2017년 위험물기능사실기(필답형) 1회차

(1) 한 변 0.3 m 이상, 다른 한 변 0.6 m 이상인 직사각형

(2) 바탕 백색, 문자 흑색

[해설]

제조소에는 위험물을 취급하는 시설임을 알리는 표지와, 방화에 필요한 사항을 적은 게시판을 보기 쉬운 곳에 설치한다. 두 가지 모두 크기 기준은 한 변 0.3 m 이상 · 다른 한 변 0.6 m 이상의 직사각형으로 같고, 색은 쓰임에 따라 갈린다.

크기 기준은 하한(이상)을 정한 것이므로, 이보다 큰 표지는 허용된다. 치수를 “0.3 m이고 0.6 m인”처럼 딱 떨어지는 값으로 외우면 규정을 잘못 이해하기 쉽다.

$2Na + 2C_2H_5OH \rightarrow 2C_2H_5ONa + H_2$

[해설]

나트륨은 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질, 지정수량 10 kg)로, 하이드록시기(-OH)를 가진 물질과 만나면 그 수소를 밀어내고 자리를 차지한다. 에틸알코올과 반응하면 나트륨에틸라이드(나트륨에톡사이드)와 수소가 생긴다.

$2Na + 2C_2H_5OH \rightarrow 2C_2H_5ONa + H_2$

나트륨의 주요 반응은 다음과 같다.

이산화탄소와의 반응에서는 수소가 나오지 않고 탄소가 유리된다. 일부 교재의 표가 이 칸을 “수소”로 적어 두었으나 반응식과 어긋나므로 주의한다. 나트륨에 이산화탄소소화기를 쓰면 안 되는 이유가 바로 이 반응이다.

나트륨은 물·알코올과 모두 반응하므로 등유·경유·유동파라핀 같은 석유류 속에 넣어 보관하고, 소화는 마른모래나 탄산수소염류 분말로 한다.

(1) 화기엄금

(2) 화기엄금, 충격주의

(3) 가연물접촉주의

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 19(운반기준)는 유별 성질에 맞춰 운반용기 바깥면에 표시할 주의사항을 정해 두었다.

• 제4류 — 인화성 액체라 불씨만 막으면 되므로 화기엄금 하나만 쓴다.
• 제5류 — 분자 안에 산소를 품고 있어 가열이나 충격만으로도 폭발할 수 있으므로 화기엄금과 충격주의를 함께 쓴다.
• 제6류 — 스스로 타지는 않지만 산소를 내어 다른 물질을 태우므로 가연물접촉주의를 쓴다.

혼동 주의: 제6류에는 화기엄금이 붙지 않는다. 제3류는 자연발화성 물질이 화기엄금·공기접촉엄금, 금수성 물질이 물기엄금이다.

106.29 m 이상

[해설]

하이드록실아민등을 취급하는 제조소는 위험물안전관리법 시행규칙의 특례에 따라 안전거리를 취급량으로 계산한다.
D = 51.1 × $\sqrt[3]{N}$ (D: 안전거리 m, N: 지정수량 배수)

하이드록실아민의 지정수량 100 kg으로 배수를 구한다.
N = 900 ÷ 100 = 9

공식에 대입한다.
D = 51.1 × $\sqrt[3]{9}$ = 51.1 × 2.0801
= 106.29 m

세제곱근이 걸려 있어 취급량이 늘어도 안전거리는 완만하게 늘어난다.

(1) 내화구조

(2) 불연재료

[해설]

판매취급소는 점포에서 위험물을 용기에 담은 채로 판매하기 위해 취급하는 장소로, 취급하는 양에 따라 두 종류로 나뉜다.

제2종은 취급량이 많은 만큼 기준이 강화되어, 취급소 용도로 쓰는 부분의 벽·기둥·바닥·보를 모두 내화구조로 하고, 다른 부분과의 격벽도 내화구조로 한다. 천장을 설치하는 경우에는 불연재료로 하며, 상층이 있으면 상층 바닥을 내화구조로 하고 위층으로 불이 번지지 않도록 조치하며, 상층이 없으면 지붕을 내화구조로 한다.

또한 창과 출입구에는 방화문을 설치하고, 위험물을 배합하는 실을 둘 경우에는 바닥 면적·바닥 구조·환기설비 등에 관한 별도의 기준을 따라야 한다.

