2022년 위험물기능장실기(필답형) 제72회 기출문제 정답·해설 페이지

(1) ㉠ 내화구조 ㉡ 연소 ㉢ 내화구조

(2) ㉣ 60분+방화문·60분방화문 또는 30분방화문

(3) 염소산칼륨, 황, 경유

[해설]

판매취급소는 점포에서 용기에 든 위험물을 그대로 파는 시설로, 지정수량 20배 이하가 제1종, 20배 초과 40배 이하가 제2종이다. 취급량이 많은 만큼 제2종은 건축물 기준이 한 단계 강화된다.

(1)·(2) 제2종 판매취급소는 벽·기둥·바닥·보를 내화구조 또는 불연재료로 하고, 상층이 있으면 상층의 바닥을 내화구조로 하면서 상층으로의 연소를 막는 조치를 하며, 상층이 없으면 지붕을 내화구조로 한다. 창은 연소의 우려가 없는 부분에만 둘 수 있고, 그 창과 출입구에는 60분+방화문·60분방화문 또는 30분방화문을 설치한다. 제1종에서 "지붕을 내화구조 또는 불연재료로" 할 수 있던 것이 제2종에서는 내화구조로 못박히는 점이 대비 포인트다.

(3) 위험물안전관리법 시행규칙 별표 18은 판매취급소의 배합실에서 배합하거나 옮겨 담을 수 있는 위험물을 다음 네 가지로 한정한다.

· 도료류

· 제1류 위험물 중 염소산염류 및 염소산염류만을 함유한 것

· 황

· 인화점이 38[℃] 이상인 제4류 위험물

이 목록에 [보기]를 대보면 이렇게 갈린다.

제4류는 품명이 아니라 인화점 38[℃]가 잣대다. 톨루엔과 벤젠은 인화점이 상온보다 한참 낮아 배합실에서 다룰 수 없고, 경유는 인화점이 50[℃] 이상이라 허용된다. 따라서 답은 염소산칼륨, 황, 경유 세 가지다.

덧붙여 [보기]의 수량은 배수 합이 $\dfrac{500}{50} + \dfrac{1{,}000}{100} + \dfrac{2{,}000}{200} + \dfrac{200}{200} + \dfrac{1{,}000}{1{,}000} = 32$배로 제2종 판매취급소의 상한인 40배 이하에 들어온다. 조건 자체가 앞뒤가 맞게 짜여 있다.

3,840[m³/h] 이상

[해설]

제조소의 배출설비는 원칙적으로 국소방식으로 하고, 배출능력은 1시간당 배출장소 용적의 20배 이상으로 정해져 있다.

배출장소의 용적은

$8 \times 6 \times 4 = 192\,\mathrm{m^3}$

따라서 배출능력은

$192 \times 20 = 3{,}840\,\mathrm{m^3/h}$

이상이어야 한다. 답은 3,840[m³/h] 이상이다.

한편 위험물을 취급하는 설비가 실내에 흩어져 있는 등 국소방식이 적당하지 않은 경우에는 전역방식을 쓸 수 있고, 이때의 배출능력은 용적이 아니라 바닥면적 1[m²]당 18[m³/h] 이상으로 계산한다. 같은 방을 전역방식으로 본다면 바닥면적이 $8 \times 6 = 48\,\mathrm{m^2}$이므로 $48 \times 18 = 864\,\mathrm{m^3/h}$가 되어 값이 크게 달라진다. 국소인지 전역인지부터 확인하는 것이 이 유형의 첫 단추다.

① 균열이 확인된 경우에는 불합격으로 할 것

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

③ 2 이상의 결함지시모양이 동일 선상에 연속해서 존재하고 상호 간의 간격이 2[mm] 이하인 경우에는 상호 간의 간격을 포함하여 연속된 하나의 결함지시모양으로 볼 것

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준 제32조가 정한 침투탐상시험의 판정기준은 아래 4가지이며, 3가지를 쓰라고 했으므로 그중 어느 셋을 써도 정답이다.

① 균열이 확인된 경우에는 불합격으로 할 것

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

③ 2 이상의 결함지시모양이 동일 선상에 연속해서 존재하고 그 상호 간의 간격이 2[mm] 이하인 경우에는 상호 간의 간격을 포함하여 연속된 하나의 결함지시모양으로 간주할 것. 다만, 결함지시모양 중 짧은 쪽의 길이가 2[mm] 이하이면서 결함지시모양 상호 간의 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

기준을 읽는 요령은 이렇다. ①은 크기를 따지지 않고 무조건 불합격인 항목이고, ②는 개별 결함 하나의 크기를 4[mm]로 자른다. ③은 개별 결함이 작아도 줄줄이 붙어 있으면 하나로 묶어 다시 재라는 규정이라 ②를 우회하지 못하게 막는 장치다. ④는 개별·연속을 떠나 일정 면적 안의 결함 총량을 8[mm]로 제한한다.

