2016년 위험물기능장실기(필답형) 제59회 기출문제 정답·해설 페이지

(가) 에틸알코올

(나) 알코올류

(다) $\mathrm{C_2H_4(OH)_2}$

(라) 글리세린

(마) 제3석유류

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1의 알코올류는 한 분자 안의 탄소수가 1~3개인 포화 1가 알코올만 해당한다. 그래서 하이드록시기(-OH)의 개수가 품명을 가른다.

• 에틸알코올(C₂H₅OH) — -OH가 하나이고 탄소가 2개인 1가 알코올이라 알코올류(지정수량 400 L)다.
• 에틸렌글라이콜 — -OH가 둘인 2가 알코올로 시성식은 C₂H₄(OH)₂이며, 인화점이 높아 제3석유류다.
• 글리세린(C₃H₅(OH)₃) — -OH가 셋인 3가 알코올이라 알코올류에서 빠지고 제3석유류(수용성, 지정수량 4,000 L)다.

혼동 주의: 탄소수만 보고 알코올류로 답하면 틀린다. 2가·3가 알코올은 인화점으로 석유류 품명을 정한다.

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

[해설]

제3류 위험물 탄화칼슘(카바이드)은 칼슘의 탄화물로 지정수량이 300kg이며, 물과 만나면 수산화칼슘과 아세틸렌을 내면서 열을 낸다.

우변 Ca(OH)₂에 OH가 2개, C₂H₂에 H가 2개 있으므로 물은 2분자가 필요하다.
CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂

혼동 주의: 탄화알루미늄(Al₄C₃)은 물과 반응하면 아세틸렌이 아니라 메테인(CH₄)을 낸다.

(1) 2

(2) 1

(3) 4

(4) 1

(5) 2.5

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준의 신속평형법은 시료를 설정온도에 맞춰 두고 그 온도에서 인화하는지만 판정하는 방식이다. 적은 양으로 짧게 측정하므로 수치가 작다.

• 시료량 2 mL — 양이 적어 시료컵 온도와 빨리 평형을 이룬다.
• 설정온도 유지 1분 — 시료·컵·증기가 같은 온도가 되게 하는 시간이다.
• 시험불꽃 직경 4 mm — 인화점 시험에서 쓰는 표준 화염 크기다.
• 1분 경과 후 2.5초 노출 — 불꽃을 급하게 위아래로 움직이면 증기층이 흐트러져 판정이 흔들린다.

외우는 요령: 「2 mL – 1분 – 4 mm – 1분 – 2.5초」 순서로 묶어 둔다. 태그밀폐식·클리브랜드개방컵은 시료를 표선까지 채우지만, 신속평형법만 시료량이 2 mL로 정해져 있다.

(1) 화학반응식 : $\mathrm{NaH} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{NaOH} + \mathrm{H_2}$

(2) 위험도 : 17.75

[해설]

제3류 위험물 수소화나트륨은 금속의 수소화물로, 물과 반응하면 수산화나트륨과 수소를 내며 발열하는 금수성 물질이다.
NaH + H₂O → NaOH + H₂

위험도는 폭발범위의 폭을 하한계로 나눈 값이며, 수소의 연소범위는 4~75vol%이다.
H = (U − L) / L
H = (75 − 4) / 4 = 17.75

혼동 주의: 아세틸렌(2.5~81%)은 위험도가 31.4로 수소보다 크다.

㉠ 보정연소한계곡선

㉡ 연소한계곡선

㉢ 연소위험범위

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 4의 방화상 유효한 담 높이 산정 그림이다. 담을 세우면 보호대상물과의 안전거리를 줄일 수 있다.

• 연소한계곡선 — 제조소등에서 난 화재의 열로 인근 건축물이 탈 우려가 있는지를 가르는 경계선이다.
• 보정연소한계곡선 — 담의 차단 효과를 반영해 담 꼭대기(높이 h)를 지나도록 고친 곡선이다.
• 연소위험범위 — 인근 건축물 가운데 연소한계곡선 위로 드러나 연소 우려가 있는 부분이다.