(1) 특수인화물

(2) 제1석유류, 알코올류

[해설]

위험등급은 위험물의 위험성 정도에 따라 I·II·III으로 나눈 것으로, 운반용기의 최대 용적이나 수납률 등을 정할 때 기준이 된다. 제4류 위험물의 품명별 위험등급은 다음과 같다.

인화점이 낮을수록(즉 상온에서 증기를 쉽게 내놓을수록) 위험등급이 높다. 특수인화물은 발화점 100 ℃ 이하이거나 인화점 -20 ℃ 이하이면서 비점 40 ℃ 이하인 것으로, 제4류 중 유일하게 위험등급 I에 든다.

3.2 mm 이상

[해설]

이동저장탱크는 주행 중의 진동·충격과 사고 시 파손을 견뎌야 하므로, 탱크 본체를 두께 3.2 mm 이상의 강철판(또는 이와 같은 수준 이상의 기계적 성질을 가진 재료)으로 만들고, 압력탱크 외의 탱크는 70 kPa의 압력으로 10분간 수압시험을 하여 새거나 변형되지 않아야 한다.

부속 구조물의 두께 기준은 부위마다 다르다.

두께가 3.2 mm로 같다는 이유로 본체 기준과 안전칸막이 기준을 뒤섞어 외우면 안 된다. “4,000 L 이하마다”라는 조건이 붙는 것은 안전칸막이이고, 본체는 용량과 무관하게 3.2 mm 이상이다.

품명: 특수인화물

지정수량: 50 L

[해설]

위험물안전관리법 시행령은 발화점이 100 ℃ 이하이거나, 인화점이 영하 20 ℃ 이하이면서 비점이 40 ℃ 이하인 제4류 위험물을 특수인화물로 분류한다.

이황화탄소는 발화점이 100 ℃ 이하라는 요건에 해당한다.

특수인화물의 지정수량은 제4류 중 가장 작은 50 L이다.

혼동 주의: 이황화탄소는 비점이 약 46 ℃라서 인화점과 비점 요건이 아니라 발화점 요건으로 특수인화물이 된다.

320 L

[해설]

이론공기량은 완전연소 반응식에서 구한 산소량을 공기 중 산소 비율로 나눠서 구한다.
CS₂ + 3O₂ → CO₂ + 2SO₂

이론산소량 = 3 mol × 22.4 L/mol = 67.2 L
이론공기량 = 67.2 ÷ 0.21 = 320 L

혼동 주의: 이론산소량인 67.2 L를 답으로 쓰면 안 된다. 반드시 0.21로 나눠 공기량으로 바꿔야 한다.

지정수량의 10배

[해설]

소요단위는 소화설비를 얼마나 갖춰야 하는지 가늠하기 위해 대상물의 규모를 하나의 단위로 환산한 것이다. 건축물은 연면적으로, 위험물은 지정수량의 배수로 따진다.

외벽이 내화구조가 아니면 기준 면적이 절반으로 줄어 같은 넓이라도 소요단위가 커진다. 옥외에 설치된 공작물은 외벽이 내화구조인 것으로 보고 수평투영면적을 연면적으로 삼는다.

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

(2) 수소($H_2$)

[해설]

아연분은 제2류 위험물 가운데 금속분에 속한다. 물이나 산과 반응하면 수소가 나온다.

공기 중 수분과 반응하면 수산화아연과 수소가 생긴다.
Zn + 2H₂O → Zn(OH)₂ + H₂

염산에 녹으면 염화아연과 수소가 생긴다.
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

물을 뿌리면 불에 타는 수소가 생기므로 물로 끄지 않고 마른모래 등으로 덮어서 끈다.

할로젠화합물소화기

[해설]

제6류 위험물(과염소산·과산화수소·질산)은 그 자체는 타지 않으나 산소를 내놓아 다른 물질의 연소를 돕는 산화성 액체다. 물이나 물을 주성분으로 하는 약제로 희석·냉각하는 것이 기본 소화 방법이다.

할로젠화합물은 연쇄반응을 끊는 부촉매 소화가 주된 원리인데, 제6류 위험물의 화재는 위험물 자신이 산소를 공급하는 형태라 부촉매 효과가 잘 듣지 않는다. 게다가 강한 산화제와 접촉하면 유독성 분해가스가 생길 수 있어 적응성이 없다.

㉠ $C_2H_4(OH)_2$

㉡ $CH_3COOCH_3$

㉢ $C_5H_5N$

[해설]

세 물질 모두 제4류 위험물(인화성 액체)이며, 품명과 지정수량은 다음과 같다.