침투탐상시험은 표면으로 열린 결함만 잡아내므로 내부 결함은 방사선투과시험이나 초음파탐상시험으로 확인한다.

11,550[kg]

[해설]

희석소화는 수용성 물질에 물을 부어 농도를 연소(또는 분해)가 이어지지 않는 수준까지 떨어뜨리는 소화법이다. 물을 아무리 부어도 용질의 질량 240[kg]은 변하지 않고 전체 질량만 늘어난다는 점이 계산의 출발점이다.

용질(과산화수소)의 질량은

$300 \times 0.8 = 240\,\mathrm{kg}$

추가로 넣는 물을 $W$[kg]이라 하면 최종 농도 조건은

$\dfrac{240}{300 + W} \times 100 = 3$

이를 풀면 전체 질량이 $\dfrac{240}{0.03} = 8{,}000\,\mathrm{kg}$이 되어야 하므로

$W = 8{,}000 - 300 = 7{,}700\,\mathrm{kg}$

이것이 이론상 필요한 물의 양이다. 실제 소화수는 그 1.5배를 준비해야 하므로

$7{,}700 \times 1.5 = 11{,}550\,\mathrm{kg}$

따라서 저장해 두어야 하는 소화수는 11,550[kg]이다.

흔한 실수는 최종 전체 질량 8,000[kg]을 그대로 답으로 쓰거나, 이미 들어 있던 수용액 300[kg]을 빼지 않는 것이다. 묻는 것은 추가로 준비해 둘 소화수이므로 반드시 300[kg]을 뺀 뒤 1.5를 곱한다.

참고로 이 문항을 80[wt%] 아세톤 300[kg]으로 실은 판본도 있다. 물질명이 바뀌어도 식의 구조와 답(11,550[kg])은 한 글자도 달라지지 않는다.

(1) $4HNO_3 \rightarrow 2H_2O + 4NO_2 + O_2$

(2) $2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$

(3) $BrF_3$

[해설]

제6류 위험물은 그 자체는 타지 않는 산화성 액체다. 분해하면서 산소를 내놓아 다른 물질의 연소를 돕는다는 성질이 세 소문항을 관통한다.

(1) 질산은 빛이나 열을 받으면 분해해 적갈색의 이산화질소와 산소를 낸다. 갈색 병에 담아 직사광선을 피해 보관하는 이유가 이것이다.

$4HNO_3 \rightarrow 2H_2O + 4NO_2 + O_2$

계수를 맞출 때는 질소 4개를 먼저 잡고 수소 4개로 물 2분자를 만든 뒤, 남는 산소로 $O_2$ 1분자를 채우면 된다.

(2) 과산화수소는 상온에서도 서서히 분해해 물과 산소가 된다.

$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$

이 분해는 이산화망가니즈 $MnO_2$가 있으면 격렬해지므로 $MnO_2$는 대표적인 정촉매이고, 반대로 분해를 늦추려고 넣는 안정제로는 인산·요산을 쓴다. 분해로 생긴 산소가 용기 내부 압력을 올리기 때문에 과산화수소 용기의 마개는 구멍이 뚫린 것을 쓴다.

(3) 할로젠간화합물은 서로 다른 두 할로젠 원소끼리 결합한 물질로, 제6류 위험물에 포함된다. $BrF_3$(삼플루오린화브로민) 외에 $BrF_5$, $IF_5$, $ICl$, $IBr$ 중 어느 것을 써도 정답이다.

참고로 제6류 위험물의 지정수량은 모두 300[kg]이며, 위험물이 되는 농도 기준은 과산화수소가 36[wt%] 이상, 질산이 비중 1.49 이상이다.

(1) 1.5 이상 1.9 이하

(2) 1.1 이상 1.4 이하

(3) 0.51 이상 0.67 이하

(4) 0.67 이상 2.75 이하

(5) 1.2 이상 1.5 이하

[해설]

충전비는 저장용기의 내용적[L]을 충전된 소화약제의 무게[kg]로 나눈 값이다.

$\text{충전비} = \dfrac{\text{용기의 내용적}\,[\mathrm{L}]}{\text{약제의 중량}\,[\mathrm{kg}]}$

값이 클수록 같은 무게의 약제를 더 큰 용기에 담는다는 뜻이라 용기 내부 압력이 낮아진다. 위험물안전관리법령은 약제별·저장방식별로 충전비의 상·하한을 못박아 두었고, 이 문항은 그 표를 그대로 묻는다.

