2019년 위험물기능장실기(필답형) 제66회 기출문제 정답·해설 페이지

(1) $\mathrm{2NaHCO_3 \rightarrow Na_2O + 2CO_2 + H_2O}$

(2) 약 97.8 $\mathrm{m^3}$

[해설]

제1종 분말소화약제는 약 850℃에서 완전 분해되면 탄산나트륨까지 분해되어 산화나트륨이 남는다.
2NaHCO₃ → Na₂O + 2CO₂ + H₂O

NaHCO₃ 336 kg ÷ 84 = 4 kmol이고, 완전분해에서는 2몰당 CO₂가 2몰 나오므로 CO₂도 4 kmol이다.
V = nRT ÷ P
V = 4 × 0.08205 × (273 + 25) ÷ 1 = 97.8 m³

혼동 주의: 270℃의 1차 분해에서는 Na₂CO₃가 생기고 2몰당 CO₂가 1몰뿐이라, 같은 양이면 CO₂가 절반만 나온다.

이황화탄소, 폼산(의산), 아세트산(초산), 브로모벤젠

[해설]

물의 비중이 1이므로 각 물질의 비중을 1과 견주면 된다. 보기의 여섯 물질은 모두 제4류 위험물이다.

· $CS_2$ 이황화탄소 — 비중 1.26, 물보다 무겁다.

· $HCOOH$ 폼산(의산) — 비중 1.22, 물보다 무겁다.

· $CH_3COOH$ 아세트산(초산) — 비중 1.05, 물보다 무겁다.

· $C_6H_5CH_3$ 톨루엔 — 비중 0.87, 물보다 가볍다.

· $CH_3COC_2H_5$ 메틸에틸케톤(MEK) — 비중 0.81, 물보다 가볍다.

· $C_6H_5Br$ 브로모벤젠 — 비중 1.50, 물보다 무겁다.

제4류 위험물은 「대부분 물보다 가볍다」가 원칙이고, 그 예외를 묻는 것이 이 문제다. 예외로 기억해 둘 것은 황·할로젠처럼 무거운 원자를 품은 것(이황화탄소·브로모벤젠), 카복실산 계열(폼산·아세트산처럼 $-COOH$를 가진 것)이다. 탄화수소·케톤 계열은 물보다 가볍다.

이황화탄소는 비중이 커서 가라앉을 뿐 아니라 물에 녹지 않으므로, 가연성 증기의 발생을 막기 위해 물속(수조)에 저장한다.

(1) 트라이에틸알루미늄($\mathrm{(C_2H_5)_3Al}$)

(2) $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6}$

(3) 3.13

[해설]

제3류 위험물 중 지정수량이 10 kg인 것은 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬이고, 그중 분자량이 114인 것은 트라이에틸알루미늄이다.
(C₂H₅)₃Al = 29 × 3 + 27 = 114

물과 만나면 에틸기 세 개가 물의 수소를 받아 에테인이 되고, 알루미늄은 수산화알루미늄이 된다.
(C₂H₅)₃Al + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3C₂H₆

위험도는 연소범위의 폭을 연소하한으로 나눈 값이며, 에테인의 연소범위는 3.0~12.4 vol%다.
H = (U − L) ÷ L
H = (12.4 − 3.0) ÷ 3.0 = 3.13

물과 폭발적으로 반응하므로 물이나 포로 끄면 안 되고, 마른모래·팽창질석·팽창진주암으로 덮어 질식소화한다.

① 황화인

② 적린

③ 철분

④ 금속분

⑤ 마그네슘

⑥ 인화성 고체

⑦ 100

⑧ 1,000

⑨ II

⑩ III

[해설]

제2류 위험물(가연성 고체)은 지정수량 100kg·500kg·1,000kg 세 단으로 딱 갈린다.