에틸렌글리콜은 2가 알코올이므로 탄소 2개에 하이드록시기가 하나씩 붙은 구조다. 따라서 $CH_2OHCH_2OH$로 풀어 써도 같은 물질이며, 어느 쪽으로 답해도 원자 수는 $C_2H_6O_2$로 동일하다.

초산메틸은 아세트산과 메탄올의 에스터, 피리딘은 벤젠 고리의 탄소 하나가 질소로 바뀐 헤테로 고리 화합물이다.

(1) 아세틸렌($C_2H_2$)

(2) 22.4 L

[해설]

탄화칼슘(카바이드)은 제3류 위험물 중 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물(지정수량 300 kg)로, 물과 만나면 수산화칼슘과 아세틸렌으로 분해된다.

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

계수를 보면 탄화칼슘 : 물 : 아세틸렌 = 1 : 2 : 1이다. 주어진 조건이 탄화칼슘 1 mol, 물 2 mol이므로 두 반응물이 남김없이 소모되어 아세틸렌 1 mol이 생긴다. 표준상태에서 기체 1 mol의 부피는 22.4 L이므로

$V = 1 \times 22.4 = \mathbf{22.4}\ \mathrm{L}$

아세틸렌은 연소범위가 약 2.5 ~ 81 vol%로 매우 넓어 폭발 위험이 크다. 그래서 탄화칼슘은 물기를 피해 밀폐 용기에 저장하고, 용기 안은 질소 등 불연성 가스로 채워 둔다.

$O_2$

[해설]

과산화나트륨(Na₂O₂)은 제1류 위험물 중 무기과산화물이다. 물이나 이산화탄소와 만나면 분해되면서 산소를 내놓는다.

2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂
2Na₂O₂ + 2CO₂ → 2Na₂CO₃ + O₂

두 반응의 나머지 생성물인 수산화나트륨과 탄산나트륨은 서로 다르므로, 공통 생성물은 산소(O₂)뿐이다. 그래서 물이나 이산화탄소로는 끌 수 없고, 마른모래나 탄산수소염류 분말로 끈다.

너비 15 m 이상, 길이 6 m 이상

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 13에 따라 고정주유설비 주위에는 자동차가 들어와 주유를 받고 빠져나가는 주유공지를 확보해야 한다.

주유공지의 크기는 너비 15 m 이상, 길이 6 m 이상이다.

바닥은 주위 지면보다 높게 하고 배수구, 집유설비, 유분리장치를 설치한다.

혼동 주의: 고정급유설비 주위에 따로 두는 공간은 주유공지가 아니라 급유공지라고 한다.

㉠ 0.2

㉡ 0.5

㉢ 3

㉣ 80,000

[해설]

방유제는 옥외저장탱크에서 위험물이 새어 나왔을 때 이를 가두어 확산과 화재 확대를 막는 둑이다. 구조 기준은 다음과 같다.

높이에 상한(3 m 이하)을 둔 것은 둑이 지나치게 높으면 소화 활동과 대피가 어려워지기 때문이다. 방유제와 탱크 옆판 사이에도 탱크 높이에 따른 거리를 확보해야 한다.

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

(2) $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O}$

(3) $\mathrm{2CH_3COC_2H_5 + 11O_2 \rightarrow 8CO_2 + 8H_2O}$

(4) $\mathrm{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$

(5) $\mathrm{2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O}$

(6) $\mathrm{C_6H_5CH_3 + 9O_2 \rightarrow 7CO_2 + 4H_2O}$

(7) $\mathrm{2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O}$

[해설]

완전연소식은 원소가 갈 곳을 먼저 못 박고 계수를 맞추면 된다. 탄소는 $\mathrm{CO_2}$, 수소는 $\mathrm{H_2O}$, 황은 $\mathrm{SO_2}$ 로 간다. 필요한 산소 분자 수는 “우변의 산소 원자수 − 분자가 이미 가진 산소 원자수”를 2로 나눠 구하고, 분수가 나오면 식 전체에 2를 곱해 정수로 만든다.

