약 0.26[MPa]

[해설]

오리피스(노즐)를 통과하는 방수량과 방수압력의 관계식은 다음과 같다.

$Q = 0.6597\,C\,D^2\sqrt{10P}$

· $Q$ : 방수량[L/min]

· $C$ : 유량계수

· $D$ : 오리피스 지름[mm]

· $P$ : 방수압력[MPa]

구하는 것이 압력이므로 식을 $P$에 대해 정리한다.

$P = \dfrac{1}{10}\left(\dfrac{Q}{0.6597\,C\,D^2}\right)^2$

값을 대입하면

$P = \dfrac{1}{10}\left(\dfrac{100}{0.6597 \times 0.94 \times 10^2}\right)^2 = \dfrac{1}{10} \times (1.6127)^2 = 0.26\,\mathrm{MPa}$

따라서 방수압력은 약 0.26[MPa]이며, 단위를 바꾸면 260[kPa]이다.

주의할 점이 둘 있다. 첫째, 식 안의 $D$는 [m]가 아니라 [mm] 단위를 그대로 넣는다. 둘째, 근호 안이 $10P$인 것은 압력을 [MPa]로 받기 위한 것이며, 압력을 [kgf/cm²]로 쓰는 식에서는 계수와 근호 안의 형태가 달라진다.

계수를 0.653으로 둔 판본도 쓰이는데, 이때는 0.2654[MPa](265.4[kPa])이 나온다. 이론식 $Q = C\,A\sqrt{2P/\rho}$에서 유도하면 계수는 약 0.666이므로 0.6597과 0.653은 모두 실무에서 쓰는 근사값이며, 둘 중 어느 것을 써도 답은 0.26[MPa] 부근으로 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 세부기준이 정한 제조소·일반취급소 일반점검표의 '환기·배출설비 등' 항목이다. 점검 항목이 다섯 개의 설비 요소에 하나씩 대응한다고 보면 외우기 쉽다.

· 설비 자체 → 변형·손상과 고정상태

· 인화방지망 → 손상과 막힘(먼지가 쌓여 막히면 환기도 못 하고 인화 차단도 못 한다)

· 방화댐퍼 → 손상과 기능(화재 시 닫혀서 불길이 덕트를 타고 번지는 것을 막아야 한다)

· 팬 → 작동상황

· 가연성 증기 경보장치 → 작동상황

제조소에서 환기설비와 배출설비를 함께 묶어 점검하는 이유는 둘 다 가연성 증기가 체류하지 않게 하는 설비이기 때문이다. 환기설비는 자연배기 방식으로 상시 공기를 바꾸는 설비이고, 배출설비는 국소배기 방식으로 발생원에서 증기를 강제로 뽑아내는 설비다.

(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 8이 정한 지하탱크저장소의 기준이다. 수치가 모두 소수여서 헷갈리기 쉬운데, 0.6 → 0.1 → 0.3 순으로 묶어 두면 좋다.

· 0.6[m] : 탱크 윗부분이 지면으로부터 묻혀 있어야 하는 최소 깊이. 지상의 차량 하중이나 충격이 탱크에 직접 닿지 않게 하려는 것이다.

· 0.1[m] : 탱크전용실과 지하 시설물·대지경계선 사이의 이격거리이자, 지하저장탱크와 탱크전용실 안쪽 사이에 두어야 하는 간격이다. 두 곳 모두 같은 0.1[m]다.

· 0.3[m] : 탱크전용실의 벽·바닥·뚜껑 두께. 단위가 [mm]가 아니라 [m]임에 주의한다. 철근콘크리트 구조로 만들며 벽·바닥·뚜껑 안쪽에는 방수 조치를 한다.

지하저장탱크와 탱크전용실 안쪽 사이의 0.1[m] 간격에는 그냥 두는 것이 아니라 마른모래 또는 습기 등에 의하여 응고되지 아니하는 입자지름 5[mm] 이하의 마른 자갈분을 채워야 한다. 새어 나온 위험물이 곧바로 흙으로 퍼지지 않게 하고, 탱크가 흔들리지 않게 잡아 주는 역할이다.

또한 탱크를 2 이상 인접해 설치하는 경우 그 상호간에는 1[m](용량의 합계가 지정수량의 100배 이하일 때는 0.5[m]) 이상의 간격을 유지하여야 한다.

