기보다 3배 넘게 무거워 바닥에 깔린다는 결론은 같다.

톨루엔에 진한 질산과 진한 황산(탈수제 겸 촉매)을 작용시키면 메틸기의 영향으로 오르토·파라 자리 세 곳이 나이트로화되어 트라이나이트로톨루엔(TNT)이 만들어진다. TNT는 제5류 위험물(나이트로화합물)이다.

$C_6H_5CH_3 + 3HNO_3 \xrightarrow{c-H_2SO_4} C_6H_2CH_3(NO_2)_3 + 3H_2O$

(1) $CH_3COOH$

(2) 2,000[L]

(3) $CH_3COOH + 2O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$

[해설]

은거울반응에서 아세트알데하이드는 아세트산(초산)으로 산화되며, 아세트산은 제4류 제2석유류(수용성)다.

CH₃CHO가 산소 원자 하나를 얻어 카복실기(-COOH)를 가진 CH₃COOH가 되며, 시성식은 이 카복실기가 드러나게 적는다.

제2석유류 수용성이므로 지정수량은 2,000L이다.

완전연소하면 탄소는 이산화탄소, 수소는 물이 된다.
CH₃COOH + 2O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

혼동 주의: 같은 제2석유류라도 비수용성(등유·경유)은 1,000L다.

(1) 도장·인쇄 또는 도포를 위하여 제2류 위험물 또는 제4류 위험물(특수인화물 제외)을 취급하는 일반취급소로서 지정수량의 30배 미만의 것

(2) 세정을 위하여 위험물(인화점이 40[℃] 이상인 제4류 위험물에 한한다)을 취급하는 일반취급소로서 지정수량의 30배 미만의 것

(3) 열처리작업 또는 방전가공을 위하여 위험물(인화점이 70[℃] 이상인 제4류 위험물에 한한다)을 취급하는 일반취급소로서 지정수량의 30배 미만의 것

(4) 보일러·버너 그 밖에 이와 비슷한 장치로 위험물(인화점이 38[℃] 이상인 제4류 위험물에 한한다)을 소비하는 일반취급소로서 지정수량의 30배 미만의 것

(5) 화학실험을 위하여 위험물을 취급하는 일반취급소로서 지정수량의 30배 미만의 것

(6) 위험물 외의 물건을 가열하기 위하여 위험물(고인화점 위험물에 한한다)을 이용한 열매체유 순환장치를 설치하는 일반취급소로서 지정수량의 30배 미만의 것

(7) 절삭유인 위험물을 이용한 절삭장치·연삭장치 그 밖에 이와 비슷한 장치를 설치하는 일반취급소(고인화점 위험물만을 100[℃] 미만의 온도로 취급하는 것에 한한다)로서 지정수량의 30배 미만의 것

[해설]

일반취급소는 원칙적으로 제조소에 준하는 기준을 지켜야 하지만, 취급 형태가 정형화되어 있고 양이 적으면 위험물안전관리법 시행규칙 별표 16이 특례기준을 두어 기준을 완화한다.

이 목록을 외울 때의 요령은 두 가지다. 첫째, 모든 특례가 지정수량의 30배 미만이라는 배수 조건을 공유한다. 둘째, 취급하는 위험물의 인화점 하한이 작업의 열기와 함께 올라간다.

같은 별표에는 이 밖에도 충전하는 일반취급소, 옮겨 담는 일반취급소, 유압장치 등을 설치하는 일반취급소의 특례가 함께 실려 있다. 시험에서는 이 가운데 5가지를 골라 묻는 형태로 자주 출제된다.

(1) ① 저장소 또는 취급소
② 20배 이하
③ 군사목적 또는 군부대시설을 위한 제조소 등

(2) 기초·지반검사, 충수(充水)·수압검사, 용접부검사

(3) ① 해당 지하탱크를 매설하기 전
② 이동저장탱크를 완공하고 상치장소를 확보한 후

(4) ① 지정수량 1,000배 이상의 위험물을 취급하는 제조소 또는 일반취급소 — 구조·설비에 관한 사항
② 옥외탱크저장소(저장용량 50만[L] 이상인 것만 해당) 또는 암반탱크저장소 — 위험물탱크의 기초·지반, 탱크 본체 및 소화설비에 관한 사항

(5) ① 용량이 100만[L] 이상인 액체위험물을 저장하는 탱크
② 암반탱크
③ 지하탱크저장소의 위험물탱크 중 행정안전부령으로 정하는 액체위험물탱크

(6) ① 시·도의 조례가 정하는 바에 따라 관할 소방서장의 승인을 받아 지정수량 이상의 위험물을 90일 이내의 기간 동안 임시로 저장·취급하는 경우
② 군부대가 지정수량 이상의 위험물을 군사목적으로 임시로 저장·취급하는 경우

[해설]

위험물안전관리법과 그 시행령·시행규칙이 허가 예외, 탱크안전성능검사, 기술검토·위탁검사 대상, 임시저장을 각각 정한다.

