제4류 위험물

[해설]

유별을 달리하는 위험물의 혼재 기준은 서로 만나면 위험해지는 조합을 운반 단계에서 막기 위한 것이며, 지정수량의 1/10 이하로 운반하는 경우에는 적용하지 않는다.

표를 세로로 읽으면 4·2·3 / 5·2·4 / 6·1 의 세 묶음으로 외울 수 있다. 이 가운데 제2류·제5류 어느 쪽과도 함께 실을 수 있는 것은 제4류 위험물 하나뿐이다.

4,829.37 L

[해설]

① 이황화탄소의 분자량

$M = 12 + 32 \times 2 = 76\,\mathrm{g/mol}$

② 몰수

$n = \dfrac{12{,}000}{76} = 157.89\,\mathrm{mol}$

③ 이상기체 상태방정식 $PV = nRT$ 에 대입한다. 절대온도는 $T = 273 + 100 = 373\,\mathrm{K}$ 이다.

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{157.89 \times 0.082 \times 373}{1} =$ $4{,}829.37\,\mathrm{L}$

무게를 그대로 넣어 $V = \dfrac{wRT}{PM}$ 로 한 번에 계산해도 같다. 기체상수를 0.082 대신 0.08205로 잡으면 4,832.31 L가 되어 교재마다 끝자리가 다르게 실리는데, 어느 쪽이든 정답으로 인정된다.

참고로 이황화탄소는 제4류 특수인화물(지정수량 50 L)이며, 발생한 증기가 유독하고 공기보다 무거워 물속에 넣어 보관(수조 보관)한다.

$C_3H_5(ONO_2)_3$

[해설]

나이트로글리세린은 글리세린 $C_3H_5(OH)_3$ 의 하이드록시기 세 개가 모두 질산과 에스터화한 것이므로, 시성식은 $C_3H_5(ONO_2)_3$, 분자식으로 고쳐 쓰면 $C_3H_5N_3O_9$ 이다. 제5류 위험물(자기반응성 물질) 중 질산에스터류에 속한다.

순수한 것은 무색투명한 기름 모양의 액체이고 공업용은 담황색을 띤다. 약 8~10℃ 이하에서 얼어붙는데, 언 상태에서 충격을 받으면 오히려 더 예민해진다. 규조토에 흡수시켜 안정화한 것이 다이너마이트다.

분해할 때에는 전량이 기체로 바뀌면서 큰 폭발력을 낸다.

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

① 접지에 의한 방법

② 공기 중의 상대습도를 70 % 이상으로 하는 방법

③ 공기를 이온화하는 방법

[해설]

액체 위험물이 배관·여과기·주입구를 지나며 마찰하면 전하가 쌓이고, 그 전하가 한꺼번에 방전되면 인화성 증기의 점화원이 된다. 그래서 위험물안전관리법령은 정전기 제거 설비의 방법을 세 가지로 못 박아 두었으며, 그중 하나만 갖추면 된다.

① 접지에 의한 방법 — 설비와 대지를 도선으로 이어 쌓인 전하를 땅으로 흘려보낸다. 가장 확실하고 널리 쓰인다.

② 공기 중의 상대습도를 70 % 이상으로 하는 방법 — 물체 표면에 얇은 수분막이 생겨 전하가 흩어져 나갈 통로가 만들어진다. 건조한 겨울에 정전기 사고가 잦은 까닭이 여기에 있다.

③ 공기를 이온화하는 방법 — 제전기 등으로 공기 중에 양·음이온을 만들어 쌓인 전하를 중화시킨다.

주의할 것은 “유속을 느리게 한다”가 법령이 정한 세 가지 방법에 들지 않는다는 점이다. 유속 제한·도전성 재료 사용·제전복 착용 등은 대전량 자체를 줄이는 실무 대책일 뿐이어서, 이 문제처럼 법령이 규정한 방법을 묻는 자리에 적으면 오답이 된다.

참고로 인화점이 21 $^\circ\mathrm{C}$ 미만인 위험물의 옥외탱크·옥내탱크·지하탱크 주입구와 이동탱크저장소의 주입설비에는 접지 전극을 따로 설치하도록 하고 있다.

(1) 0.5 m 이상

(2) 0.5 m 이상

[해설]

옥내저장탱크는 탱크 바깥면을 한 바퀴 돌며 점검·보수하고 누설 여부를 눈으로 확인할 수 있어야 하므로, 벽과의 사이도 탱크끼리의 사이도 모두 0.5 m 이상을 띄운다. 두 값이 같다는 점만 기억하면 된다.