세 물질씩 묶인 앞의 두 줄만 외우면 나머지는 따라온다. 100kg 짜리는 황화인·적린·황으로 비금속 계열이고 위험등급이 II로 한 단계 높으며, 500kg 짜리는 철분·금속분·마그네슘으로 금속 계열이다. 인화성 고체만 홀로 1,000kg이다.

각 품명에는 크기·순도 요건이 붙어 있다는 점도 함께 알아 두어야 한다. 황은 순도 60wt% 이상, 철분은 53$\mathrm{\mu m}$ 체를 통과하는 것이 50wt% 이상, 마그네슘은 2mm 체를 통과하지 못하는 덩어리와 지름 2mm 이상의 막대 모양은 제외된다. 인화성 고체는 고형알코올 그 밖에 1기압에서 인화점이 40℃ 미만인 고체를 말한다.

(1) $\mathrm{P_4S_3 + 8O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 3SO_2}$

(2) $\mathrm{2P_2S_5 + 15O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 10SO_2}$

(3) $\mathrm{P_2S_5 + 8H_2O \rightarrow 5H_2S + 2H_3PO_4}$

(4) $\mathrm{2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2H_2O + 2SO_2}$

[해설]

황화인은 제2류 위험물(가연성 고체)로 지정수량 100kg, 위험등급 II이며 삼황화인 $\mathrm{P_4S_3}$·오황화인 $\mathrm{P_2S_5}$·칠황화인 $\mathrm{P_4S_7}$이 있다.

(1)·(2) 연소 — 인과 황이 각각 산소와 결합하므로 연소생성물은 언제나 오산화인 $\mathrm{P_2O_5}$와 이산화황 $\mathrm{SO_2}$ 두 가지다. 둘 다 유독하므로 연소 시 방독마스크가 필요하다. 계수를 맞출 때는 인 → 황 → 산소 순서로 잡으면 빠르다.

(3) 물과의 반응 — 삼황화인은 찬물에 잘 반응하지 않지만, 오황화인은 물과 반응해 황화수소와 인산을 만든다. 그래서 오황화인은 물기엄금이고 주수소화를 하지 않는다.

(4) (3)에서 나온 기체는 황화수소 $\mathrm{H_2S}$다. 가연성이면서 유독한 기체라 그 자체가 2차 위험이 되며, 연소하면 물과 이산화황이 된다.

(1) $\mathrm{Zn_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Zn(OH)_2 + 2PH_3}$ — 포스핀(인화수소)

(2) $\mathrm{LiH + H_2O \rightarrow LiOH + H_2}$ — 수소

(3) $\mathrm{Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2}$ — 수소

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

(5) $\mathrm{Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3 + 3CH_4}$ — 메테인

[해설]

제3류 위험물 중 금수성 물질은 물과 반응해 가연성·유독성 기체를 낸다. 금속은 수산화물이 되고, 남은 음이온이 물의 수소를 받아 기체가 된다는 골격으로 다섯 반응을 모두 쓸 수 있다.

• 인화아연은 인화물이라 Zn₃P₂ + 6H₂O → 3Zn(OH)₂ + 2PH₃ 로 유독한 포스핀(인화수소)이 나온다.
• 수소화리튬은 금속수소화물이라 LiH + H₂O → LiOH + H₂ 로 수소가 나온다.
• 칼슘은 알칼리토금속이라 Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂ 로 수소가 나온다.
• 탄화칼슘(카바이드)은 CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂ 로 아세틸렌이 나온다.
• 탄화알루미늄은 Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄ 로 메테인이 나온다.

혼동 주의: 탄화칼슘은 아세틸렌, 탄화알루미늄은 메테인이다. 다섯 물질 모두 주수소화 금지이고 마른 모래·팽창질석으로 질식소화한다.

① 30

② 60

③ 10

④ 10

⑤ 25

⑥ 25

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준은 옆판 용접선의 방사선투과시험 촬영개소를 기본 촬영개소와 추가 촬영개소로 나누어 정한다.