담 높이는 H ≤ pD² + a이면 2m로 하고, 이를 넘으면 h = H − p(D² − d²)로 구한다. 계산값이 2m 미만이면 2m, 4m 이상이면 4m로 하되 4m인 경우에는 소화설비를 보강한다.

① 보일러·버너 그 밖에 이와 유사한 장치로 위험물을 소비하는 일반취급소

② 이동저장탱크 그 밖에 이와 유사한 것에 위험물을 주입하는 일반취급소

③ 용기에 위험물을 옮겨 담는 일반취급소

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙은 제4류 위험물을 지정수량의 3천 배 이상 취급하는 제조소·일반취급소에 자체소방대를 두게 하되, 취급 형태가 단순한 일반취급소는 빼 준다. 이런 곳은 위험물을 반응·정제하지 않고 소비하거나 옮겨 담기만 해서 불이 크게 번질 우려가 작다.

• 보일러·버너 등으로 위험물을 소비하는 일반취급소 — 위험물을 연료로 태워 쓰기만 한다.
• 이동저장탱크 등에 위험물을 주입하는 일반취급소 — 탱크로리 등에 채워 넣기만 한다.
• 용기에 위험물을 옮겨 담는 일반취급소 — 나눠 담는 작업만 한다.

혼동 주의: 유압장치·윤활유순환장치로 위험물을 취급하는 일반취급소와 「광산안전법」을 적용받는 일반취급소도 제외 대상이다. 제조소에는 제외 대상이 없다.

① 분해반응식 : $4C_3H_5(ONO_2)_3 \rightarrow 12CO_2 + 10H_2O + 6N_2 + O_2$

② 생성기체의 몰수 : $n = \dfrac{500}{227} \times \dfrac{29}{4} = 15.97\ \mathrm{mol}$

③ $P = \dfrac{nRT}{V} = \dfrac{15.97 \times 0.08205 \times (273 + 1{,}000)}{0.32}$

답 : 약 5,212.69atm

[해설]

나이트로글리세린은 외부 산소 없이 분해되어 기체를 대량으로 만들기 때문에, 압력은 이상기체 상태방정식 PV = nRT로 구한다.
4C₃H₅(ONO₂)₃ → 12CO₂ + 10H₂O + 6N₂ + O₂

1,000℃에서는 물도 기체이므로, 나이트로글리세린 4mol이 분해되면 기체가 12 + 10 + 6 + 1 = 29mol 생긴다.
n = (500 / 227) × (29 / 4) = 15.97mol

부피는 0.32L로, 온도는 절대온도 273 + 1,000 = 1,273K로 바꿔 대입한다.
P = nRT / V = 15.97 × 0.08205 × 1,273 / 0.32
P ≈ 5,212.69atm

혼동 주의: 수증기 10mol을 빼먹으면 몰수가 19mol이 되어 답이 크게 틀어진다.

(1) 2.1[MPa] 이상

(2) 1.05[MPa] 이상

(3) 1.9[MPa] 이상

(4) 1.9[MPa] 이상

(5) 60초 이내

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준의 전역방출방식 불활성가스소화설비 분사헤드 기준이다. 이산화탄소는 저장방식에 따라, 나머지 불활성가스는 조성과 상관없이 방사압력이 정해진다.

• 고압식 이산화탄소 — 상온에서 고압으로 저장하므로 2.1 MPa 이상이다.
• 저압식 이산화탄소 — -18 ℃ 이하로 냉각해 낮은 압력으로 저장하므로 1.05 MPa 이상이다.
• 질소 100 %(IG-100)와 질소·아르곤 50:50(IG-55) — 둘 다 1.9 MPa 이상이다.
• IG-541(질소 52 %·아르곤 40 %·이산화탄소 8 %) — 약제량의 95 % 이상을 60초 이내에 방사한다.

외우는 요령: 고압식과 저압식은 정확히 2배 차이다. 불활성가스는 산소농도를 낮추는 질식소화라서, 약제가 천천히 나오면 소화에 필요한 농도가 만들어지지 않으므로 60초 이내로 정한다.