함께 정리해 둘 기준: 탱크전용실은 원칙적으로 단층건물에 설치하며, 옥내저장탱크의 용량(같은 탱크전용실에 2 이상을 두면 그 합계)은 지정수량의 40배 이하로 하되, 제4석유류 및 동식물유류 외의 제4류 위험물은 20,000 L를 넘길 수 없다.

(1) 6, 15

(2) 내화구조, 불연재료

(3) 집유설비

(4) 자동폐쇄식의 60분+방화문 또는 60분 방화문

[해설]

판매취급소는 점포에서 용기에 담은 위험물을 파는 곳이고, 위험물을 배합하거나 옮겨 담는 작업은 오직 배합실에서만 할 수 있다. 그래서 배합실에는 다음과 같은 별도의 기준이 붙는다.

① 바닥면적은 6 m² 이상 15 m² 이하 — 너무 좁아도, 너무 넓어도 안 된다.

② 내화구조 또는 불연재료로 된 벽으로 구획한다.

③ 바닥은 위험물이 스며들지 않는 구조로 하고 적당한 경사를 두어 집유설비를 설치한다.

④ 출입구에는 수시로 열 수 있는 자동폐쇄식의 60분+방화문 또는 60분 방화문(종전 갑종방화문)을 설치한다.

이 밖에 출입구 문턱의 높이를 0.1 m 이상으로 하고, 내부에 체류한 가연성 증기를 지붕 위로 방출하는 설비를 갖추어야 한다. 배합실에서 다룰 수 있는 위험물은 도료류, 제1류 위험물 중 염소산염류 및 염소산염류만을 함유한 것, 황, 인화점 38℃ 이상인 제4류 위험물로 한정된다.

40℃

[해설]

주유 중인 자동차의 엔진은 배기관의 고온부와 점화계통을 그대로 살려 두는 것이어서, 주유구 부근에 깔린 증기에 대한 점화원이 된다. 그래서 인화점이 40℃ 미만인 위험물을 주유할 때에는 원동기를 반드시 정지시키도록 정해 두었다.

여기에 해당하는 대표적인 것이 휘발유(인화점 약 -43℃)다. 반대로 인화점이 40℃를 넘는 경유(약 50~70℃)는 이 규정의 대상이 아니다. 단서에 나오는 가연성 증기 회수설비가 붙은 고정주유설비로 주유하는 경우에는 증기가 대기로 새어 나오지 않으므로 예외로 둔다.

발생 기체: 수소

반응: 발열반응

[해설]

리튬은 알칼리금속이어서 물과 만나면 수산화리튬을 만들면서 수소를 내놓고, 이 과정에서 열이 나는 발열반응이다.

$2Li + 2H_2O \rightarrow 2LiOH + H_2$

리튬은 제3류 위험물 중 “알칼리금속(칼륨 및 나트륨은 제외) 및 알칼리토금속”에 속해 지정수량이 50 kg인 금수성 물질이다. 반응 자체는 나트륨·칼륨보다 온건하지만, 발생한 수소가 반응열로 점화되면 폭발할 수 있다.

따라서 물·강화액·포 소화약제는 쓸 수 없고, 마른 모래·팽창질석·팽창진주암·탄산수소염류 분말로 질식소화한다. 불꽃반응 색은 적색이다.

(1) $2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2$

(2) 391.84 g

[해설]

(1) 완전히 분해되면 염화칼륨과 산소만 남는다.

$2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2$

(2) 염소산칼륨의 분자량을 먼저 구한다.

$M = 39 + 35.5 + 16 \times 3 = 122.5\,\mathrm{g/mol}$

반응식에서 $KClO_3$ 2 mol이 분해하면 $O_2$ 3 mol이 생기므로, 질량비로 비례식을 세운다.

$2 \times 122.5 : 3 \times 32 = 1{,}000 : x$

$x = \dfrac{1{,}000 \times (3 \times 32)}{2 \times 122.5} =$ $391.84\,\mathrm{g}$

염소산칼륨은 제1류 위험물 염소산염류(지정수량 50 kg)로, 400℃ 부근에서 $2KClO_3 \rightarrow KClO_4 + KCl + O_2$ 처럼 과염소산칼륨을 거쳐 분해하다가 더 가열하면 위 식대로 완전히 분해된다. 계산 문제에서는 “완전 분해”라는 단서가 있으므로 $KCl$ 과 $O_2$ 만 남는 식을 쓴다.

$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$

[해설]

$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$

과산화수소는 그 자체로는 타지 않지만 분해하면서 산소를 내어 다른 물질의 연소를 돕는 산화성 액체다. 위험물로 규제되는 것은 농도가 36 중량퍼센트 이상인 것이다.

