2017년 위험물기능장실기(필답형) 제61회

(1) $2\mathrm{Na_2O_2} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 4\mathrm{NaOH} + \mathrm{O_2}$

(2) 반응 없음

(3) $(\mathrm{C_2H_5})_3\mathrm{Al} + 3\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Al(OH)_3} + 3\mathrm{C_2H_6}$

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

(5) 반응 없음

[해설]

물과 반응하는지는 금수성 여부로 판단한다. 물에 녹는 것(용해)과 물과 반응하는 것은 다르다.

과산화나트륨은 제1류 무기과산화물 중 알칼리금속 과산화물이어서 물과 반응해 산소를 낸다.
2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂

과염소산나트륨은 제1류 과염소산염류로, 물에 녹기만 하므로 반응 없음이다.

트라이에틸알루미늄은 제3류 알킬알루미늄으로, 물과 격렬히 반응해 에테인(C₂H₆)을 낸다.
(C₂H₅)₃Al + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3C₂H₆

인화칼슘은 제3류 금속의 인화물로, 물과 반응해 맹독성 기체인 포스핀(PH₃)을 낸다.
Ca₃P₂ + 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2PH₃

아세트알데하이드는 제4류 특수인화물이다. 물에 잘 섞이는 수용성일 뿐 물과 반응하지 않으므로 반응 없음이다.

적응성이 있는 칸은 다음과 같다.

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17의 소화설비 적응성 표로, 위험물의 성질과 소화 원리를 알면 칸을 채울 수 있다.

• 물계 설비(옥내·옥외소화전, 스프링클러)는 금수성 세 칸과 제4류가 빈칸이며, 스프링클러만 제4류에 △다.
• 물분무·포소화설비는 물계 설비와 같은 칸에 더해 유면을 덮거나 식힐 수 있어 제4류에도 ○다.
• 불활성가스·할로젠화합물소화설비는 질식·억제 소화라 제2류 인화성 고체와 제4류에만 ○다.
• 인산염류 분말은 제1류 그 밖의 것, 제2류 인화성 고체·그 밖의 것, 제4류, 제6류에 ○다.
• 탄산수소염류 분말은 금수성 세 칸과 제2류 인화성 고체, 제4류에 ○다.
• 그 밖의 분말(금속화재용)은 금수성 세 칸에만 ○다.

금수성 세 칸은 제1류 알칼리금속 과산화물 등, 제2류 철분·금속분·마그네슘 등, 제3류 금수성 물품이다. 이 세 칸에 쓸 수 있는 것은 탄산수소염류 분말과 그 밖의 분말뿐이다.

(1) 14.0

(2) $2\mathrm{CH_3CHO} + 5\mathrm{O_2} \rightarrow 4\mathrm{CO_2} + 4\mathrm{H_2O}$

[해설]

위험도는 연소범위의 폭을 폭발하한값으로 나눈 값이며, 아세트알데하이드의 연소범위는 4.0~60.0%이다.

H = (U − L) / L
H = (60 − 4.0) / 4.0 = 14.0

완전연소하면 탄소는 CO₂, 수소는 H₂O가 되도록 계수를 맞춘다.

2CH₃CHO + 5O₂ → 4CO₂ + 4H₂O

연소범위를 4.1~57%로 적은 교재에서는 위험도가 12.90으로 계산되므로, 문제에 주어진 연소범위를 확인한 뒤 대입한다.

① 이중관으로 할 것(다만, 소공이 없는 상부는 단관으로 할 수 있다)

② 재료는 금속관 또는 경질합성수지관으로 할 것

③ 관은 탱크전용실의 바닥 또는 탱크의 기초까지 닿게 할 것

④ 관의 밑부분으로부터 탱크의 중심 높이까지의 부분에는 소공이 뚫려 있을 것(지하수위가 높은 장소에서는 지하수위 높이까지의 부분에 소공이 뚫려 있을 것)

⑤ 상부는 물이 침투하지 아니하는 구조로 하고, 뚜껑은 검사 시에 쉽게 열 수 있도록 할 것

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 8에 따라 지하저장탱크 주위에 누설검사관을 설치할 때 지켜야 하는 기준이다.