6배

[해설]

지정수량의 배수는 물질마다 $\dfrac{\text{저장수량}}{\text{지정수량}}$ 을 구해 모두 더한다. 먼저 네 물질의 품명과 지정수량을 확정해야 한다.

$\dfrac{400}{400} + \dfrac{400}{200} + \dfrac{2{,}000}{1{,}000} + \dfrac{2{,}000}{2{,}000} = 1 + 2 + 2 + 1 = 6$

따라서 지정수량의 배수는 6배이다.

갈리기 쉬운 곳은 수용성 여부다. 피리딘은 물에 잘 녹는 제1석유류여서 지정수량이 400[L]이고, 메틸에틸케톤은 비수용성이라 200[L]이다. 둘 다 400[L]씩 저장했는데 배수가 1배와 2배로 갈리는 이유가 여기에 있다.

(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 장비를 필수장비와 필요한 경우에 두는 장비로 나눈다. 필수장비는 탱크 강판의 결함과 두께를 확인하는 비파괴검사 장비다.

• 자기탐상시험기 — 자분을 뿌려 표면과 표면 가까이의 균열을 찾는다.
• 초음파두께측정기 — 부식으로 얇아진 강판의 두께를 잰다.
• 영상초음파시험기 — 용접부 내부 결함을 영상으로 보는 장비이며, 대신 방사선투과시험기와 초음파시험기를 함께 갖춰도 된다.

필요한 경우에 두는 장비는 맡는 시험의 종류에 따라 갖춘다. 충·수압·진공·기밀시험을 하면 진공누설시험기(진공능력 53 kPa 이상)와 기밀시험장치를, 수직·수평도 시험을 하면 수직·수평도 측정기를 둔다.

(1) 자동화재탐지설비의 감지기

(2) 원격조작

(3) 0.8, 1.5

(4) 조작부

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준에서 정한 포소화설비 기동장치 기준이다.

• 자동식 — 자동화재탐지설비의 감지기가 작동하거나 폐쇄형 스프링클러헤드가 열리면 이를 신호로 스스로 기동한다.
• 수동식 — 현장에서 직접 조작하는 것 외에 떨어진 곳에서 원격조작으로도 기동할 수 있어야 한다.
• 조작부 높이 — 바닥면에서 0.8m 이상 1.5m 이하로, 선 채로 손이 닿는 범위다.
• 조작부 방호 — 유리 등으로 덮어서 부딪쳐 오작동하는 일을 막는다.

혼동 주의: 방사구역이 2 이상이면 수동식 기동장치는 방사구역을 선택할 수 있는 구조여야 한다는 기준도 함께 나온다.

(1) $4\mathrm{P} + 5\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{P_2O_5}$

(2) $\mathrm{S} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{SO_2}$

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

[해설]

적린·황·삼황화인은 모두 제2류 위험물(가연성 고체)이다.

완전연소하면 인은 오산화인(P₂O₅)이 되고, 황은 이산화황(SO₂)이 된다.

적린은 오산화인의 흰 연기를 내며 탄다.
4P + 5O₂ → 2P₂O₅

황은 푸른 불꽃을 내며 타서 유독한 아황산가스가 된다.
S + O₂ → SO₂

삼황화인은 인 4개에서 2P₂O₅, 황 3개에서 3SO₂가 생기고, 우변 산소 원자가 2×5 + 3×2 = 16개라 좌변 산소는 8분자다.
P₄S₃ + 8O₂ → 2P₂O₅ + 3SO₂

(1) I형, II형, III형, IV형

(2) 특형

[해설]

포방출구는 포를 어느 위치에서 어떤 방식으로 액면에 얹느냐로 나뉜다. 고정지붕탱크는 액면이 지붕 아래에 갇혀 있으므로 위에서 흘려 넣거나 밑에서 밀어 올리는 네 가지 방식이 모두 쓰이지만, 부상지붕탱크는 지붕이 액면과 함께 뜨기 때문에 불이 붙는 곳이 옆판과 부상지붕 사이의 좁은 환상(고리 모양) 부분으로 한정된다. 그래서 여기에는 전용 방출구인 특형만 쓴다.