분해는 햇빛·열과 이산화망가니즈($MnO_2$) 같은 정촉매에 의해 빨라지므로, 인산·요산 등 안정제를 넣고 갈색 병에 담아 냉암소에 저장한다. 이때 발생한 산소가 빠져나가도록 용기 마개에 작은 구멍을 뚫어 밀전하지 않는 것이 특징이다. 소화는 다량의 물로 희석·냉각하는 방법을 쓴다.

(1) 가연물

(2) 산소공급원

[해설]

연소의 3요소는 가연물·산소공급원·점화원이고, 여기에 연쇄반응을 더하면 연소의 4요소가 된다. 소화는 이 가운데 하나를 끊는 일이다.

(1) 제거소화 — 탈 것 자체, 즉 가연물을 없앤다. 가스 화재에서 밸브를 잠그거나, 산불에서 나무를 미리 베어 내거나, 촛불을 불어 끄는 것이 여기에 해당한다.

(2) 질식소화 — 산소공급원을 차단해 산소 농도를 대략 15% 이하로 떨어뜨린다. 이산화탄소·포·분말 소화나 마른 모래로 덮는 방법이 그것이다.

참고로 냉각소화는 점화원(열)을, 억제(부촉매)소화는 연쇄반응을 겨냥한 방법이다.

(1) 50 kg

(2) 50 kg

(3) 300 kg

(4) 1,000 kg

[해설]

제1류 위험물(산화성 고체)의 지정수량은 50 kg · 300 kg · 1,000 kg 세 단으로만 나뉘며, 그대로 위험등급 Ⅰ·Ⅱ·Ⅲ에 대응한다.

“아·염·과·무”가 50 kg, “브·질·아이오딘”이 300 kg, “과망가니즈·다이크로뮴”이 1,000 kg으로 묶어서 외우면 된다.

$C_6H_5NH_2$ (아닐린)

[해설]

벤젠($C_6H_6$)의 수소 하나가 아미노기로 바뀐 방향족 아민이 아닐린 $C_6H_5NH_2$이다.

아닐린은 제4류 위험물 제3석유류(비수용성)에 속하고 지정수량은 2,000 L이다. 일부 교재에 2,000 kg으로 실려 있으나, 제4류 위험물은 액체이므로 지정수량의 단위는 kg이 아니라 L다.

물성으로는 담황색~갈색의 기름 모양 액체이며 인화점이 약 75℃로 제3석유류(인화점 70℃ 이상 200℃ 미만)의 범위에 들어간다. 물에는 잘 녹지 않고 알코올·에터 등 유기용제에 녹으며, 빛과 공기에 닿으면 산화되어 색이 짙어진다. 나이트로벤젠을 환원시켜 만든다.

(1) 300 L

(2) 1,200 L

[해설]

(1) 셀프용 고정주유설비는 1회의 연속주유량과 주유시간의 상한을 미리 설정할 수 있는 구조여야 한다. 이때 주유량의 상한은 휘발유 100 L 이하, 경유 200 L 이하이고 주유시간의 상한은 4분 이하다.

$100 + 200 =$ $300\,\mathrm{L}$

(2) 휘발유는 제4류 제1석유류(비수용성)로 지정수량 200 L, 경유는 제2석유류(비수용성)로 지정수량 1,000 L이다.

$200 + 1{,}000 =$ $1{,}200\,\mathrm{L}$

주유량 상한은 휘발유가 작고 지정수량도 휘발유가 작다는 점, 두 물음이 서로 다른 값을 묻는다는 점에 주의한다. 참고로 등유를 취급하는 셀프용 고정급유설비는 급유량 상한 100 L 이하, 급유시간 상한 6분 이하다.

(1) 망입유리 또는 강화유리

(2) 건축물 안에서 밖으로 수시로 개방할 수 있는 자동폐쇄식 구조

(3) 1 m 이하

[해설]

주유취급소에서 가장 경계해야 할 상황은 새어 나온 가연성 증기가 화기를 쓰는 실내로 흘러드는 것이다. 휘발유 증기는 공기보다 무거워 바닥 가까이 깔리므로 기준도 “낮은 곳”을 겨냥한다.

(1) 창과 출입구에 유리를 쓸 때에는 깨져도 파편이 흩어지지 않는 망입유리 또는 강화유리로 한다(강화유리의 두께는 창 8 mm 이상, 출입구 12 mm 이상).

(2) 출입구는 건축물의 안에서 밖으로 수시로 개방할 수 있는 자동폐쇄식이어야 한다. 평소에는 닫혀 증기의 유입을 막고, 유사시에는 밖으로 곧바로 대피할 수 있어야 하기 때문이다.