외울 때 갈래를 잡아 두면 편하다. 이산화탄소는 고압식이 저압식보다 크다(1.5~1.9 vs 1.1~1.4). 할론 2402만 유일하게 가압식과 축압식을 나누어 정하는데, 가압식 0.51~0.67의 위 끝이 곧 축압식 0.67의 아래 끝이라 두 구간이 0.67에서 맞물린다. 대체약제인 HFC 계열은 HFC-23과 HFC-125가 1.2~1.5로 묶이고 HFC-227ea만 0.9~1.6으로 따로 논다.

할론 2402는 상온에서 액체인 할로젠화물이라 가압용 가스를 따로 밀어 넣는 가압식과, 미리 질소를 채워 두는 축압식으로 저장방식이 갈린다. 이 문항에서 저장방식을 나누어 묻는 약제가 할론 2402뿐인 이유다.

(1) $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

(2) $Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2$

(3) 17.75

[해설]

마그네슘은 제2류 위험물(가연성 고체) 중 마그네슘 품명으로 지정수량은 500[kg]이다. 2[mm]의 체를 통과하지 않는 덩어리 상태나 지름 2[mm] 이상의 막대 모양은 위험물에서 제외된다.

(1) 공기 중에서 연소하면 눈부신 백색 빛을 내며 산화마그네슘이 된다.

$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

(2) 물과는 특히 온수에서 격렬히 반응해 수산화마그네슘과 수소를 낸다. 금수성이므로 주수소화는 금물이고 마른모래 등으로 질식소화한다.

$Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2$

(3) 발생 가스는 수소이고, 수소의 연소범위는 4~75[vol%]다. 위험도는 연소상한과 하한의 차를 하한으로 나눈 값이다.

$H = \dfrac{U - L}{L} = \dfrac{75 - 4}{4} = \mathbf{17.75}$

위험도는 연소범위가 넓을수록, 특히 하한이 낮을수록 커진다. 분모가 하한이라 하한이 조금만 낮아져도 값이 크게 뛰기 때문이다. 참고로 아세틸렌은 2.5~81[%]로 위험도가 31.4, 이황화탄소는 1.2~44[%]로 35.7이다.

또한 마그네슘 화재에 이산화탄소 소화기를 쓰면 $2Mg + CO_2 \rightarrow 2MgO + C$로 이산화탄소를 분해해 버려 오히려 위험하다는 점도 함께 기억해 둔다.

(1) $(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6$

(2) $2(C_2H_5)_3Al + 21O_2 \rightarrow 12CO_2 + Al_2O_3 + 15H_2O$

(3) $(C_2H_5)_3Al + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3C_2H_6$

[해설]

트라이에틸알루미늄 $(C_2H_5)_3Al$은 제3류 위험물 중 알킬알루미늄(지정수량 10[kg], 위험등급 I)으로, 자연발화성과 금수성을 동시에 갖는다. 세 반응 모두 알루미늄에 붙어 있던 에틸기가 떨어져 나오면서 에테인 $C_2H_6$이 생기는 것이 공통 뼈대다.

(1) 물과는 격렬하게 반응해 수산화알루미늄과 에테인을 낸다. 발생한 에테인이 반응열로 발화하므로 절대 물을 뿌려서는 안 되고, 마른모래나 팽창질석·팽창진주암으로 질식소화한다.

$(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6$

(2) 공기 중에 노출되면 스스로 연소해 산화알루미늄·이산화탄소·물이 된다. 이 때문에 저장·취급할 때는 헥세인 같은 희석제로 묽히고 불활성 기체를 봉입한다.

$2(C_2H_5)_3Al + 21O_2 \rightarrow 12CO_2 + Al_2O_3 + 15H_2O$

(3) 염산과 반응하면 염화알루미늄과 에테인이 된다.

$(C_2H_5)_3Al + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3C_2H_6$

염산이 모자라면 에틸기가 하나씩 차례로 치환돼 $(C_2H_5)_3Al + HCl \rightarrow (C_2H_5)_2AlCl + C_2H_6$ 형태의 중간 생성물이 나오지만, 시험에서 요구하는 것은 에틸기 3개가 모두 치환된 완전 반응식이다.

참고로 물·산소·염산 어느 쪽과 반응하든 알루미늄 1몰당 에테인 3몰이 나온다는 점을 잡아 두면 계수를 맞추기 쉽다.