• 수직이음은 하중을 직접 받으므로 용접사별 이음 30m마다 2개소를 촬영한다.
• 수평이음은 응력이 상대적으로 작아 그 두 배인 60m마다 2개소를 촬영한다.
• 판두께가 10mm 이하이면 모든 수직이음마다 1개소를 추가로 촬영한다.
• 10mm 초과 25mm 이하이면 최하단은 2개소, 2단 이상은 접합점과 1개소를 추가로 촬영한다.
• 25mm를 넘으면 모든 수직이음을 100%(온길이) 촬영한다.

외우는 요령: 간격은 30·60, 판두께 경계는 10·25다. 판이 두껍고 아래 단으로 갈수록(액압이 클수록) 검사가 촘촘해진다.

(1) $\mathrm{KNO_3}$

(2) 300kg

(3) 위험등급 II

(4) 약 55.22L

[해설]

분해온도 400℃·비중 2.1·흑색화약 원료라는 단서는 질산칼륨(KNO₃)을 가리킨다. 제1류 위험물 질산염류라 지정수량 300kg, 위험등급 II다.

분해반응식과 몰수는 다음과 같다.
2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂
KNO₃ 분자량 = 39 + 14 + 16×3 = 101
202 ÷ 101 = 2 mol → O₂ = 1 mol

이상기체 상태방정식으로 부피를 구한다.
V = nRT/P = 1 × 0.08205 × (273 + 400) ÷ 1
V ≈ 55.22L

비중과 용해성은 물질을 특정하는 단서일 뿐 계산에는 쓰지 않는다.

(1) 지중탱크 — 저부가 지반면 아래에 있고 상부가 지반면 이상에 있으며, 탱크 내 위험물의 최고 액면이 지반면 아래에 있는 원통세로형식의 위험물탱크

(2) 해상탱크 — 해상의 동일 장소에 정치되어 육상에 설치된 설비와 배관 등으로 접속된 위험물탱크

(3) 특정옥외탱크저장소 — 옥외탱크저장소 중 저장 또는 취급하는 액체위험물의 최대수량이 100만L 이상인 것

(4) 준특정옥외탱크저장소 — 옥외탱크저장소 중 저장 또는 취급하는 액체위험물의 최대수량이 50만L 이상 100만L 미만인 것

[해설]

네 용어는 탱크의 형식을 가리키는 것(지중탱크·해상탱크)과 저장소의 규모를 가리키는 것(특정·준특정)으로 나뉜다.

· 지중탱크는 땅을 파서 묻은 탱크이지만 지하탱크와는 다르다. 상부는 지반면 위로 올라와 있고, 다만 위험물의 최고 액면이 지반면보다 낮게 유지되도록 한 원통세로형 탱크다. 액면이 지반면 아래에 있어야 새어도 밖으로 흘러넘치지 않기 때문이다.

· 해상탱크는 바다 위 같은 자리에 고정해 두고 육상 설비와 배관으로 연결한 탱크로, 지중탱크와 함께 옥외탱크저장소의 특수한 형식으로 따로 기준이 정해져 있다.

· 특정·준특정은 액체위험물의 최대수량으로 갈린다. 100만L 이상이면 특정, 50만L 이상 100만L 미만이면 준특정이다. 규모가 커질수록 기초·지반과 탱크 본체의 구조기준, 용접부시험 같은 요구가 강화되므로 이 경계값을 정확히 외워 두어야 한다.

(1) $\mathrm{2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2}$

(2) $\mathrm{2Al + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow 2NaAlO_2 + 3H_2}$

[해설]

산화피막(부동태)과 테르밋반응이 가리키는 물질은 제2류 위험물 금속분인 알루미늄분이다. 알루미늄은 양쪽성 금속이라 산과 염기에 모두 녹아 수소를 낸다.

황산과는 황산알루미늄과 수소를 만든다.
2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

수산화나트륨 수용액과는 알루민산나트륨과 수소를 만들고, 물이 함께 들어가야 계수가 맞는다.
2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

혼동 주의: 테르밋반응(2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe)은 수소가 아니라 철과 고열을 낸다.