약 752.75[L]

[해설]

아연은 이온화 경향이 수소보다 커서 묽은 염산에 녹으며 수소를 발생시킨다.

$\mathrm{Zn} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{ZnCl_2} + \mathrm{H_2}$

아연 1[mol](65.4[g])에서 수소 1[mol](2[g])이 나오므로, 아연 1,000[g]에서 생기는 수소의 질량은

$W = \dfrac{1{,}000 \times 2}{65.4} = 30.58\,\mathrm{g}$

표준상태가 아니라 0.5[atm], 27[℃] 조건이므로 이상기체 상태방정식으로 부피를 구한다.

$PV = nRT = \dfrac{W}{M}RT \;\Rightarrow\; V = \dfrac{WRT}{PM}$

· $W = 30.58\,\mathrm{g}$, $M = 2\,\mathrm{g/mol}$

· $R = 0.08205\,\mathrm{L \cdot atm/(mol \cdot K)}$, $T = 273 + 27 = 300\,\mathrm{K}$, $P = 0.5\,\mathrm{atm}$

$V = \dfrac{30.58 \times 0.08205 \times 300}{0.5 \times 2} = 752.75\,\mathrm{L}$

따라서 발생하는 수소의 부피는 약 752.75[L]이다.

아연의 원자량을 65.38로, 기체상수를 0.082로, 절대온도를 300.15[K]로 두면 752.9[L] 부근이 나온다. 반올림을 어디서 하느냐에 따라 752.7~752.9 사이로 갈리는데 모두 같은 계산이며 정답으로 인정된다.

몰수로 바로 접근해도 된다. 수소는 $1{,}000 \div 65.4 = 15.29\,\mathrm{mol}$이 생기므로 $V = nRT/P = 15.29 \times 0.08205 \times 300 \div 0.5$로 같은 값을 얻는다.

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

[해설]

액체가 관 속을 흐르면 관 벽에 접한 부분에는 한쪽 극성의 전하가 흡착되고, 반대 극성의 전하는 흐르는 액체에 실려 하류로 운반된다. 이렇게 전하가 갈라져 쌓이는 것이 유동대전이다. 부도체인 석유류처럼 전기저항이 큰 액체일수록 전하가 빠져나가지 못해 대전이 심하다.

유속이 빠를수록, 관 지름이 클수록, 이물질이나 수분이 섞여 있을수록 대전량이 커진다. 그래서 위험물을 이송하거나 탱크에 주입할 때는 유속을 1[m/s] 이하로 제한하고 배관을 접지한다. 이동저장탱크에 주입할 때 주입관을 탱크 밑바닥까지 내리는 것도 액체가 떨어지며 튀어 대전되는 것을 막기 위해서다.

정전기 대전의 종류는 발생 원인에 따라 다음과 같이 나뉜다.

· 마찰대전 : 두 물체가 서로 마찰할 때 발생

· 유동대전 : 액체가 관 속을 흐를 때 발생

· 분출대전 : 기체·액체·분체가 좁은 개구부에서 분출할 때 발생

· 박리대전 : 밀착해 있던 두 물체가 떨어질 때 발생

· 충돌대전 : 분체 입자가 서로 또는 고체와 충돌할 때 발생

· 파괴대전 : 고체나 분체가 깨질 때 발생

정전기 발생을 막는 대책으로는 접지, 상대습도 70[%] 이상 유지, 공기 이온화, 도전성 재료 사용, 유속 제한이 있다.

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

[해설]

나이트로글리세린은 제5류 위험물 중 질산에스터류로 지정수량은 10[kg]이다. 글리세린의 하이드록시기 3개가 모두 질산에스터화된 구조($\mathrm{C_3H_5(ONO_2)_3}$)이며, 분자량은 227이다.

분자 안에 이미 산소를 충분히 갖고 있어 외부 산소 없이 스스로 폭발적으로 분해한다. 생성물은 이산화탄소·물·질소이고, 산소가 남을 정도로 산소 균형이 좋다.

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

균형이 맞는지 원자 수로 확인해 보면 다음과 같다.

· C : 좌변 $4 \times 3 = 12$ = 우변 12

· H : 좌변 $4 \times 5 = 20$ = 우변 $10 \times 2 = 20$

· N : 좌변 $4 \times 3 = 12$ = 우변 $6 \times 2 = 12$

· O : 좌변 $4 \times 9 = 36$ = 우변 $12 \times 2 + 10 + 2 = 36$

계수가 4로 시작하는 이유가 여기에 있다. 1분자로 두면 물과 산소의 계수가 분수가 되기 때문이다. 폭발 시 4분자가 29분자의 기체로 바뀌면서 부피가 급격히 팽창하는 것이 나이트로글리세린의 파괴력의 근원이다.