반응식 : $2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O$

이론산소량 : 6.15[kg]

[해설]

분자량 78, 인화점 -11[℃], 융점 7[℃], 방향성, 독성 — 모두 벤젠 $C_6H_6$을 가리킨다. 제4류 위험물 중 제1석유류(비수용성, 지정수량 200[L])이며, 융점이 7[℃]라 겨울철에는 고체로 굳는다는 점이 특징이다.

완전연소하면 탄소는 이산화탄소로, 수소는 물로 간다.

$2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O$

계수는 벤젠 2분자를 기준으로 잡으면 깔끔하다. 탄소 12개 → $12CO_2$, 수소 12개 → $6H_2O$, 오른쪽 산소가 24 + 6 = 30개이므로 왼쪽은 $15O_2$다.

이제 질량비로 산소량을 구한다. 벤젠 2몰(2 × 78 = 156[g])당 산소 15몰(15 × 32 = 480[g])이 필요하므로

$2\,\mathrm{kg} \times \dfrac{15 \times 32}{2 \times 78} = 2 \times \dfrac{480}{156} = 6.15\,\mathrm{kg}$

따라서 이론산소량은 6.15[kg]이다.

이론공기량을 물었다면 공기 중 산소가 질량 기준으로 23.2[%]이므로 $6.15 \div 0.232 = 26.5\,\mathrm{kg}$이 된다. 산소량인지 공기량인지, 질량인지 부피인지를 먼저 확인하는 습관이 필요하다.

(1) ① 보정연소한계곡선 ② 연소한계곡선 ③ 연소위험범위

(2) $h = H - p(D^2 - d^2)$

[해설]

제조소는 인근 건축물 등으로부터 안전거리를 두어야 하지만, 방화상 유효한 담을 설치하면 그 거리를 단축할 수 있다. 이때 담의 높이를 정하는 절차가 이 그림이다.

기호는 다음과 같다.

(1) 그림의 곡선은 불길이 번질 수 있는 범위를 나타낸다. ①은 보정연소한계곡선, ②는 연소한계곡선이며 두 곡선 사이가 ③ 연소위험범위다. 인근 건축물의 높이 H가 이 범위 안에 들어오는지가 담이 필요한지를 가른다.

(2) 판정은 $pD^2 + a$와 H를 견주어 한다.

· $H \le pD^2 + a$인 경우 : 인근 건축물이 연소위험범위 아래에 있으므로 담을 높일 필요가 없고 $h = 2$로 한다.

· $H \gt pD^2 + a$인 경우 : 담으로 가려야 하므로

$h = H - p(D^2 - d^2)$

다만 이렇게 계산한 h가 2보다 작으면 담의 높이는 2[m]로, 4를 넘으면 4[m]로 하고 소화설비를 보강한다. 즉 방화상 유효한 담의 높이는 2[m] 이상 4[m] 이하 범위에서 정해진다.

(1) 최대상용압력이 부압 또는 정압 5[kPa]을 초과하는 탱크

(2) 자동적으로 압력의 상승을 정지시키는 장치, 감압측에 안전밸브를 부착한 감압밸브

(3) 제4류 위험물

(4) 38[℃] 미만

[해설]

(1) 위험물탱크는 최대상용압력이 부압 또는 정압 5[kPa]을 초과하는지를 기준으로 압력탱크와 그 밖의 탱크로 나뉜다. 5[kPa]을 넘으면 압력탱크이고, 넘지 않으면 압력탱크 외의 탱크로 보아 통기관을 설치한다. 여기서 5[kPa]은 수두로 약 0.5[m]에 해당하는 아주 낮은 압력이라, 대부분의 상압 저장탱크가 "압력탱크 외의 탱크"에 해당한다.

(2) 압력탱크에는 통기관 대신 안전장치를 단다. 규정된 안전장치는 다음 4가지이며 이 중 2가지를 쓰면 된다.

① 자동적으로 압력의 상승을 정지시키는 장치

② 감압측에 안전밸브를 부착한 감압밸브

③ 안전밸브를 병용하는 경보장치

④ 파괴판(위험물의 성질에 따라 안전밸브의 작동이 곤란한 가압설비에 한한다)

파괴판은 한 번 터지면 복구되지 않는 최후 수단이라 안전밸브가 제대로 작동하기 어려운 경우에만 쓸 수 있다는 단서가 붙는다.

(3) 통기관은 탱크 내부와 바깥의 압력차를 없애 탱크가 찌그러지거나 부풀지 않게 하는 장치로, 증기를 내는 인화성 액체 곧 제4류 위험물을 저장하는 탱크에 설치한다.