(1) 설치기준

① 암반투수계수가 1초당 10만분의 1m 이하인 천연암반 내에 설치할 것

② 저장할 위험물의 증기압을 억제할 수 있는 지하수면하에 설치할 것

③ 내벽은 암반균열에 의한 낙반을 방지할 수 있도록 볼트·콘크리트 등으로 보강할 것

(2) 수리조건

① 암반탱크 내로 유입되는 지하수의 양은 암반 내의 지하수 충전량보다 적을 것

② 암반탱크의 상부로 물을 주입하여 수압을 유지할 필요가 있는 경우에는 수벽공을 설치할 것

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 12의 기준이다. 암반탱크는 지하 암반을 파낸 공동(空洞) 자체를 탱크로 쓰는 저장소로, 탱크 벽 대신 암반과 지하수가 위험물을 가둔다는 점이 다른 저장소와 근본적으로 다르다.

설치기준은 그 「가두는 힘」을 확보하기 위한 조건이다. 물이 잘 통하지 않는 암반투수계수 1초당 10만분의 1m 이하의 천연암반이어야 위험물이 새어 나가지 않고, 지하수면 아래에 두어야 지하수압이 위험물의 증기압을 눌러 준다. 그리고 낙반으로 공동이 무너지지 않도록 내벽을 볼트·콘크리트 등으로 보강한다.

수리조건은 지하수의 흐름을 관리하기 위한 것으로, 법령에는 다음 3가지가 있다. 문항이 2가지만 요구했으므로 이 중 둘을 쓰면 된다.

1. 암반탱크 내로 유입되는 지하수의 양은 암반 내의 지하수 충전량보다 적을 것

2. 암반탱크의 상부로 물을 주입하여 수압을 유지할 필요가 있는 경우에는 수벽공을 설치할 것

3. 암반탱크에 가해지는 지하수압은 저장소의 최대운영압보다 항상 크게 유지할 것

세 조건 모두 「지하수압이 위험물의 압력보다 늘 세도록 유지한다」는 한 가지 목적으로 모인다. 지하수가 안쪽으로 밀고 들어오는 상태여야 위험물이 암반 밖으로 새지 않기 때문이다.

(1) $\mathrm{K_2O_2 + 2CH_3COOH \rightarrow 2CH_3COOK + H_2O_2}$

(2) $\mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2}$

[해설]

과산화칼륨은 제1류 무기과산화물이다. 산과 만나면 칼륨이 산의 수소와 자리를 바꾸고, 과산화이온이 수소 2개를 받아 과산화수소가 떨어져 나온다.

아세트산과는 아세트산칼륨과 과산화수소를 만든다.
K₂O₂ + 2CH₃COOH → 2CH₃COOK + H₂O₂

생성된 과산화수소(제6류)는 열분해하여 물과 산소가 된다.
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

혼동 주의: 과산화칼륨이 물과 반응하면 과산화수소가 아니라 산소가 바로 나온다(2K₂O₂ + 2H₂O → 4KOH + O₂). 과산화수소는 농도 36wt% 이상만 위험물이다.

B — 벤젠, $C_6H_6$

T — 톨루엔, $C_6H_5CH_3$

X — 자일렌, $C_6H_4(CH_3)_2$

[해설]

BTX는 Benzene·Toluene·Xylene의 머리글자다. 벤젠 고리에 메틸기(-CH₃)가 0개, 1개, 2개씩 붙은 방향족 탄화수소 3종을 가리킨다.

• 벤젠 C₆H₆는 메틸기가 없는 벤젠 고리 그 자체다.
• 톨루엔 C₆H₅CH₃는 벤젠의 수소 1개가 메틸기로 바뀐 것이다.
• 자일렌 C₆H₄(CH₃)₂는 메틸기 2개가 붙은 것으로, 위치에 따라 o-·m-·p- 이성질체가 있다.

