2015년 위험물기능장실기(필답형) 제58회

약 0.26[MPa]

[해설]

오리피스 방수량 공식 Q = 0.6597CD²√(10P)에는 Q를 L/min, D를 mm, P를 MPa 단위로 넣는다.

식을 P에 대해 정리해 대입한다.
P = (1/10) × [Q ÷ (0.6597 × C × D²)]²
P = (1/10) × [100 ÷ (0.6597 × 0.94 × 10²)]² = (1/10) × 1.6127²
P ≈ 0.26 MPa

혼동 주의: 지름을 m 단위로 넣으면 값이 전혀 맞지 않는다. 계수가 0.653인 식으로 풀어도 약 0.265 MPa이 나와 답은 같은 자리에 떨어진다.

① 변형·손상의 유무 및 고정상태의 적부

② 인화방지망의 손상 및 막힘 유무

③ 방화댐퍼의 손상 유무 및 기능의 적부

④ 팬의 작동상황의 적부

⑤ 가연성 증기 경보장치의 작동상황의 적부

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준에 있는 제조소·일반취급소 일반점검표의 '환기·배출설비 등' 항목이며, 설비 요소 다섯 개에 점검 내용이 하나씩 대응한다.

• 설비 본체 — 변형·손상이 있는지, 고정상태가 적정한지 본다.
• 인화방지망 — 손상과 막힘을 본다(막히면 환기도 인화 차단도 되지 않는다).
• 방화댐퍼 — 손상과 기능을 본다(화재 때 닫혀서 덕트를 타고 불이 번지는 것을 막는다).
• 팬 — 작동상황이 적정한지 본다.
• 가연성 증기 경보장치 — 작동상황이 적정한지 본다.

외우는 요령: 본체·망·댐퍼·팬·경보장치 순서로 설비를 떠올린 뒤 손상·막힘·기능·작동을 붙인다.

(1) 벤젠고리의 1번 탄소에 하이드록시기($\mathrm{-OH}$) 1개, 2·4·6번 탄소에 나이트로기($\mathrm{-NO_2}$) 3개가 결합한 구조 — $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH}$

(2) 18.34[wt%]

[해설]

피크르산은 페놀의 2·4·6 위치가 나이트로화된 화합물로, 정식 명칭은 트라이나이트로페놀이다. 제5류 위험물 중 나이트로화합물에 속하며 지정수량은 100[kg]이다. 순수한 것은 무색이지만 공업용은 황색 침상결정이고, 비중 1.8, 융점 122.5[℃]이며 찬물에는 거의 녹지 않으나 더운물·알코올·에터·벤젠에는 잘 녹는다.

질소 함유량은 분자량 중 질소가 차지하는 질량비다. 먼저 분자량을 구한다.

$\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH} : 12 \times 6 + 1 \times 2 + (14 + 16 \times 2) \times 3 + 16 + 1 = 229$

한 분자에 나이트로기가 3개이므로 질소의 총 질량은 $14 \times 3 = 42$이다.

$\mathrm{N[wt\%]} = \dfrac{42}{229} \times 100 = 18.34\,[\mathrm{wt\%}]$

따라서 질소 함유량은 18.34[wt%]이다.

구조식을 그릴 때 채점 포인트는 나이트로기의 위치(2·4·6)다. 위치가 어긋나면 다른 이성질체가 되므로 반드시 하이드록시기의 오르토·오르토·파라 자리에 나이트로기를 붙여야 한다. 피크르산은 금속과 반응해 매우 예민한 금속염(피크르산염)을 만들므로 철·구리·납 용기에 저장하지 않고, 건조하면 폭발 위험이 커지므로 물에 적셔 저장한다.

(1) 0.6

(2) 0.1, 0.1

(3) 0.3

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 8의 지하탱크저장소 기준이다. 수치는 0.6 → 0.1 → 0.1 → 0.3 순서로 묶어 외운다.