(4) 밸브 없는 통기관은 지름 30[mm] 이상, 끝부분은 수평면보다 45° 이상 구부려 빗물이 들어가지 않게 하며, 인화점이 38[℃] 미만인 위험물만을 저장·취급하는 탱크의 통기관에는 화염방지장치를 설치한다. 인화점 38[℃] 이상 70[℃] 미만인 위험물만을 저장·취급하는 탱크의 통기관에는 40메시 이상의 구리망으로 된 인화방지장치를 설치한다.

한편 대기밸브 부착 통기관은 5[kPa] 이하의 압력차로 작동할 수 있어야 하며, 화염방지장치·인화방지장치 기준은 밸브 없는 통기관과 같다.

(1) 질산나트륨

(2) 위험등급 II

(3) $2NaNO_3 \rightarrow 2NaNO_2 + O_2$

(4) 10[L]

[해설]

(1) 분자량 85가 결정적 단서다. 질산나트륨 $NaNO_3$의 분자량은

$23 + 14 + 16 \times 3 = 85$

로 딱 맞고, 비중 2.27·융점 308[℃]·380[℃] 분해도 질산나트륨(칠레초석)의 물성과 일치한다. 제1류 위험물 중 질산염류에 속하며 지정수량은 300[kg]이다.

(2) 제1류 위험물의 위험등급은 지정수량으로 갈린다. 지정수량 50[kg]인 아염소산염류·염소산염류·과염소산염류·무기과산화물이 위험등급 I, 지정수량 300[kg]인 브로민산염류·질산염류·아이오딘산염류가 위험등급 II, 1,000[kg]인 과망가니즈산염류·다이크로뮴산염류가 위험등급 III이다. 질산나트륨은 질산염류이므로 위험등급 II다.

(3) 질산염류는 가열하면 산소를 내놓으며 아질산염으로 바뀐다. 이 산소 때문에 주위 가연물의 연소를 격렬하게 만드는 것이 산화성 고체의 위험성이다.

$2NaNO_3 \rightarrow 2NaNO_2 + O_2$

(4) 운반용기의 최대용적 기준에서, 고체위험물을 담는 내장용기 중 유리용기 또는 플라스틱 용기는 10[L], 금속제 용기는 30[L]까지 허용된다. 드럼은 별도의 외장용기 기준을 따르므로 이 문항에서 제외한 것이다.

(1) 설치 불가

(2) 설치 불가

(3) 설치 불가

(4) 20[m] 이상

[해설]

이 문항의 승부처는 유기과산화물(제1종)이다. 지정수량이 10[kg]인 유기과산화물은 곧 지정과산화물이고, 지정과산화물을 저장하는 옥내저장소는 일반 옥내저장소의 안전거리(주거용 10[m] 이상, 학교·병원 등 30[m] 이상, 지정문화유산 50[m] 이상)를 쓰지 않는다. 위험물안전관리법 시행규칙 별표 5의 부표 1이 따로 정한 훨씬 긴 거리를 적용해야 한다. 일반 기준으로 재면 32·20·52[m]가 모두 여유 있게 넘는 것처럼 보여 "모두 가능"이라고 답하기 쉬운데, 그것이 함정이다.

먼저 지정수량의 배수를 구한다. 제2석유류(비수용성) 1,000[L], 제3석유류(비수용성) 2,000[L], 유기과산화물(제1종) 10[kg]이 각각의 지정수량이므로

$\dfrac{2{,}000}{1{,}000} + \dfrac{4{,}000}{2{,}000} + \dfrac{100}{10} = 2 + 2 + 10 = 14$

따라서 지정수량의 14배, 부표의 "10배 초과 20배 이하" 행을 읽는다.

거리가 가장 짧아지는 쪽, 곧 담 또는 토제를 설치한 경우로 보아도 요구되는 거리는 주거용 22[m], 학교 등 33[m], 지정문화유산 54[m]다. 확보한 거리는 각각 20·32·52[m]로 모두 한 뼘씩 모자라므로 세 경우 모두 설치할 수 없다. 담·토제를 설치하지 않았다면 45·55·65[m]가 되어 더 크게 미달한다.

(4) 보유공지는 같은 별표의 부표 2를 적용한다. 지정수량의 14배는 여기서도 "10배 초과 20배 이하" 행이고, 담 또는 토제를 설치하지 않은 경우의 공지 너비는 20[m] 이상이다. 담이나 토제를 설치하면 이 너비는 크게 줄어든다.