혼동 주의: 벤젠·톨루엔은 제1석유류(비수용성, 200L)이다. 자일렌은 인화점이 더 높아 제2석유류(비수용성, 1,000L)다.

① 2,000

② 소화약액혼합장치

③ 10만

④ 35

⑤ 1,400

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 23의 기준이다. 화학소방자동차는 방사하는 소화약제에 따라 다섯 가지로 나뉘고, 각각 방사능력·비치설비·비치약제량 세 가지를 함께 갖추어야 한다.

수치를 외울 때는 포는 「분」, 분말·할로젠·이산화탄소는 「초」로 단위가 갈린다는 점을 먼저 잡아 두면 헷갈리지 않는다. 또한 포수용액 방사차는 자체소방대에 두는 화학소방자동차 대수의 3분의 2 이상이어야 한다.

약 2.84 g/L

[해설]

기체 밀도는 이상기체 상태방정식을 밀도로 정리해서 구한다. 압력은 atm으로, 온도는 절대온도(K)로 바꾸어 넣는다.

ρ = PM / RT
P = 152 / 101.325 = 1.5 atm, M(CH₃COCH₃) = 58 g/mol
ρ = (1.5 × 58) / (0.08205 × 373)
ρ ≈ 2.84 g/L

g/L 단위로 답하려면 기체상수는 0.08205 atm·L/(mol·K)를 쓴다.

① 펌프 프로포셔너 방식

② 라인 프로포셔너 방식

③ 프레셔 프로포셔너 방식

④ 프레셔 사이드 프로포셔너 방식

[해설]

포소화설비는 물과 포소화약제를 정해진 비율로 섞어야 하며, 그 혼합방식은 약제를 어디서 어떻게 끌어들이는가로 구분한다.

• 펌프 프로포셔너 방식은 펌프 토출측 물 일부를 흡입기로 보내 농도조절밸브로 맞춘 약제를 펌프 흡입측으로 되돌려 섞는다.
• 라인 프로포셔너 방식은 배관 도중의 벤투리관 흡입작용만으로 약제를 빨아들여 섞는다.
• 프레셔 프로포셔너 방식은 벤투리 작용에 더해 펌프 가압수를 약제탱크에 넣어 생기는 압력으로 약제를 밀어낸다.
• 프레셔 사이드 프로포셔너 방식은 별도의 약제 압입용 펌프로 약제를 토출관에 강제로 밀어 넣는다.

구분 요령: 앞의 세 방식은 소화펌프 하나로 섞고, 프레셔 사이드 방식만 약제 전용 펌프를 따로 둔다.

(1) $\mathrm{CH_3-C(=O)-O-O-C(=O)-CH_3}$ — 아세틸기 2개가 과산화 결합($\mathrm{-O-O-}$)으로 이어진 구조

(2) 약 4.07

[해설]

아세틸퍼옥사이드는 제5류 위험물 유기과산화물로, 시성식은 $(\mathrm{CH_3CO})_2\mathrm{O_2}$이다. 아세트산의 아세틸기 두 개가 과산화 결합으로 묶인 형태이며, 이 $\mathrm{-O-O-}$ 결합이 끊어지면서 라디칼을 내놓기 때문에 가열·충격·마찰에 민감하다. 희석제(다이메틸프탈레이트 등)에 녹여 저장하는 것도 이 때문이다.

① 분자량

분자식은 $\mathrm{C_4H_6O_4}$이므로

$M = (12 + 1 \times 3 + 12 + 16) \times 2 + 16 \times 2 = 118$

② 증기비중

증기비중은 그 기체의 분자량을 공기의 평균 분자량으로 나눈 값이다.

$\text{증기비중} = \dfrac{118}{29} = \mathbf{4.07}$

공기의 평균 분자량을 28.84로 잡으면 4.09가 나오는데, 실기 계산에서는 29를 쓰는 것이 관례다. 어느 쪽으로 계산하든 소수 둘째 자리에서만 갈리므로 채점에는 지장이 없다.