고정지붕탱크용 네 형식의 차이는 다음과 같다.

I형 — 상부포주입법. 통계단이나 미끄럼판 같은 설비를 통해 포를 액면 위로 조용히 흘려보내 거품이 깨지지 않게 한다.

II형 — 상부포주입법. 반사판(디플렉터)으로 포를 탱크 옆판 안쪽 면을 따라 흘러내리게 하여 액면에 퍼뜨린다.

III형 — 저부포주입법(표면하 주입식). 탱크 밑부분에서 포를 밀어 넣어 위험물 속을 뚫고 액면으로 떠오르게 한다.

IV형 — 저부포주입법(반표면하 주입식). 호스가 든 용기를 밑에서 넣어 호스가 액면까지 떠오른 뒤 그 끝에서 포를 방출한다.

III·IV형은 포가 위험물을 통과하므로 알코올처럼 포를 깨뜨리는 수용성 위험물에는 적합하지 않다는 점도 함께 기억해 두면 좋다.

(1) $\mathrm{C_4H_{10}O}$

(2) $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$

(3) 2.55

[해설]

다이에틸에터는 에틸기 두 개가 산소를 사이에 두고 이어진 에터라서, 작용기가 드러나게 쓴 시성식은 C₂H₅OC₂H₅다. 원소를 모아 세면 탄소 4개·수소 10개·산소 1개이므로 분자식은 C₄H₁₀O다.

증기비중은 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나눈 값이다.
분자량 = 12×4 + 1×10 + 16 = 74
증기비중 = 74 ÷ 29 = 2.55

증기비중이 1을 넘어 새어 나온 증기는 바닥에 깔려 멀리 퍼진다. 특수인화물(지정수량 50 L)이라 취급에 특히 주의한다.

① 강판
② 알루미늄판
③ 양철판
④ 유리
⑤ 금속판

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 19는 운반용기의 재질을 13가지로 정해 두었고, 이 가운데 5가지를 쓰면 된다.

나머지 재질은 종이·플라스틱·섬유판·고무류·합성섬유·삼·짚·나무다.

외우는 요령: 금속 네 가지(강판·알루미늄판·양철판·금속판)에 유리를 더하면 모범답안 다섯 가지가 된다.

(1) 6[m] 미만

(2) 불연재료

(3) 1,000[m²] 이하

(4) 수시로 열 수 있는 자동폐쇄식의 60분+방화문 또는 60분방화문

(5) 망입유리

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 5의 옥내저장소 기준이다. 차아염소산염류는 지정수량이 50 kg인 제1류 위험물이라 바닥면적 상한이 작은 그룹에 든다.

• 처마높이 6 m 미만의 단층건물 — 층이 많거나 높으면 화재 때 소화와 대피가 어렵다.
• 보와 서까래는 불연재료 — 지붕 쪽을 가벼운 불연재로 만들어 폭발압력이 위로 빠지게 한다.
• 바닥면적 1,000 m² 이하 — 지정수량 50 kg인 제1류 위험물 등 위험성이 큰 그룹의 상한이다.
• 연소 우려가 있는 외벽의 출입구 — 수시로 열 수 있는 자동폐쇄식 60분+방화문 또는 60분방화문으로 불이 번지는 것을 막는다.
• 창·출입구의 유리 — 망입유리로 하면 깨져도 철망이 파편이 흩어지는 것과 개구부가 뚫리는 것을 막는다.

혼동 주의: 그 밖의 위험물을 저장하는 창고는 바닥면적 2,000 m² 이하다. 벽·기둥·바닥은 내화구조, 보·서까래는 불연재료로 구분해 외운다.