정리하면 지정과산화물이 한 종이라도 섞이는 순간 그 옥내저장소 전체가 부표 1·부표 2의 적용을 받는다는 것이 요지다. 일반 옥내저장소 기준을 그대로 적용해 세 경우 모두 "가능"으로 답한 판본이 있으나, 지정과산화물 특례를 빠뜨린 오답이다.

(1) 탄소 2개가 단일결합으로 이어지고, 각 탄소에 수소 2개와 $ONO_2$기가 하나씩 결합한 구조 — $O_2NO-CH_2-CH_2-ONO_2$

(2) 담황색

(3) 1.5

(4) 18.42[wt%]

(5) 약 7,800[m/s]

[해설]

나이트로글라이콜은 에틸렌글라이콜 $C_2H_4(OH)_2$의 하이드록시기 2개를 모두 질산에스터화한 물질로, 분자식은 $C_2H_4(ONO_2)_2$다. 제5류 위험물 중 질산에스터류에 속한다.

(1) 탄소 2개가 단일결합으로 이어진 사슬에서, 각 탄소가 수소 2개와 $ONO_2$기 하나씩을 가진다.

(2) 순수한 것은 무색이지만 공업용은 담황색을 띤다.

(3) 액체 비중은 1.5로 물보다 무겁다. 순수한 것은 상온에서 무색의 액체이며 응고점이 -22[℃]로 낮아, 겨울에 얼어붙는 나이트로글리세린의 결점을 보완하는 부동 다이너마이트의 원료로 쓰인다.

(4) 분자량부터 구한다.

$C_2H_4(ONO_2)_2 : 12 \times 2 + 1 \times 4 + 14 \times 2 + 16 \times 6 = 24 + 4 + 28 + 96 = 152$

분자 안의 질소는 2개이므로 질소의 질량은 $14 \times 2 = 28$이다. 따라서

$\dfrac{28}{152} \times 100 = \mathbf{18.42\,wt\%}$

(5) 폭발(폭굉)속도는 약 7,800[m/s]로 나이트로글리세린(약 7,500[m/s])보다 오히려 빠르다.

질산에스터류는 분자 안에 산소를 품고 있어 외부 산소 없이 폭발적으로 분해한다. 따라서 소화는 질식이 아니라 다량의 물에 의한 냉각소화가 원칙이다.

(1) 고정주유설비의 중심선

(2) 고정급유설비의 중심선

(3) ① 옥외에 있는 상치장소는 화기를 취급하는 장소 또는 인근 건축물로부터 5[m] 이상(인근 건축물이 1층인 경우에는 3[m] 이상)의 거리를 확보할 것(다만, 하천의 공지나 수면, 내화구조 또는 불연재료의 담이나 벽 그 밖에 이와 유사한 것에 접하는 경우는 제외한다)

② 옥내에 있는 상치장소는 벽·바닥·보·서까래 및 지붕이 내화구조 또는 불연재료로 된 건축물의 1층에 설치할 것

(4) 항공기주유취급소, 철도주유취급소, 선박주유취급소

(5) ㉠ 옥내 ㉡ 시·도의 조례

(6) 개질장치에 접속하는 원료탱크, 50,000[L] 이하

[해설]

(1)·(2) 주유취급소의 고정주유설비·고정급유설비는 각 설비의 중심선을 기산점으로 삼아 거리를 잰다. 설비 외곽이나 주유호스 끝이 아니라 중심선이라는 점이 핵심이다. 위험물안전관리법 시행규칙 별표 13이 정한 거리는 다음과 같다.

또 고정주유설비와 고정급유설비 사이에는 4[m] 이상의 거리를 두어야 한다.

(3) 시행규칙 별표 10은 이동탱크저장소의 상치장소를 옥외와 옥내로 나누어 정한다. 옥외는 화기 취급 장소나 인근 건축물로부터 5[m] 이상(인근 건축물이 1층이면 3[m] 이상)이고, 옥내는 벽·바닥·보·서까래 및 지붕이 내화구조 또는 불연재료로 된 건축물의 1층이다. 옥외 기준에서 인근 건축물이 1층일 때 거리를 줄여 주는 것은 위층으로 불길이 번질 위험이 없기 때문이다.

(4) 주유취급소는 원칙적으로 탱크를 지하에 매설해야 하지만, 지형이나 운용 방식 때문에 그럴 수 없는 세 가지 특례 주유취급소는 예외다.