• 매설 깊이 0.6 m 이상 — 탱크 윗부분이 지면에서 이만큼 아래에 있어야 지상의 하중과 충격이 탱크에 직접 닿지 않는다.
• 이격거리 0.1 m 이상 — 탱크전용실과 지하의 벽·피트·가스관 등 시설물 및 대지경계선 사이의 거리다.
• 간격 0.1 m 이상 — 탱크와 전용실 안쪽 사이의 간격이며, 마른모래나 입자지름 5 mm 이하의 마른 자갈분을 채운다.
• 두께 0.3 m 이상 — 탱크전용실 벽·바닥·뚜껑의 두께다.

혼동 주의: 두께 단위는 mm가 아니라 m이다. 탱크 2기 이상을 붙여 설치할 때의 상호간격 1 m(용량 합계가 지정수량 100배 이하이면 0.5 m)와도 구분한다.

약 752.75[L]

[해설]

아연은 수소보다 이온화 경향이 커서 묽은 염산에 녹으며 수소를 낸다.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

아연 1몰에서 수소 1몰이 생긴다.
n = 1,000 ÷ 65.4 = 15.29 mol

표준상태가 아니므로 이상기체 상태방정식을 쓴다.
V = nRT ÷ P

V = 15.29 × 0.08205 × 300 ÷ 0.5
V ≈ 752.75 L

표준상태 값 22.4 L/mol을 그대로 곱하면 틀리며, 온도는 절대온도 300 K(273 + 27)로 넣는다.

액체류가 파이프 등의 관 속을 흐를 때 액체와 관 벽의 경계면에서 전하가 분리되어 정전기가 발생하는 현상

[해설]

유동대전은 정전기 대전의 한 종류로, 액체가 관 속을 흐를 때 액체와 관 벽의 경계면에서 전하가 분리되는 현상이다.

관 벽에는 한쪽 극성의 전하가 남고, 반대 극성의 전하는 액체에 실려 하류로 옮겨져 쌓인다. 석유류처럼 전기저항이 큰 액체일수록, 유속이 빠를수록 대전량이 커진다.

그래서 위험물을 이송하거나 주입할 때는 유속 제한과 배관 접지로 대전을 줄인다. 혼동 주의: 좁은 노즐에서 뿜어져 나올 때 생기는 것은 분출대전이다.

$4\mathrm{C_3H_5(ONO_2)_3} \rightarrow 12\mathrm{CO_2} + 10\mathrm{H_2O} + 6\mathrm{N_2} + \mathrm{O_2}$

[해설]

나이트로글리세린은 분자 안에 산소를 충분히 품은 질산에스터라서 외부 산소 없이도 스스로 분해·폭발한다.

생성물은 이산화탄소·물·질소이고 산소가 남으며, 계수를 정수로 맞추려면 4분자로 시작해야 한다.
4C₃H₅(ONO₂)₃ → 12CO₂ + 10H₂O + 6N₂ + O₂

원자 수로 검산하면 C 12 = 12, H 20 = 20, N 12 = 12, O 36 = 24 + 10 + 2로 맞는다. 액체 4분자가 기체 29분자로 바뀌며 부피가 급격히 팽창하는 것이 파괴력의 원천이다.

① 주택의 난방시설(공동주택의 중앙난방시설은 제외한다)을 위한 저장소 또는 취급소

② 농예용·축산용 또는 수산용으로 필요한 난방시설 또는 건조시설을 위한 지정수량 20배 이하의 저장소

[해설]

위험물안전관리법 제6조는 아래 두 경우에는 허가 없이 설치·변경하고, 신고 없이 품명·수량·지정수량 배수를 바꿀 수 있게 한다.

• 주택의 난방시설을 위한 저장소 또는 취급소 — 다만 공동주택의 중앙난방시설은 규모가 커서 제외된다.
• 농예용·축산용·수산용 난방시설 또는 건조시설을 위한 저장소 — 지정수량 20배 이하일 때만 해당한다.