(3) 바닥으로부터 높이 1 m 이하의 부분에 있는 창 등은 아예 밀폐시킨다. 함께 규정된 출입구·사이통로의 문턱 높이는 15 cm 이상이다.

$4K + 3CO_2 \rightarrow 2K_2CO_3 + C$

[해설]

칼륨은 제3류 위험물(자연발화성 물질 및 금수성 물질)에 속하는 알칼리금속으로 지정수량은 10 kg이다. 환원력이 매우 커서 안정한 기체로 여겨지는 이산화탄소까지 환원시킨다.

$4K + 3CO_2 \rightarrow 2K_2CO_3 + C$

이산화탄소가 탄산칼륨과 유리탄소로 쪼개지면서 열이 나므로, 칼륨 화재에 이산화탄소 소화약제를 쓰면 소화되기는커녕 폭발적인 연소를 부추긴다. 물과도 $2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2$ 로 반응해 수소를 내므로 주수소화도 금지다. 그래서 칼륨은 석유(등유·경유) 속에 넣어 공기·수분과 차단해 저장하고, 화재 시에는 마른 모래·팽창질석·팽창진주암·탄산수소염류 분말로 질식소화한다.

고형알코올, 그 밖에 1기압에서 인화점이 40℃ 미만인 고체

[해설]

인화성 고체는 제2류 위험물(가연성 고체) 가운데 지정수량이 1,000 kg인 품명이다. 판정 기준은 1기압이라는 조건과 인화점 40℃ 미만이라는 값 두 가지이며, 겉모습은 고체지만 상온 부근에서 증기를 내어 불이 붙는다는 점이 핵심이다.

대표적인 것으로 고형알코올(메탄올 등을 젤 형태로 굳힌 것), 메타알데하이드, 제3부틸알코올, 래커퍼티 등이 있다. 제2류 위험물의 주의사항 게시판은 대개 “화기주의”지만 인화성 고체만은 “화기엄금”이며, 운반용기 외부 표시도 같다.

지정수량의 배수

[해설]

제조소등에는 보기 쉬운 곳에 “위험물 옥내저장소”와 같은 표지와 함께, 방화에 관하여 필요한 사항을 적은 게시판을 설치해야 한다. 게시판에 적을 사항은 다음 네 가지다.

① 저장 또는 취급하는 위험물의 유별·품명

② 저장최대수량 또는 취급최대수량

③ 지정수량의 배수

④ 안전관리자의 성명 또는 직명

제시된 게시판에는 유별·품명·저장최대수량·안전관리자의 성명이 있으나 지정수량의 배수가 빠져 있다.

게시판은 한 변의 길이가 0.3 m 이상, 다른 한 변의 길이가 0.6 m 이상인 직사각형이고 바탕은 백색, 문자는 흑색으로 한다. 이와 별도로 “화기엄금”처럼 저장·취급하는 위험물에 따른 주의사항 게시판을 함께 설치한다.

1,000 kg

[해설]

다이크로뮴산암모늄 $(NH_4)_2Cr_2O_7$ 은 제1류 위험물(산화성 고체)의 품명 가운데 다이크로뮴산염류에 해당하므로 지정수량은 1,000 kg, 위험등급은 Ⅲ이다. 제1류 위험물에서 1,000 kg급은 과망가니즈산염류와 다이크로뮴산염류 둘뿐이다.

등적색(주황빛이 도는 붉은색) 결정으로, 가열하면 스스로 분해하면서 질소와 수증기를 내고 녹색의 산화크로뮴(Ⅲ)을 남긴다.

$(NH_4)_2Cr_2O_7 \rightarrow Cr_2O_3 + N_2 + 4H_2O$

산화성 고체이므로 가연물·환원제와 함께 두지 않고, 가열·충격·마찰을 피해 저장한다.

야자유, 올리브유, 피마자유

[해설]

동식물유류는 아이오딘값(요오드값)에 따라 셋으로 나뉜다. 아이오딘값은 유지 100 g에 흡수되는 아이오딘의 g수로, 이중결합이 많을수록 커지고 그만큼 공기 중 산소와 반응해 자연발화하기 쉽다.

건성유(130 이상) — 아마인유, 해바라기유, 들기름, 동유, 정어리기름

반건성유(100~130) — 참기름, 콩기름, 채종유, 청어기름, 옥수수기름, 목화씨기름

불건성유(100 이하) — 야자유, 올리브유, 피마자유, 땅콩기름, 동백기름, 소기름, 돼지기름

따라서 [보기]에서 불건성유는 야자유, 올리브유, 피마자유다. 아마인유와 해바라기유는 건성유여서 헝겊이나 종이에 스며든 채 쌓아 두면 자연발화 위험이 크다.