• 허가·신고 예외 — 주택 난방용(공동주택 중앙난방 제외) 저장소 또는 취급소는 수량 제한 없이, 농예·축산·수산용 난방·건조시설 저장소는 지정수량 20배 이하까지, 군사목적·군부대시설 제조소 등은 시·도지사와 협의하면 허가를 받은 것으로 본다.
• 탱크안전성능검사 — 기초·지반검사, 충수·수압검사, 용접부검사, 암반탱크검사의 4종이다.
• 완공검사 시기 — 지하탱크는 묻히면 볼 수 없어 매설 전에, 이동탱크저장소는 탱크 완공과 상치장소 확보 후에 신청한다.
• 기술검토 — 지정수량 1,000배 이상 제조소·일반취급소는 구조·설비를, 50만[L] 이상 옥외탱크저장소·암반탱크저장소는 기초·지반, 탱크 본체, 소화설비를 검토받는다.
• 위탁 탱크검사 — 기술원은 100만[L] 이상 액체위험물탱크, 암반탱크, 행정안전부령으로 정하는 지하탱크저장소 액체위험물탱크를 검사한다.
• 임시저장 — 관할 소방서장 승인을 받은 90일 이내 임시 저장·취급과 군부대의 군사목적 임시 저장·취급만 허용된다.

혼동 주의: 기술검토 대상 옥외탱크는 50만[L] 이상, 기술원 위탁검사 대상 탱크는 100만[L] 이상이다.

(1) 20.68[L]

(2) ① 1[m]
② 1[m]
③ 가연성 증기

[해설]

액체의 부피는 온도 상승분에 체적팽창계수를 곱한 만큼 늘어난다.
V = V₀(1 + βΔt)
V = 20 × (1 + 0.00135 × 25) = 20.675
V ≈ 20.68[L]

정전기 방지 기준은 위험물안전관리법 시행규칙의 이동탱크저장소 취급기준에서 나온다. 휘발유를 담았던 탱크에 등유·경유를 넣으면 남은 휘발유 증기가 정전기 불꽃에 점화될 수 있어서다.

• 상부 주입은 주입관 끝부분이 액면에 잠길 때까지 유속을 초당 1[m] 이하로 한다.
• 밑부분 주입도 주입관 정상부분이 잠길 때까지 같은 1[m] 이하로 한다.
• 그 밖의 방법은 탱크에 가연성 증기가 남지 않게 한 뒤 안전을 확인하고 주입한다.

혼동 주의: 상부·밑부분 주입 모두 유속은 1[m]로 같고, 다른 것은 잠기는 기준이 끝부분인지 정상부분인지뿐이다.

(1) 1,900[L] 미만

(2) 적색

(3) $2(C_2H_5)_3Al + 21O_2 \rightarrow Al_2O_3 + 12CO_2 + 15H_2O$

(4) ① 해당 위험물의 취급에 관한 국가기술자격을 취득하고 관련 업무에 1년 이상 종사한 경력이 있는 자
② 위험물의 운송에 관한 안전교육을 수료하고 관련 업무에 2년 이상 종사한 경력이 있는 자

(5) 완공검사합격확인증, 정기점검기록

[해설]

알킬알루미늄 등을 저장하는 이동탱크저장소 기준은 위험물안전관리법 시행규칙에 따로 정해져 있다.

• 용량 — 물·공기와 격렬히 반응하므로 탱크 용량을 1,900[L] 미만으로 제한한다.
• 도장 — 외면 전체를 적색으로 칠하고 백색 문자로 '물기엄금'·'자연발화성물질'을 표시한다.
• 연소반응식 — 비중 0.84이고 물과 만나 에테인을 내는 물질은 트라이에틸알루미늄 (C₂H₅)₃Al이며, 알루미늄은 Al₂O₃, 탄소 12개는 CO₂ 12몰, 수소 30개는 H₂O 15몰이 되므로 O₂ 21몰이 필요하다.
• 운송책임자 — 국가기술자격 취득자는 관련 업무 경력 1년 이상, 운송 안전교육 수료자는 2년 이상이어야 한다.
• 비치 서류 — 완공검사합격확인증과 정기점검기록을 차량에 싣고 다닌다.

계수를 맞춘 연소반응식은 다음과 같다.
2(C₂H₅)₃Al + 21O₂ → Al₂O₃ + 12CO₂ + 15H₂O