· 항공기주유취급소 — 급유탑이나 급유차로 항공기에 주유하는 곳

· 철도주유취급소 — 철도나 궤도로 운행하는 차량에 주유하는 곳

· 선박주유취급소 — 선박에 주유하는 곳

(5) 지하에 묻지 않는 폐유탱크 등은 지상에 놓이므로, 그 위치·구조·설비는 옥내저장탱크의 기준 또는 시·도의 조례가 정하는 지정수량 미만 탱크의 기준을 준용한다.

(6) 압축수소충전설비를 갖춘 주유취급소에서는 인화성 액체를 원료로 수소를 만드는 개질장치에 접속하는 원료탱크를 둘 수 있으며, 용량은 50,000[L] 이하로 제한되고 반드시 지하에 매설한다. [보기]의 네 탱크에 이 원료탱크가 더해지는 셈이다.

(1) 사이안화수소

(2) $HCN$

(3) 제1석유류(수용성)

(4) $\dfrac{27}{29} = 0.93$

(5) 위험등급 II

[해설]

(1)·(2) 메테인과 암모니아를 백금 촉매 위에서 공기(산소)와 반응시켜 사이안화수소를 얻는 공정이 안드루소법이다.

$2CH_4 + 2NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2HCN + 6H_2O$

분자량 $1 + 12 + 14 = 27$도 사이안화수소 $HCN$과 정확히 맞는다. 아몬드 냄새가 나는 무색 액체로, 극히 적은 양으로도 사람을 해치는 맹독성 물질이다.

(3) 인화점이 -17[℃]로 21[℃] 미만이므로 제1석유류이고, 물에 잘 녹으므로 수용성이다. 지정수량은 400[L]다.

(4) 증기비중은 그 증기의 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나눈 값이다.

$\text{증기비중} = \dfrac{27}{29} = \mathbf{0.93}$

1보다 작으므로 사이안화수소 증기는 공기보다 가볍다. 제4류 위험물의 증기는 대부분 공기보다 무거워 바닥에 깔리는데, 사이안화수소는 그 예외라는 점에서 자주 출제된다.

(5) 제4류 위험물의 위험등급은 특수인화물이 I, 제1석유류와 알코올류가 II, 나머지(제2·3·4석유류, 동식물유류)가 III이다. 사이안화수소는 제1석유류이므로 위험등급 II다.

두 가지를 짚어 둔다. 첫째, -17[℃]는 인화점이지 융점이 아니다. 사이안화수소의 녹는점은 약 -13[℃], 끓는점은 약 26[℃]다. 이 조건을 "융점 -17[℃]"로 실은 판본이 있으나 오기이며, 같은 물질을 묻는 다른 회차의 문항들은 모두 인화점으로 적고 있다. 둘째, 공기의 평균분자량을 28.84로 잡아 증기비중을 0.94로 낸 판본도 있으나, 증기비중의 표준 기준값은 29이므로 0.93이 맞다.

(1) $C_6H_5CH_3 + 3HNO_3 \rightarrow C_6H_2CH_3(NO_2)_3 + 3H_2O$ (진한 황산 촉매, 나이트로화)

(2) $2C_6H_2CH_3(NO_2)_3 \rightarrow 12CO + 2C + 3N_2 + 5H_2$

[해설]

분자량 227에서 물질이 확정된다. 트라이나이트로톨루엔(TNT) $C_6H_2CH_3(NO_2)_3$는 분자식이 $C_7H_5N_3O_6$이므로

$12 \times 7 + 1 \times 5 + 14 \times 3 + 16 \times 6 = 84 + 5 + 42 + 96 = 227$

로 맞아떨어진다. 제5류 위험물 중 나이트로화합물에 속하며, 담황색 결정이 직사광선에 다갈색으로 변하는 것이 대표적인 외관 특징이다.

(1) 톨루엔의 벤젠고리에서 메틸기의 2·4·6번 위치 수소 3개가 나이트로기로 치환되는 반응이다. 진한 질산이 나이트로기의 공급원이고 진한 황산은 탈수제 겸 촉매 노릇을 하며, 치환된 수소는 질산의 산소와 결합해 물 3분자로 빠져나간다.

$C_6H_5CH_3 + 3HNO_3 \rightarrow C_6H_2CH_3(NO_2)_3 + 3H_2O$

(2) TNT는 분자 안에 산소를 지니고 있어 외부 산소 없이도 스스로 분해하며, 이 자기반응성이 폭발력의 근원이다.

$2C_6H_2CH_3(NO_2)_3 \rightarrow 12CO + 2C + 3N_2 + 5H_2$

계수를 확인해 보면 탄소 14개가 $12CO$와 $2C$로, 수소 10개가 $5H_2$로, 질소 6개가 $3N_2$로, 산소 12개가 $12CO$로 각각 정확히 배분된다. 산소가 모자라 이산화탄소가 아니라 일산화탄소가 나오고 탄소(그을음)까지 남는다는 점이 TNT 분해반응식의 특징이다.