(1) 아세트알데하이드 $\mathrm{CH_3CHO}$($\mathrm{C_2H_4O}$) — 2분자로 잡으면 탄소 4·수소 8이라 $\mathrm{4CO_2 + 4H_2O}$ 이고, 우변 산소 12개에서 자체 산소 2개를 빼면 $\mathrm{5O_2}$ 다.
$\mathrm{2CH_3CHO + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O}$

(2) 다이에틸에터 $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$($\mathrm{C_4H_{10}O}$) — 탄소 4·수소 10이므로 $\mathrm{4CO_2 + 5H_2O}$, 우변 산소 13개에서 자체 산소 1개를 빼면 $\mathrm{6O_2}$ 다.
$\mathrm{C_2H_5OC_2H_5 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O}$

(3) 메틸에틸케톤 $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$($\mathrm{C_4H_8O}$) — 탄소 4는 $\mathrm{4CO_2}$, 수소 8은 $\mathrm{4H_2O}$ 이고 우변 산소 12개에서 자체 산소 1개를 빼면 $(12 - 1) \div 2 = 5.5$ 분자라 전체를 2배 한다.
$\mathrm{2CH_3COC_2H_5 + 11O_2 \rightarrow 8CO_2 + 8H_2O}$

(4) 이황화탄소 $\mathrm{CS_2}$ — 수소가 없어 물이 생기지 않는다. 탄소는 $\mathrm{CO_2}$, 황 2개는 $\mathrm{2SO_2}$ 이므로 산소 원자는 $2 + 4 = 6$ 개, 곧 $\mathrm{3O_2}$ 다.
$\mathrm{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$

(5) 벤젠 $\mathrm{C_6H_6}$ — 탄소 6은 $\mathrm{6CO_2}$, 수소 6은 $\mathrm{3H_2O}$ 이고 산소가 $7.5$ 분자라 전체를 2배 한다.
$\mathrm{2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O}$

(6) 톨루엔 $\mathrm{C_6H_5CH_3}$($\mathrm{C_7H_8}$) — 탄소 7은 $\mathrm{7CO_2}$, 수소 8은 $\mathrm{4H_2O}$, 우변 산소가 $14 + 4 = 18$ 개이므로 $\mathrm{9O_2}$ 다.
$\mathrm{C_6H_5CH_3 + 9O_2 \rightarrow 7CO_2 + 4H_2O}$

(7) 메탄올 $\mathrm{CH_3OH}$ — 2분자로 잡으면 $\mathrm{2CO_2 + 4H_2O}$ 이고 우변 산소 8개에서 자체 산소 2개를 빼면 $\mathrm{3O_2}$ 다.
$\mathrm{2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O}$

일곱 가지 가운데 이황화탄소만 수소가 없어 물 대신 이산화황이 나온다는 점이 갈림길이다. 아세트알데하이드·다이에틸에터·이황화탄소는 특수인화물(지정수량 50 L), 메틸에틸케톤·벤젠·톨루엔은 제1석유류, 메탄올은 알코올류에 든다. 이황화탄소는 비중이 물보다 커 물속에 넣어 저장한다.

888.89 $\mathrm{m^3}$

[해설]

탄소의 완전연소 반응식을 보면 탄소 1 kmol(12 kg)을 태우는 데 산소 1 kmol(22.4 m³)이 필요하다.
C + O₂ → CO₂

이론산소량 = (100 ÷ 12) × 22.4 ≈ 186.67 m³
이론공기량 = 186.67 ÷ 0.21 = 888.89 m³

질소 79 %는 공기에서 산소 21 %를 뺀 나머지일 뿐이라 계산에 쓰지 않는다.

(1) 탄산수소나트륨, $\mathrm{NaHCO_3}$

(2) 탄산수소칼륨, $\mathrm{KHCO_3}$

(3) 제1인산암모늄, $\mathrm{NH_4H_2PO_4}$

[해설]

분말소화약제는 주성분에 따라 제1종~제4종으로 나뉜다. 제1종과 제2종은 탄산수소염, 제3종은 인산염이 주성분이다.

• 제1종 — 탄산수소나트륨 NaHCO₃, 백색이며 B·C급 화재에 쓴다.
• 제2종 — 탄산수소칼륨 KHCO₃, 담회색이며 B·C급 화재에 쓴다.
• 제3종 — 제1인산암모늄 NH₄H₂PO₄, 담홍색이며 A·B·C급 화재에 모두 쓴다.

제3종만 A급에도 듣는 이유는 열분해로 생긴 메타인산(HPO₃)이 타는 물질 표면을 막으로 덮기 때문이다. 이름은 제1인산암모늄까지 정확히 적어야 화학식과 맞는다.