나이트로글리세린은 규조토에 흡수시키면 다이너마이트가 되고, 저장·운반 시에는 동결을 막기 위해 알코올에 적셔 두기도 한다.

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 제조소등을 설치하거나 그 위치·구조·설비를 변경할 때 시·도지사의 허가를 받도록 하고, 품명·수량 또는 지정수량의 배수를 변경할 때는 미리 신고하도록 정하고 있다. 다만 위 두 가지는 이 허가·신고 의무에서 제외된다.

두 항목의 공통점은 생활 또는 생업에 부수되는 소규모 난방·건조 용도라는 점이다. 가정용 보일러의 등유 저장탱크나 비닐하우스 난방기의 연료 저장이 여기에 해당한다.

①에서 공동주택의 중앙난방시설은 제외된다는 단서를 빠뜨리지 않아야 한다. 아파트 전체를 데우는 중앙난방시설은 취급량이 커서 개별 주택의 난방시설과 같이 볼 수 없기 때문이다.

②에서는 지정수량 20배 이하라는 수량 제한과, 대상이 '저장소'로 한정된다는 점이 채점 포인트다. ①과 달리 취급소는 포함되지 않는다.

(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 비고는 유별 정의에 쓰이는 '액체'와 '기체'를 위와 같이 정의한다. 산화성 고체의 정의가 '고체[액체 또는 기체 외의 것]'라는 소극적 형식을 취하기 때문에, 액체와 기체가 무엇인지가 정해져야 고체의 범위가 정해지는 구조다.

액체의 정의에서 눈여겨볼 것은 20[℃] 초과 40[℃] 이하에서 액상인 것까지 포함한다는 대목이다. 상온에서는 굳어 있어도 조금만 데우면 흐르는 물질을 고체로 보지 않겠다는 취지다. 이 40[℃]라는 상한을 빠뜨리면 감점된다.

여기서 '액상'은 또 따로 정의되는데, 수직으로 세운 시험관(안지름 30[mm], 높이 120[mm])에 시료를 55[mm]까지 채운 다음 시험관을 수평으로 눕혔을 때 시료액면의 선단이 30[mm]를 이동하는 데 걸리는 시간이 90초 이내인 것을 말한다.

일부 지면에는 정의가 '고체(액체 또는 기체)로서'로 축약되어 실려 있으나, 이는 '고체[액체 또는 기체 외의 것]로서'가 옳다. 축약된 문장대로 읽으면 액체·기체가 곧 고체라는 뜻이 되어 정의가 성립하지 않는다.

① 코로나방전

② 스트리머방전

③ 불꽃방전

[해설]

대전된 물체에 축적된 전하가 공기 등의 절연을 깨고 흘러 나가는 현상이 방전이며, 방전의 모양과 에너지에 따라 다음과 같이 나뉜다.

· 코로나방전 : 돌기처럼 뾰족한 부분에 전계가 집중되어 그 주변의 공기만 국부적으로 절연이 깨지는 방전. 빛과 소리가 약하고 방전에너지가 작아 점화원이 될 위험은 상대적으로 낮다.

· 스트리머방전 : 대전량이 큰 부도체와 도체 사이에서 나뭇가지 모양의 발광을 동반하며 일어나는 방전. 코로나방전보다 에너지가 커서 가연성 증기의 점화원이 될 수 있다.

· 불꽃방전 : 도체 사이에서 절연이 완전히 깨져 순간적으로 강한 빛과 파괴음을 내며 전 전하가 방출되는 방전. 방전에너지가 가장 커서 위험성이 가장 높다.

· 연면방전 : 대전된 부도체의 표면을 따라 나뭇가지 모양으로 퍼지며 일어나는 방전. 필름이나 시트처럼 얇은 절연물이 강하게 대전되었을 때 나타난다.

세 가지를 물으면 위험성이 뚜렷한 코로나방전·스트리머방전·불꽃방전을 쓰면 되고, 네 가지를 요구하면 여기에 연면방전을 더한다.