비중을 1.0으로 실은 판본이 있으나 트라이나이트로톨루엔의 비중은 약 1.66이다.

① 특수인화물

② 제1석유류(인화점이 0[℃] 미만인 것)

[해설]

두 조건을 각각 목록으로 펼친 뒤 겹치는 곳을 찾는 문제다.

조건 1 — 옥내저장소 바닥면적 1,000[m²] 이하 대상

위험성이 큰 위험물은 저장창고 하나의 바닥면적을 1,000[m²] 이하로 제한한다. 제4류 위험물 중에서는 특수인화물, 제1석유류, 알코올류가 여기에 든다. 제2석유류 이하는 이 제한을 받지 않는다.

조건 2 — 옥외저장소에 저장할 수 있는 제4류 위험물

옥외저장소는 지붕 없이 야적하는 형태라 증기가 쉽게 날아가는 위험물은 받지 않는다. 제4류 중 저장할 수 있는 것은 제1석유류 중 인화점이 0[℃] 이상인 것, 알코올류, 제2석유류·제3석유류·제4석유류, 동식물유류다. 뒤집어 말하면 저장할 수 없는 것은 특수인화물 전부와 제1석유류 중 인화점이 0[℃] 미만인 것이다.

두 목록을 겹쳐 보면

따라서 답은 특수인화물과 제1석유류(인화점이 0[℃] 미만인 것)이다. 알코올류는 첫 조건은 충족하지만 옥외저장소에 저장할 수 있어 탈락하는 것이 이 문제의 함정이다. 인화점 0[℃] 미만인 제1석유류의 예로는 벤젠(-11[℃]), 톨루엔(4[℃])은 해당하지 않고 아세톤(-18[℃])·가솔린(-43[℃]) 등이 있다.

(1) 특수인화물

(2) $CH_3CHO$

(3) $2CH_3CHO + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O$

(4) ① 지하저장탱크는 지반면 아래에 설치된 탱크전용실에 설치할 것

② 지하저장탱크의 설비는 아세트알데하이드 등의 옥외저장탱크 설비의 기준을 준용할 것(다만, 지하저장탱크가 아세트알데하이드 등의 온도를 적당한 온도로 유지할 수 있는 구조인 경우에는 냉각장치 또는 보냉장치를 설치하지 않을 수 있다)

[해설]

(1)·(2) 아세트알데하이드 $CH_3CHO$는 인화점 -38[℃], 발화점 175[℃], 비점 21[℃]로 발화점이 100[℃] 이하이고 비점이 40[℃] 이하이므로 특수인화물에 해당한다. 수용성이며 지정수량은 50[L]다.

(3) 완전연소하면 이산화탄소와 물이 된다.

$2CH_3CHO + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O$

아세트알데하이드 2분자의 탄소 4개가 $4CO_2$, 수소 8개가 $4H_2O$가 되고, 오른쪽 산소 12개에서 원래 아세트알데하이드가 가진 산소 2개를 빼면 $5O_2$가 남는다.

(4) 위험물안전관리법 시행규칙 별표 8은 아세트알데하이드 등을 저장·취급하는 지하탱크저장소에 다음 두 가지를 강화된 기준으로 요구한다.

① 지하저장탱크는 지반면 아래에 설치된 탱크전용실에 설치할 것 — 일반 지하탱크저장소에서는 이중벽탱크 등 탱크전용실 없이 직접 매설하는 방식도 허용되지만, 아세트알데하이드 등은 반드시 탱크전용실에 넣어야 한다.

② 지하저장탱크의 설비는 아세트알데하이드 등의 옥외저장탱크 설비의 기준을 준용할 것 — 준용되는 내용의 핵심은 두 가지다. 탱크 설비를 동·마그네슘·은·수은 또는 이들을 성분으로 하는 합금으로 만들지 말 것, 그리고 냉각장치 또는 보냉장치와 불활성 기체 봉입장치를 설치할 것. 다만 지하저장탱크가 온도를 적당히 유지할 수 있는 구조라면 냉각장치·보냉장치는 생략할 수 있다.

동·은·수은과 접촉을 막는 이유는 아세트알데하이드가 이들 금속과 반응해 폭발성 아세틸라이드를 만들기 때문이고, 냉각·보냉장치가 필요한 이유는 비점이 21[℃]로 상온에서도 쉽게 끓어오르기 때문이다.