• 이중관으로 하면 바깥 관이 흙을 막고 안쪽 관에 새어 나온 위험물이 모이며, 소공이 없는 상부는 단관으로 해도 된다.
• 재료는 흙의 압력과 위험물에 견디는 금속관 또는 경질합성수지관으로 한다.
• 새어 나온 액체는 가장 낮은 곳에 고이므로 관은 탱크전용실 바닥이나 탱크 기초까지 닿게 한다.
• 소공(작은 구멍)은 관 밑부분부터 탱크 중심 높이까지 뚫되, 지하수위가 높은 곳에서는 지하수위 높이까지만 뚫는다.
• 빗물이 들어가 판정을 그르치지 않도록 상부는 방수 구조로 하고, 뚜껑은 검사할 때 쉽게 열리게 한다.

혼동 주의: 4개소 이상은 관을 몇 군데 설치하느냐이고, 설치기준은 다섯 가지다.

(1) 나이트로화합물(제1종)

(2) 10[kg]

(3) 트라이나이트로페놀(피크르산) $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH}$ — 벤젠고리의 1번 위치에 $\mathrm{-OH}$, 2ㆍ4ㆍ6번 위치에 $\mathrm{-NO_2}$ 3개가 결합한 구조

[해설]

제법 두 가지가 모두 같은 물질을 가리킨다. 벤젠을 수은 촉매로 질산과 반응시키는 경로, 그리고 페놀을 진한 황산에 녹인 뒤 질산으로 나이트로화하는 경로 — 어느 쪽이든 생성물은 트라이나이트로페놀(피크르산)이다. DDNP의 원료라는 단서도 여기에 맞는다.

화학식은 $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH}$로, 제5류 위험물 나이트로화합물에 속하며 지정수량은 제1종 10[kg]이다. 착화점은 약 300[℃]다.

구조식에서 반드시 살려야 하는 것은 두 가지다. 첫째 하이드록시기($\mathrm{-OH}$)가 1개, 둘째 나이트로기($\mathrm{-NO_2}$)가 2ㆍ4ㆍ6번 위치에 3개. 위치번호를 빠뜨리면 감점된다.

피크르산은 순수한 상태에서는 비교적 안정하지만 금속과 반응해 피크린산염을 만들면 충격에 매우 민감해진다. 그래서 저장 시 금속용기를 피하고, 건조하면 폭발 위험이 커지므로 물에 적셔 습윤 상태로 보관한다.

① 제조소

② 일반취급소

③ 옥내저장소

④ 옥외저장소

⑤ 옥외탱크저장소

[해설]

안전거리는 주거·학교·병원·문화재 같은 보호대상물과 떼어 두는 거리다. 보유공지는 소화활동과 불길 확산 방지를 위해 시설 주위에 비워 두는 공터다.

두 규제를 모두 받는 곳은 지상에서 위험물을 많이 다루는 제조소·일반취급소·옥내저장소·옥외저장소·옥외탱크저장소 다섯 곳이다. 일반취급소는 제조소 기준을 준용하므로 여기에 들어간다.

혼동 주의: 옥내탱크저장소·지하탱크저장소·이동탱크저장소·암반탱크저장소·주유취급소·판매취급소에는 안전거리 규정이 없다.

$P = p_1 + p_2 + p_3 + 0.35\ \mathrm{MPa}$

$P$: 필요한 압력[MPa]

$p_1$: 소방용 호스의 마찰손실수두압[MPa]

$p_2$: 배관의 마찰손실수두압[MPa]

$p_3$: 낙차의 환산수두압[MPa]

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준에 정해진 옥내소화전설비 압력수조의 압력 공식이다. 물이 흘러가며 잃는 압력을 모두 더한 뒤 노즐에서 필요한 방수압력을 더한다.

P = p₁ + p₂ + p₃ + 0.35 MPa

• P — 압력수조에 필요한 압력[MPa]이다.
• p₁ — 소방용 호스에서 마찰로 잃는 압력(마찰손실수두압)[MPa]이다.
• p₂ — 배관에서 마찰로 잃는 압력(마찰손실수두압)[MPa]이다.
• p₃ — 압력수조와 방수구의 높이 차(낙차)를 압력으로 환산한 값[MPa]이다.

상수 0.35MPa는 위험물 옥내소화전의 노즐 끝 방수압력 기준인 350kPa 이상에서 나온 값이다.