방전이 점화원이 되는지는 방전에너지 $E = \dfrac{1}{2}CV^2$이 가연성 물질의 최소착화에너지보다 큰지로 갈린다. 같은 대전량이라도 불꽃방전은 전하를 한꺼번에 쏟아내므로 위험하고, 코로나방전은 조금씩 흘려보내므로 덜 위험하다.

(1) 1,300[L/min]

(2) 45분 이상

[해설]

(1) 위험물제조소등의 옥내소화전설비는 노즐 1개당 방수량을 260[L/min] 이상으로 하고, 동시에 사용하는 개수는 가장 많이 설치된 층의 설치개수(다만 5개 이상인 경우에는 5개)로 산정한다.

$Q = N \times 260\,\mathrm{L/min} = 5 \times 260 = 1{,}300\,\mathrm{L/min}$

따라서 분당 최소 방수량은 1,300[L/min]이다. 설치개수가 6개, 7개로 늘어도 산정 개수는 5개로 묶이므로 방수량은 1,300[L/min]에서 더 커지지 않는다는 점이 요점이다.

같은 $N$으로 수원의 양도 구할 수 있다. $Q = N \times 7.8\,\mathrm{m^3} = 5 \times 7.8 = 39\,\mathrm{m^3}$이다. 여기서 7.8[m³]은 $260\,\mathrm{L/min} \times 30\,\mathrm{min}$에 해당한다.

(2) 위험물제조소등의 옥내소화전설비에 설치하는 비상전원의 용량은 설비를 45분 이상 작동시킬 수 있어야 한다. 건축물의 소방시설(20분)보다 길게 잡는 이유는 위험물 화재가 오래 이어지기 쉽기 때문이다. 옥외소화전설비·스프링클러설비·물분무소화설비 등 위험물제조소등의 다른 설비도 같은 45분 기준을 쓴다.

(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 기술능력·시설·장비를 정하면서 장비를 두 갈래로 나눈다.

(1) 필수장비

자기탐상시험기와 초음파두께측정기, 그리고 다음 둘 중 하나다.

· 영상초음파시험기

· 방사선투과시험기 및 초음파시험기

셋째 항목은 택일이므로 3가지를 요구하는 문항에는 자기탐상시험기·초음파두께측정기·영상초음파시험기로 답하는 것이 가장 깔끔하다. 뒤쪽을 택하면 장비가 4가지가 된다.

(2) 필요한 경우에 두는 장비

맡는 시험의 종류에 따라 갖추는 장비로, 조문은 다음과 같이 열거한다.

· 충·수압시험, 진공시험, 기밀시험을 하는 경우 : 진공누설시험기(진공능력 53[kPa] 이상), 기밀시험장치(안전장치가 부착된 것으로서 가압능력 200[kPa] 이상, 감압의 경우 감압능력 10[kPa] 이상·감도 10[Pa] 이하로서 각각의 압력변화를 스스로 기록할 수 있는 것)

· 수직·수평도 시험을 하는 경우 : 수직·수평도 측정기

갈래로 세면 2가지, 개별 장비로 세면 3가지가 되므로 발문이 요구하는 개수를 먼저 확인하고 답해야 한다. 진공누설시험기와 기밀시험장치는 괄호 안 성능수치까지 붙여 쓰면 더 안전하다.

(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]

제4류 위험물의 품명은 인화점으로, 지정수량은 품명과 수용성 여부로 정해진다. 인화점이 21[℃] 미만이면 제1석유류, 21[℃] 이상 70[℃] 미만이면 제2석유류, 70[℃] 이상 200[℃] 미만이면 제3석유류다.

· 메틸에틸케톤 $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$ — 인화점 약 -1[℃] → 제1석유류·비수용성, 지정수량 200[L]
· 아닐린 $\mathrm{C_6H_5NH_2}$ — 인화점 약 75[℃] → 제3석유류·비수용성, 지정수량 2,000[L]
· 클로로벤젠 $\mathrm{C_6H_5Cl}$ — 인화점 약 32[℃] → 제2석유류·비수용성, 지정수량 1,000[L]
· 사이클로헥세인 $\mathrm{C_6H_{12}}$ — 인화점 약 -20[℃] → 제1석유류·비수용성, 지정수량 200[L]
· 피리딘 $\mathrm{C_5H_5N}$ — 인화점 약 20[℃] → 제1석유류·수용성, 지정수량 400[L]

주의할 것이 둘 있다. 첫째, 메틸에틸케톤은 물에 어느 정도 녹지만 법령상으로는 비수용성으로 다룬다. 수용성 여부는 실제 용해도가 아니라 위험물안전관리에 관한 세부기준이 정한 시험 결과로 가리기 때문이다. 둘째, 질소를 품은 두 물질이 정반대로 갈린다 — 고리 안에 질소가 들어간 피리딘은 수용성, 벤젠고리에 아미노기가 붙은 아닐린은 비수용성이다.