혼동 주의: 주택 난방은 저장소와 취급소가 모두 해당하지만, 농·축·수산용은 저장소만 해당한다.

(1) 액체 : 1기압 및 20[℃]에서 액상인 것 또는 20[℃] 초과 40[℃] 이하에서 액상인 것

(2) 기체 : 1기압 및 20[℃]에서 기상인 것

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1의 비고가 유별 정의에 쓰이는 액체와 기체를 정한다. 산화성 고체를 액체·기체가 아닌 것으로 정의하므로, 이 두 용어가 고체의 범위를 결정한다.

• 액체 — 1기압·20℃에서 액상이거나, 20℃ 초과 40℃ 이하에서 액상인 것이다.
• 기체 — 1기압·20℃에서 기상인 것이다.

혼동 주의: 상온에서는 굳어 있어도 40℃ 이하로 데웠을 때 흐르는 물질은 액체로 본다. 이 40℃ 상한을 빠뜨리면 감점된다.

① 코로나방전

② 스트리머방전

③ 불꽃방전

[해설]

정전기 방전은 대전된 물체의 전하가 공기의 절연을 깨고 흘러 나가는 현상이다. 방전에너지가 클수록 점화원이 될 위험이 커진다.

• 코로나방전 — 뾰족한 돌기 끝에 전계가 몰려 그 주변 공기만 부분적으로 절연이 깨지는 약한 방전이다.
• 스트리머방전 — 대전량이 큰 부도체와 도체 사이에서 나뭇가지 모양의 빛을 내며 일어나는 방전이다.
• 불꽃방전 — 도체 사이의 절연이 완전히 깨지면서 강한 빛과 파괴음을 내고 전하를 한꺼번에 내보내는, 가장 위험한 방전이다.

네 가지를 물으면 부도체 표면을 따라 퍼지는 연면방전을 더한다.

(1) 1,300[L/min]

(2) 45분 이상

[해설]

위험물안전관리법령상 제조소등의 옥내소화전은 노즐 하나당 260 L/min 이상을 방수해야 하고, 동시 사용 개수는 가장 많이 설치된 층의 설치개수(최대 5개)로 잡는다.

Q = N × 260 = 5 × 260 = 1,300 L/min

비상전원은 설비를 45분 이상 작동시킬 수 있는 용량이어야 하며, 위험물 화재가 오래 이어지기 쉬워 일반 건축물 기준(20분)보다 길게 잡는다.

혼동 주의: 수원의 양은 소화전 하나당 7.8 m³(260 L/min × 30분)을 곱해 39 m³이다.

(1) 자기탐상시험기, 초음파두께측정기, 영상초음파시험기(영상초음파시험기 대신 방사선투과시험기 및 초음파시험기를 갖추어도 된다)

(2) 진공누설시험기(진공능력 53[kPa] 이상), 기밀시험장치, 수직·수평도 측정기

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 7은 탱크시험자의 장비를 필수장비와 필요한 경우에 두는 장비로 나눈다.

• 필수장비 — 자기탐상시험기와 초음파두께측정기에 영상초음파시험기(또는 방사선투과시험기 및 초음파시험기)를 더해 갖춘다.
• 충·수압시험, 진공시험, 기밀시험을 하는 경우 — 진공능력 53 kPa 이상의 진공누설시험기와 기밀시험장치를 둔다.
• 수직·수평도 시험을 하는 경우 — 수직·수평도 측정기를 둔다.

혼동 주의: 영상초음파시험기를 대신하려면 방사선투과시험기와 초음파시험기를 둘 다 갖춰야 한다.