(1) ㉮ 수평투영면적  
㉯ 공지면적

(2) ㉠ 고정주유설비  ㉡ 고정급유설비

(3) 명칭 : 주유공지 / 크기 : 너비 15m 이상, 길이 6m 이상

(4) 거리 : 고정급유설비로부터 4m 이상 / 범위 : 담 또는 벽 길이의 10분의 2를 초과하지 않을 것

(5) 접지전극

(6) 2,000L 이하

(7) 2.5$\mathrm{m^2}$ 이하

(8) 500$\mathrm{m^2}$

(9) 누설된 가연성 증기가 그 내부로 유입되지 않도록 하기 위하여

(10) 소화난이도등급 : I / 소화설비 : 스프링클러설비(건축물에 한정한다) 및 소형수동식소화기등

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 13(주유취급소 기준)과 별표 17(소화설비 기준)이 근거다.

• 옥내주유취급소 — 캐노피 등을 위에서 내려다본 수평투영면적이 공지면적의 1/3을 넘으면 사실상 지붕에 덮인 것으로 본다.
• 고정주유설비는 자동차에 직접 주유하는 주유기이고, 고정급유설비는 이동저장탱크나 용기에 옮겨 담는 설비다.
• 주유공지 — 고정주유설비 주위에 너비 15m 이상, 길이 6m 이상으로 콘크리트 등을 포장해 확보하는 공지다.
• 담·벽의 유리는 고정주유설비·고정급유설비에서 4m 이상 떨어진 곳에, 담·벽 길이의 2/10 이내로만 붙일 수 있다.
• 주입관 부근의 접지전극은 주입할 때 흐름마찰로 생긴 정전기를 대지로 흘려보낸다.
• 폐유 탱크 2,000L 이하와 간이대기실 2.5m² 이하는 부속물이 본래 용도를 넘지 않게 하는 상한이다.
• 사무소·간이정비 작업장·점포/휴게음식점의 면적 합계는 1,000m² 이하여야 하므로 휴게음식점은 1,000 − (300 + 200) = 500m²까지 둘 수 있다.
• 화기 사용 장소의 문턱·밀폐창·자동폐쇄문은 공기보다 무거운 가연성 증기가 바닥을 타고 들어오지 못하게 막는다.
• 세 용도의 면적 합계가 500m² 초과이면 소화난이도등급 I이므로 스프링클러설비(건축물에 한정)와 소형수동식소화기등을 둔다.

혼동 주의: 세차장 150m²은 면적 합계 제한 대상이 아니므로 휴게음식점 면적을 계산할 때 빼지 않는다.

① 위험물의 안전에 관계된 작업에 종사하는 자에 대한 안전교육 및 훈련에 관한 사항

② 위험물시설 및 작업장에 대한 안전순찰에 관한 사항

③ 위험물시설·소방시설 그 밖의 관련시설에 대한 점검 및 정비에 관한 사항

④ 위험물시설의 운전 또는 조작에 관한 사항

⑤ 위험물 취급작업의 기준에 관한 사항

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 제63조는 예방규정에 넣을 사항을 정하고 있으며, 그중 일상 운영에 해당하는 다섯 가지가 모범답안이다.

• 안전교육 및 훈련은 위험물 관련 작업 종사자에게 실시할 교육·훈련 계획이다.
• 안전순찰은 위험물시설과 작업장을 정기적으로 돌아보는 체계다.
• 점검 및 정비는 위험물시설·소방시설 등 관련시설을 점검하고 고치는 절차다.
• 운전 또는 조작은 위험물시설을 다루는 방법을 정한 것이다.
• 취급작업의 기준은 위험물을 취급할 때 지켜야 할 작업기준이다.

이 밖에 안전관리자 직무·대리자, 자체소방대 편성, 비상시 조치, 안전 기록, 도면 정비 등도 예방규정 사항이라 답으로 인정된다. 「사람 → 조직 → 일상관리 → 비상 → 기록」 흐름으로 묶어 외우면 쉽다.