화학식은 작용기가 드러나는 시성식으로 쓰는 편이 안전하다. 아닐린은 원소 수만 세면 $\mathrm{C_6H_7N}$이지만 아미노기가 보이는 $\mathrm{C_6H_5NH_2}$로 적는 것이 좋다.

(1) 3

(2) 1, 0.5

(3) 600

(4) 3.2

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 9가 정한 간이탱크저장소의 기준이다. 간이탱크저장소는 소규모 시설이어서 수치가 단순하고, 그만큼 그대로 묻는 문제가 자주 나온다.

· 탱크 수 : 3기 이하. 다만 같은 품질의 위험물을 담는 탱크는 2기 이상 둘 수 없으므로, 3기를 두려면 서로 다른 품질의 위험물이어야 한다.

· 옥외 설치 시 탱크 주위 공지 : 너비 1[m] 이상

· 전용실 안에 설치 시 탱크와 벽 사이 간격 : 0.5[m] 이상

· 탱크 용량 : 600[L] 이하

· 강판 두께 : 3.2[mm] 이상, 수압시험은 70[kPa]로 10분간

1[m]와 0.5[m]를 뒤바꿔 쓰는 실수가 잦다. 바깥(옥외)이 넓고 안(전용실)이 좁다고 묶어 기억하면 헷갈리지 않는다.

간이저장탱크에는 이 밖에도 통기관(지름 25[mm] 이상, 선단 높이 지상 1.5[m] 이상)을 설치하고, 외면에 녹을 방지하기 위한 도장을 하여야 한다.

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

[해설]

트라이에틸알루미늄은 알킬알루미늄에 속하는 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질)로 지정수량은 10[kg]이다. 무색투명한 액체이고 외관이 등유와 비슷하며, 분자량은 $(12 \times 2 + 1 \times 5) \times 3 + 27 = 114$이다.

알킬기가 알루미늄에 직접 붙어 있어 물과 만나면 격렬하게 반응한다. 물의 수소가 알킬기와 결합해 에테인($\mathrm{C_2H_6}$)이 되고, 알루미늄은 수산화알루미늄이 된다.

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

에틸기 3개가 각각 물 1분자씩을 소비하므로 물의 계수가 3, 에테인의 계수가 3이 되는 것이 균형 잡기의 요령이다.

가연성 가스인 에테인이 반응열과 함께 발생하므로 주수소화는 절대 금지이며, 마른모래·팽창질석·팽창진주암으로 질식소화한다. 저장할 때는 용기 상부를 불연성 가스(질소 등)로 봉입한다.

① 고정지붕구조

② 부상지붕구조

③ 부상덮개부착 고정지붕구조

[해설]

옥외저장탱크의 지붕구조는 지붕이 탱크 몸통에 고정되어 있는가, 액면 위에 떠 있는가로 갈린다.

· 고정지붕구조(콘루프) : 지붕이 옆판에 고정된 일반적인 구조. 액면과 지붕 사이에 증기 공간이 생긴다.

· 부상지붕구조(플로팅루프) : 지붕 자체가 액면 위에 떠서 액면과 함께 오르내리는 구조. 증기 공간이 없어 증발손실이 적다.

· 부상덮개부착 고정지붕구조 : 고정지붕 아래 액면 위에 금속제 부상덮개(플로팅 팬)를 띄운 구조. 두 방식을 겹친 형태다.

이 구분이 중요한 이유는 고정식 포소화설비의 포방출구 종류와 개수가 여기에 따라 정해지기 때문이다. 포방출구는 탱크 옆판 외주에 균등한 간격으로 설치하는데, 탱크의 구조와 포방출구의 종류에 따라 탱크 직경별 최소 개수가 달라진다.