(1) $\mathrm{NH_4NO_3}$ (원소별로 정리하면 $\mathrm{N_2H_4O_3}$)

(2) 브로민산염류, 아이오딘산염류

(3) $2\mathrm{NH_4NO_3} \rightarrow 2\mathrm{N_2} + 4\mathrm{H_2O} + \mathrm{O_2}$

[해설]

ANFO는 산소공급원인 질산암모늄에 가연물인 경유를 섞은 폭약이며, 질산암모늄은 제1류 위험물 질산염류다.
분자식은 NH₄NO₃이며, 원소별로 묶으면 N₂H₄O₃이다.

질산염류는 위험등급 II이고, 같은 제1류에서 위험등급 II인 품명은 브로민산염류와 아이오딘산염류다.

질산암모늄은 분해되면 고체 2mol이 질소·수증기·산소 기체 7mol로 바뀌면서 폭발력을 낸다.
2NH₄NO₃ → 2N₂ + 4H₂O + O₂

혼동 주의: 아염소산염류·염소산염류·과염소산염류·무기과산화물은 위험등급 I이다.

집유설비에 모인 위험물이 배수구로 그대로 흘러 나가지 않도록, 물과 위험물의 비중 차를 이용하여 위험물을 분리해 내기 위하여

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 4는 물에 잘 녹지 않는 위험물을 취급하는 설비의 집유설비에 유분리장치를 두도록 한다.

집유설비에 모인 위험물을 그대로 배수구로 내보내면 하수나 하천으로 흘러 들어간다.

유분리장치는 칸막이로 물길을 꺾어 두어, 물보다 가벼워 위에 뜨는 위험물은 가두고 아래쪽 물만 내보낸다.

채점 포인트는 비중 차를 이용한 분리와 배수구로 바로 흘러 나가는 것을 막는 것, 이 두 가지다.

혼동 주의: 바닥 경사와 턱은 위험물을 모으는 장치일 뿐 유분리장치의 기능이 아니다.

㉮ $NH_4H_2PO_4 \rightarrow H_3PO_4 + NH_3$

㉯ $2H_3PO_4 \rightarrow H_4P_2O_7 + H_2O$

㉰ $H_4P_2O_7 \rightarrow 2HPO_3 + H_2O$

[해설]

제3종 분말의 주성분 제1인산암모늄(NH₄H₂PO₄)은 온도가 오르면서 인산 → 피로인산 → 메타인산 순으로 분해한다.

190℃에서는 암모니아가 빠져나가 오르토인산이 남는다.
NH₄H₂PO₄ → H₃PO₄ + NH₃

215℃에서는 인산 두 분자가 물 한 분자를 내놓고 축합해 피로인산이 된다.
2H₃PO₄ → H₄P₂O₇ + H₂O

300℃에서는 피로인산이 다시 물을 잃어 메타인산이 된다.
H₄P₂O₇ → 2HPO₃ + H₂O

외우는 요령: 첫 단계에서는 암모니아가 빠지고, 나머지 두 단계에서는 물이 하나씩 빠진다. 마지막 생성물인 메타인산이 가연물 표면에 유리질 막을 만들어 산소를 막기 때문에(방진작용) 제3종 분말은 A급 화재에도 쓰인다.

① 저장창고의 벽·기둥·바닥·보 및 지붕이 내화구조일 것

② 저장창고의 출입구에 수시로 열 수 있는 자동폐쇄방식의 60분+방화문 또는 60분방화문이 설치되어 있을 것

③ 저장창고에 창을 설치하지 아니할 것

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 5는 저장량이 적은 옥내저장소라도 창고가 불을 밖으로 내보내지 않는 구조일 때만 안전거리 규정을 적용하지 않는다.

• 내화구조 — 벽·기둥·바닥·보·지붕을 통해 열이 전해지고 무너지는 것을 막는다.
• 자동폐쇄방식의 60분+방화문 또는 60분방화문 — 출입구라는 개구부가 화재 때 스스로 닫히게 한다.
• 창 미설치 — 유리가 깨지면서 생기는 화염 분출구를 없앤다.

세 구조를 모두 갖추고 지정수량 20배 이하(바닥면적 150 m² 이하 창고는 50배 이하)라는 수량 요건까지 맞아야 특례가 적용된다.