(1) $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$ / 제1석유류 / 비수용성

(2) $\mathrm{C_6H_5NH_2}$ / 제3석유류 / 비수용성

(3) $\mathrm{C_6H_5Cl}$ / 제2석유류 / 비수용성

(4) $\mathrm{C_6H_{12}}$ / 제1석유류 / 비수용성

(5) $\mathrm{C_5H_5N}$ / 제1석유류 / 수용성

[해설]

제4류의 품명은 인화점으로 가른다(제1석유류 21℃ 미만, 제2석유류 21℃ 이상 70℃ 미만, 제3석유류 70℃ 이상 200℃ 미만).

• 메틸에틸케톤 CH₃COC₂H₅ — 인화점이 약 -1℃라 제1석유류이고, 법령상 비수용성이다.
• 아닐린 C₆H₅NH₂ — 인화점이 약 75℃라 제3석유류이고 비수용성이다.
• 클로로벤젠 C₆H₅Cl — 인화점이 약 32℃라 제2석유류이고 비수용성이다.
• 사이클로헥세인 C₆H₁₂ — 인화점이 약 -20℃라 제1석유류이고 비수용성이다.
• 피리딘 C₅H₅N — 인화점이 약 20℃라 제1석유류이며, 물과 잘 섞이는 수용성이다.

혼동 주의: 질소를 품은 두 물질 가운데 피리딘만 수용성이고 아닐린은 비수용성이다. 메틸에틸케톤도 물에 조금 녹지만 법령의 시험 기준으로는 비수용성이다.

(1) 3

(2) 1, 0.5

(3) 600

(4) 3.2

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 9의 간이탱크저장소 위치·구조 및 설비 기준에서 나오는 수치다.

• 탱크 수 — 하나의 간이탱크저장소에 3기 이하로 두며, 같은 품질의 위험물을 담는 탱크는 2기 이상 둘 수 없다.
• 옥외 설치 — 탱크 주위에 너비 1[m] 이상의 공지를 둔다.
• 전용실 설치 — 탱크와 전용실 벽 사이에 0.5[m] 이상의 간격을 둔다.
• 용량 — 간이저장탱크 하나당 600[L] 이하이다.
• 강판 두께 — 3.2[mm] 이상이며, 70[kPa]로 10분간 수압시험을 한다.

외우는 요령: 바깥(옥외)은 1[m]로 넓고, 안(전용실)은 0.5[m]로 좁다.

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

[해설]

제3류 위험물인 트라이에틸알루미늄((C₂H₅)₃Al)은 알킬알루미늄으로, 물과 격렬히 반응하는 금수성 물질이다.

물의 수소가 에틸기와 결합해 에테인(C₂H₆)이 되고, 알루미늄은 수산화알루미늄으로 남는다.
(C₂H₅)₃Al + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3C₂H₆

에틸기 3개가 물을 1분자씩 소비하므로 물과 에테인의 계수가 모두 3이다. 가연성인 에테인이 나오므로 주수소화는 금지이고, 마른모래 등으로 질식소화한다.

① 고정지붕구조

② 부상지붕구조

③ 부상덮개부착 고정지붕구조

[해설]

옥외저장탱크의 지붕구조는 지붕이 몸통에 고정되어 있는지, 액면 위에 떠 있는지로 나뉜다.

• 고정지붕구조 — 지붕이 옆판에 고정된 일반형(콘루프)으로, 액면과 지붕 사이에 증기 공간이 생긴다.
• 부상지붕구조 — 지붕이 액면 위에 떠서 액면과 함께 오르내리는 형식(플로팅루프)으로, 증기 공간이 없어 증발손실이 적다.
• 부상덮개부착 고정지붕구조 — 고정지붕 아래 액면에 금속제 부상덮개를 띄운 형식으로, 두 방식을 겹친 구조다.

이 구분에 따라 포방출구 종류가 정해진다. 고정지붕구조는 Ⅰ·Ⅱ·Ⅲ·Ⅳ형, 부상덮개부착 고정지붕구조는 Ⅱ형, 부상지붕구조는 특형을 쓴다.