· 고정지붕구조 → Ⅰ형·Ⅱ형(상부포주입법), Ⅲ형·Ⅳ형(저부포주입법)

· 부상덮개부착 고정지붕구조 → Ⅱ형

· 부상지붕구조 → 특형(부상지붕 위 금속제 칸막이와 탱크 옆판 사이의 환상부분에 포를 주입)

부상지붕구조 탱크에 특형을 쓰는 까닭은 지붕이 액면 위에 떠 있어 화재가 액면 전체가 아니라 지붕 가장자리의 환상 공간에서 일어나기 때문이다.

(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(카바이드)은 제3류 위험물 중 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물로 지정수량 300[kg]이다. 분자량 64, 비중 2.22, 융점 약 2,300[℃]이며 순수한 것은 무색투명하지만 보통은 흑회색 괴상 고체다.

(1) 물과 반응하면 수산화칼슘과 함께 아세틸렌($\mathrm{C_2H_2}$)이 발생한다.

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

(2) 반응식에서 탄화칼슘 1[mol](64[g])이 아세틸렌 1[mol](표준상태 22.4[L])을 만든다. 비례식을 세우면

$64\,\mathrm{g} : 22.4\,\mathrm{L} = 500\,\mathrm{g} : V$

$V = \dfrac{500 \times 22.4}{64} = 175\,\mathrm{L}$

따라서 발생하는 아세틸렌의 부피는 175[L]이다.

(3) 위험도는 연소범위의 폭을 연소하한값으로 나눈 값이다.

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

아세틸렌의 연소범위는 2.5~81[%]이므로

$H = \dfrac{81 - 2.5}{2.5} = 31.4$

위험도는 31.4이다. 아세틸렌은 연소범위가 극단적으로 넓어 위험도가 매우 큰 기체로, 이 값 자체를 외워 두면 유용하다.

탄화칼슘은 물과 만나면 가연성 가스를 내므로 주수소화가 금지되며, 저장 시에는 질소 등 불연성 가스를 봉입한다.

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 저장 위험물에 따라 두 갈래로 나눈다.

· 1,000[m²] 이하 — 위험성이 특히 큰 위험물(이른바 '가'목)
· 2,000[m²] 이하 — 그 밖의 위험물

따라서 바닥면적 2,000[m²] 창고에 둘 수 있는 것은 '가'목에 들지 않는 위험물이다. 제3류 위험물 중 '가'목은 지정수량 10[kg]인 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬과 지정수량 20[kg]인 황린이므로, 이들을 뺀 나머지 품명이 답이 되고 위 다섯 가지가 전부다.

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

답의 ①·②에는 각각 칼륨·나트륨 제외, 알킬알루미늄·알킬리튬 제외라는 괄호 단서가 반드시 붙어야 한다. 단서를 빠뜨리면 1,000[m²] 창고에만 둘 수 있는 위험물까지 포함되어 틀린 답이 된다.

참고로 두 무리를 한 창고에 함께 두되 내화구조의 격벽으로 완전히 구획하면 바닥면적을 1,500[m²]까지 할 수 있고, 이때 위험등급 Ⅰ 위험물을 두는 실의 면적은 500[m²]를 넘길 수 없다.

(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]

조건이 지목하는 물질은 과산화나트륨($\mathrm{Na_2O_2}$)이다. 분자량이 $23 \times 2 + 16 \times 2 = 78$로 조건과 맞고, 제1류 위험물 중 무기과산화물(알칼리금속의 과산화물)에 속해 지정수량은 50[kg]이다.

(1) 물과 반응하면 수산화나트륨과 함께 산소를 내며 많은 열을 낸다. 그래서 과산화나트륨 화재에 물을 뿌리면 산소 공급과 발열이 겹쳐 상황이 악화된다.

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

(2) 초산(아세트산)과 같은 산과 반응하면 그 산의 나트륨염과 과산화수소가 생긴다. 과산화수소도 산화성 액체이므로 위험이 이어진다는 점이 요점이다.

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

함께 익혀 둘 반응으로 이산화탄소와의 반응 $2\mathrm{Na_2O_2} + 2\mathrm{CO_2} \rightarrow 2\mathrm{Na_2CO_3} + \mathrm{O_2}$가 있다. 물·이산화탄소 어느 쪽과 만나도 산소를 내놓으므로 무기과산화물의 소화는 마른모래 등을 이용한 질식소화가 원칙이다.

산과의 반응에서 규칙을 하나 잡아 두면 편하다. 알칼리금속의 과산화물이 산과 만나면 언제나 염 + 과산화수소이고, 물이나 이산화탄소와 만나면 산소가 나온다.

(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.