① 균열이 확인된 경우에는 불합격으로 할 것

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

③ 2 이상의 결함지시모양이 동일선상에 연속해서 존재하고 그 상호간의 간격이 2[mm] 이하인 경우에는 상호간의 간격을 포함하여 연속된 하나의 결함지시모양으로 간주할 것(다만, 결함지시모양 중 짧은 쪽의 길이가 2[mm] 이하이면서 상호간의 간격 이하인 경우에는 독립된 결함지시모양으로 한다)

④ 결함지시모양이 존재하는 임의의 개소에 있어서 2,500[mm²]의 사각형(한 변의 최대길이는 150[mm]로 한다) 내에 길이 1[mm]를 초과하는 결함지시모양의 길이의 합계가 8[mm]를 초과하는 경우에는 불합격으로 할 것

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준의 침투탐상시험 판정기준이다. 침투탐상시험은 침투액과 현상액으로 표면에 열린 미세 결함을 눈에 보이게 하는 비파괴검사다.

• 균열 — 진행성 결함이므로 크기와 관계없이 불합격이다.
• 선상·원형상 결함 — 결함 하나의 크기가 4mm를 넘으면 불합격이다.
• 연속 결함 — 같은 선상에서 간격 2mm 이하로 이어지면 간격을 포함해 하나의 결함으로 본다(짧은 쪽이 2mm 이하이고 간격 이하이면 따로 센다).
• 밀집 결함 — 2,500mm² 사각형(한 변 최대 150mm) 안에서 1mm를 넘는 결함의 길이 합계가 8mm를 넘으면 불합격이다.

혼동 주의: 연속 결함 기준은 그 자체로 불합격 사유가 아니라 결함을 세는 방법이다. 하나로 묶은 길이에 크기 기준과 밀집 기준을 다시 적용한다.

(1) $\mathrm{NaO}$

(2) $\mathrm{Na_2O_2}$

[해설]

질량 백분율 문제는 시료를 100 g으로 놓고 각 원소 질량을 원자량으로 나눠 몰수비를 구한다.

실험식: Na 58.97 ÷ 23 ≈ 2.56, O 41.03 ÷ 16 ≈ 2.56
Na : O = 2.56 : 2.56 = 1 : 1
→ NaO

분자식: 실험식량 = 23 + 16 = 39
n = 78 ÷ 39 = 2
→ Na₂O₂(과산화나트륨)

과산화나트륨은 제1류 무기과산화물이다. 물과 반응해 산소를 내므로 주수소화를 하면 안 된다.

㉮ 제5류 위험물

㉯ 제1류 위험물

㉰ 제1류 위험물

㉱ 제4류 위험물

㉲ 제4류 위험물(알킬알루미늄 또는 알킬리튬을 함유한 것에 한한다)

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 저장기준은 유별이 다른 위험물을 같은 저장소에 두지 못하게 한다. 다만 옥내저장소·옥외저장소에서 1m 이상 간격을 두면 정해진 조합만 함께 저장할 수 있다.

• 제1류(알칼리금속의 과산화물 제외)는 제5류와 저장할 수 있다 — 산소공급원과 자기반응성 물질의 조합이며, 알칼리금속의 과산화물은 물과 반응해 산소를 내는 금수성 물질이라 제외된다.
• 제6류는 제1류와 저장할 수 있다 — 둘 다 산화성 물질(액체와 고체)이다.
• 황린은 제1류와 저장할 수 있다 — 황린은 물속에 저장하는 자연발화성 물질이고 금수성이 없다.
• 인화성 고체는 제4류와 저장할 수 있다 — 고형알코올처럼 인화성 액체를 굳힌 것이라 같은 계열이다.
• 알킬알루미늄등은 제4류 중 알킬알루미늄·알킬리튬을 함유한 것과만 저장할 수 있다 — 희석제에 녹여 저장하는 실제 취급 형태를 반영한 것이다.

혼동 주의: 함께 저장할 수 있는 조합이 하나 더 있다. 제4류 중 유기과산화물 함유물과 제5류 중 유기과산화물 함유물이다.

200[g]

[해설]

코크스에서 타는 것은 그 안에 든 황뿐이다. 반응식 S + O₂ → SO₂에서 S 32 g이 SO₂ 64 g이 되므로 질량비는 1 : 2이다.

황의 질량 = 1,000,000 g × 0.01/100
= 100 g

SO₂ 질량 = 100 × 64/32
= 200 g

혼동 주의: 0.01 wt%는 1×10⁻⁴이므로 100으로 나누는 것을 빠뜨리지 않는다.