(1) $\mathrm{CaC_2} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Ca(OH)_2} + \mathrm{C_2H_2}$

(2) 175[L]

(3) 31.4

[해설]

탄화칼슘(CaC₂)은 제3류 위험물로, 물과 반응하면 수산화칼슘과 아세틸렌(C₂H₂)이 생긴다.
CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂

CaC₂ 1 mol(64 g)에서 아세틸렌 1 mol(표준상태 22.4 L)이 생긴다.
V = 500 × 22.4 / 64
V = 175 L

위험도는 연소범위의 폭을 연소하한값으로 나눈 값이며, 아세틸렌의 연소범위는 2.5~81 %다.
H = (U − L) / L = (81 − 2.5) / 2.5
H = 31.4

혼동 주의: 탄화알루미늄(Al₄C₃)은 물과 반응하면 아세틸렌이 아니라 메테인이 생긴다.

① 알칼리금속(칼륨 및 나트륨은 제외한다) 및 알칼리토금속

② 유기금속화합물(알킬알루미늄 및 알킬리튬은 제외한다)

③ 금속의 수소화물

④ 금속의 인화물

⑤ 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 5는 옥내저장소 저장창고의 바닥면적 한도를 위험성이 큰 위험물은 1,000[m²] 이하, 그 밖의 위험물은 2,000[m²] 이하로 나눈다. 제3류 중 1,000[m²] 쪽에 드는 것은 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬·황린이므로, 이들을 뺀 나머지 품명이 답이다.

• 알칼리금속(칼륨·나트륨 제외) 및 알칼리토금속 — 지정수량 50[kg].
• 유기금속화합물(알킬알루미늄·알킬리튬 제외) — 지정수량 50[kg].
• 금속의 수소화물 — 지정수량 300[kg].
• 금속의 인화물 — 지정수량 300[kg].
• 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물 — 지정수량 300[kg].

혼동 주의: 괄호 속 제외 단서를 빠뜨리면 1,000[m²] 창고에만 둘 수 있는 위험물까지 섞여 오답이 된다.

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

(2) $\mathrm{Na_2O_2} + 2\mathrm{CH_3COOH} \rightarrow 2\mathrm{CH_3COONa} + \mathrm{H_2O_2}$

[해설]

분자량이 78(23×2 + 16×2)인 제1류 무기과산화물은 과산화나트륨(Na₂O₂)이다.

물과 반응하면 수산화나트륨과 함께 산소가 생기고 열이 많이 난다.
2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂

초산 같은 산과 반응하면 그 산의 나트륨염과 과산화수소가 생긴다.
Na₂O₂ + 2CH₃COOH → 2CH₃COONa + H₂O₂

외우는 요령: 알칼리금속 과산화물은 물이나 CO₂와 만나면 산소가 생기고, 산과 만나면 염과 과산화수소가 생긴다. 그래서 물을 뿌리지 않고 마른모래로 질식소화한다.

(1) 가연물접촉주의

(2) 화기엄금

(3) 화기·충격주의, 가연물접촉주의

[해설]

운반용기 외부 표시 주의사항은 물질 하나하나가 아니라 유별과 성질로 정해진다. 따라서 먼저 각 물질이 몇 류인지를 판정해야 한다.

· 질산($\mathrm{HNO_3}$) → 제6류 위험물(산화성 액체) → 가연물접촉주의

· 사이안화수소($\mathrm{HCN}$) → 제4류 위험물 제1석유류(수용성) → 화기엄금

· 브로민산칼륨($\mathrm{KBrO_3}$) → 제1류 위험물 브로민산염류(알칼리금속의 과산화물이 아닌 '그 밖의 것') → 화기·충격주의, 가연물접촉주의

유별 주의사항을 정리하면 다음과 같다.

브로민산칼륨에서 실수가 잦다. 제1류라고 무조건 '물기엄금'을 붙이면 안 되고, 알칼리금속의 과산화물일 때만 물기엄금이 추가된다. 브로민산염류는 여기에 해당하지 않으므로 두 가지만 쓴다.