(1) 고정지붕구조 탱크 / 상부포주입법

(2) 고정지붕구조 또는 부상덮개부착 고정지붕구조 탱크 / 상부포주입법

(3) 고정지붕구조 탱크 / 저부포주입법

(4) 부상지붕구조 탱크 / 상부포주입법

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준은 고정포방출구 형식을 탱크 지붕구조와 포 주입방법으로 구분한다. 상부포주입법은 탱크 옆판 상부에서 액면 위로 포를 방출하고, 저부포주입법은 액면 아래에서 포를 넣어 떠오르게 한다.

• Ⅰ형 — 고정지붕구조 탱크에 상부포주입법을 쓰며, 통계단·미끄럼판으로 포가 액면을 휘젓지 않고 덮게 한다.
• Ⅱ형 — 고정지붕구조 또는 부상덮개부착 고정지붕구조 탱크에 상부포주입법을 쓰며, 반사판으로 포가 옆판 안쪽 면을 타고 흘러내리게 한다.
• Ⅲ형 — 고정지붕구조 탱크에 저부포주입법을 쓰며, 역류를 막는 구조의 송포관으로 포를 방출한다.
• 특형 — 부상지붕구조(플로팅 루프) 탱크에 상부포주입법을 쓰며, 지붕 위 금속 칸막이와 옆판 사이의 고리 모양 부분에만 포를 넣는다.

외우는 요령: 저부포주입법은 Ⅲ형·Ⅳ형뿐이고, 부상지붕구조에 쓰는 형식은 특형뿐이다.

(1) 과망가니즈산칼륨, 1,000[kg]

(2) $2\mathrm{KMnO_4} \rightarrow \mathrm{K_2MnO_4} + \mathrm{MnO_2} + \mathrm{O_2}$

(3) $4\mathrm{KMnO_4} + 6\mathrm{H_2SO_4} \rightarrow 2\mathrm{K_2SO_4} + 4\mathrm{MnSO_4} + 6\mathrm{H_2O} + 5\mathrm{O_2}$

(4) 황산칼륨($\mathrm{K_2SO_4}$), 과망가니즈산($\mathrm{HMnO_4}$)

[해설]

분자량 158(39 + 55 + 16×4), 흑자색 결정, 진한 보라색 수용액은 과망가니즈산칼륨(KMnO₄)의 특징이다. 품명은 과망가니즈산염류이고 지정수량은 1,000 kg이다.

• 열분해 — Mn이 +7에서 K₂MnO₄(+6)와 MnO₂(+4)로 나뉘면서 산소를 낸다.
• 묽은 황산 — 산화·환원 반응으로 MnSO₄까지 환원되면서 산소를 방출한다.
• 진한 황산 — 복분해로 황산칼륨과 폭발성이 있는 과망가니즈산이 생긴다.
  2KMnO₄ + H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2HMnO₄

혼동 주의: 묽은 황산과는 산소가 생기고, 진한 황산과는 과망가니즈산이 생긴다.

① 4[m]

② 2[m]

③ 4[m]

④ 1[m]

⑤ 2[m]

⑥ 4[m]

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 13(주유취급소)에서 정한 고정주유설비·고정급유설비의 이격거리다. 값은 4m·2m·1m 세 가지뿐이라 각 값이 어느 대상까지의 거리인지 짝짓는 것이 핵심이다.

• 도로경계선까지는 고정주유설비·고정급유설비 모두 4m이다.
• 고정주유설비는 부지경계선·담·건축물의 벽까지 모두 2m이다.
• 고정급유설비는 부지경계선·담까지 1m로 완화되지만, 건축물의 벽까지는 2m이다.
• 고정주유설비와 고정급유설비 사이는 4m이다.

혼동 주의: 개구부가 없는 벽이면 두 설비 모두 벽까지의 거리를 1m로 줄일 수 있다.

(1) 10[kg]

(2) $4\mathrm{K} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{K_2O}$

(3) $2\mathrm{K} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{KOH} + \mathrm{H_2}$

[해설]

보라색 불꽃반응을 보이고 비중 0.86인 무른 경금속은 칼륨(K)이다. 제3류 위험물이고 지정수량은 10 kg(위험등급 Ⅰ)이다.

• 연소 — 산소와 결합해 산화칼륨(K₂O)이 된다.
• 물과의 반응 — 수산화칼륨과 수소가 생기고, 반응열 때문에 수소가 곧바로 점화될 수 있다.

그래서 주수소화는 금지하고, 등유·경유 같은 보호액 속에 넣어 저장한다.

혼동 주의: 불꽃색은 리튬이 빨간색, 나트륨이 노란색, 칼륨이 보라색이다.

(1) 펌프의 정지 및 긴급차단밸브의 폐쇄

(2) 해당 지역에 대한 지진재해정보를 계속 수집하고, 그 상황에 따라 펌프의 정지 및 긴급차단밸브를 폐쇄

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준에서 정한 이송취급소의 지진 시 재해방지조치다. 이송취급소는 배관이 손상되면 누설이 넓게 번지므로 진도에 따라 대응을 나눈다.

• 진도계 5 이상 — 배관 손상 우려가 크므로 즉시 펌프를 정지하고 긴급차단밸브를 닫는다.
• 진도계 4 이상 — 지진재해정보를 계속 수집하면서 상황에 따라 펌프를 정지하고 긴급차단밸브를 닫는다.

외우는 요령: 5 이상은 즉시 차단, 4 이상은 감시 후 상황에 따라 차단이다. 진도계 5 이상의 지진이 있은 뒤에는 배관계 안전을 확인하기 전까지 이송을 다시 시작하지 않는다.

2,543.4[L]

[해설]

양쪽 끝이 볼록한 횡형 타원형 탱크의 내용적은 타원 단면적에 유효 길이를 곱해 구한다. 볼록한 경판의 길이는 그대로 더하지 않고 3으로 나눠 더한다.

V = πab/4 × (l + (l₁ + l₂)/3)
= 3.14 × 1.2 × 1.0/4 × (2.5 + (0.3 + 0.3)/3)
= 0.942 × 2.7 = 2.5434 m³
= 2.5434 × 1,000 = 2,543.4L

혼동 주의: 치수를 m로 바꿔 계산한 뒤 1m³ = 1,000L로 환산해야 한다. 저장물이 벤젠이라는 조건은 내용적 계산에 쓰이지 않는다.

① 과산화수소

② 과염소산

③ 2

④ 배수구

⑤ 분리장치

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 11(옥외저장소 기준) 가운데 햇빛·황 비산·황 유출을 막는 규정이다.

• 과산화수소·과염소산 — 제6류 중 빛을 받으면 분해되기 쉬운 물질이라 불연성·난연성 천막으로 햇빛을 가린다.
• 천막 고정장치 — 덩어리 황을 덮은 천막이 날리지 않도록 경계표시 길이 2 m마다 한 개 이상 둔다.
• 배수구·분리장치 — 빗물에 씻긴 황이 그대로 흘러나가지 않도록 배수구로 물을 모으고 분리장치로 황을 걸러낸다.

함께 외울 수치: 황만 저장하는 경계표시의 내부 면적은 100 m² 이하이고, 경계표시가 둘 이상이면 내부 면적 합계가 1,000 m² 이하다.

(1) 옥외소화전설비

(2) 40.5[m³]

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17은 소화전 수원을 설치개수에 상한을 두고 산정한다. 옥내소화전은 최대 5개×7.8m³, 옥외소화전은 최대 4개×13.5m³으로 계산한다.

옥내소화전(6개 설치 → 5개까지만 반영)
Q = 5 × 7.8
= 39m³

옥외소화전(3개 설치)
Q = 3 × 13.5
= 40.5m³

따라서 수원이 더 많이 필요한 쪽은 옥외소화전설비이고, 확보해야 할 최소 수원은 40.5m³이다. 혼동 주의: 7.8m³은 260L/min×30분, 13.5m³은 450L/min×30분에서 나온 값이다.

① 무기과산화물

② 황

③ 마그네슘

④ 황린

⑤ 하이드라진 유도체

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1은 유별마다 품명과 지정수량을 짝지어 정해 두었으므로, 빈칸 옆의 지정수량이 답의 단서다.

• 무기과산화물 — 제1류에서 지정수량 50 kg인 품명 다섯 가운데 표에 없는 하나다.
• 황 — 제2류에서 100 kg인 품명은 황화인·적린·황 셋이다.
• 마그네슘 — 제2류에서 500 kg인 품명은 철분·금속분·마그네슘 셋이다.
• 황린 — 제3류에서 지정수량이 20 kg인 품명은 황린 하나뿐이다.
• 하이드라진 유도체 — 제5류에서 아조화합물·다이아조화합물 다음에 열거되는 품명이다.

제5류는 품명이 아니라 시험 결과에 따라 제1종 10 kg, 제2종 100 kg으로 지정수량이 갈린다.