2015년 위험물기능장실기(필답형) 제57회 기출문제 정답·해설 페이지

(1) $2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O$

(2) 300[kg]

[해설]

(1) 연소반응식 세우기

메탄올 $CH_3OH$는 탄소 1, 수소 4, 산소 1이다. 탄소 1개는 $CO_2$ 1개, 수소 4개는 $H_2O$ 2개가 되므로 $CH_3OH + 1.5O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$이고, 계수를 정수로 만들기 위해 전체에 2를 곱한다.

$2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O$

산소 계수가 1.5가 되는 것은 메탄올이 이미 산소 원자 1개를 가지고 있기 때문이다.

(2) 이론산소량

메탄올의 분자량은 $12 + 1 \times 4 + 16 = 32$이므로

$\dfrac{200\,\mathrm{kg}}{32\,\mathrm{kg/kmol}} = 6.25\,\mathrm{kmol}$

반응식에서 $CH_3OH : O_2 = 2 : 3$이므로 필요한 산소는

$6.25 \times \dfrac{3}{2} = 9.375\,\mathrm{kmol}$

산소의 분자량은 32이므로

$9.375 \times 32 = \mathbf{300}\,\mathrm{kg}$

메탄올과 산소의 분자량이 둘 다 32라서, 결국 메탄올 질량의 1.5배가 그대로 이론산소량이 된다. 부피(표준상태)를 물었다면 $9.375 \times 22.4 = 210\,\mathrm{m^3}$가 되므로, 요구 단위가 [kg]인지 $\mathrm{m^3}$인지에 따라 답이 300과 210으로 갈린다. 발문의 단위를 반드시 확인해야 한다.

메탄올은 제4류 위험물 「알코올류」로 인화점 11[℃], 연소 시 불꽃이 거의 보이지 않아 화재 발견이 늦어지는 것이 특징이며, 독성이 있어 소량으로도 실명을 일으킨다.

① o-자일렌(ortho-) — 벤젠고리의 1,2-위치에 메틸기 2개

② m-자일렌(meta-) — 벤젠고리의 1,3-위치에 메틸기 2개

③ p-자일렌(para-) — 벤젠고리의 1,4-위치에 메틸기 2개

[해설]

자일렌의 화학식은 $\mathrm{C_6H_4(CH_3)_2}$로 세 이성질체가 모두 같다. 갈리는 것은 두 메틸기의 상대 위치뿐이므로, 답안에는 명칭과 함께 치환 위치를 분명히 밝혀야 한다.

세 이성질체 모두 제4류 위험물 제2석유류(비수용성)이며 지정수량은 1,000[L]이다. 인화점은 o-자일렌 32[℃], m-자일렌 25[℃], p-자일렌 25[℃]로 오르토체가 조금 높다.

명명법을 위치번호로 쓰면 각각 1,2-다이메틸벤젠, 1,3-다이메틸벤젠, 1,4-다이메틸벤젠이 된다.

(1) 메틸에틸케톤 $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$ — 카보닐기($\mathrm{C{=}O}$)의 한쪽에 메틸기, 다른 쪽에 에틸기가 결합한 구조

(2) 과산화벤조일 $(\mathrm{C_6H_5CO})_2\mathrm{O_2}$ — 벤조일기($\mathrm{C_6H_5CO-}$) 두 개가 과산화 결합($\mathrm{-O-O-}$)으로 이어진 구조

[해설]

메틸에틸케톤은 제4류 위험물 제1석유류(비수용성)로 지정수량 200[L], 비중 0.8, 비점 80[℃], 인화점 -7[℃], 착화점 505[℃], 연소범위 1.8~10.0[%]이다. 케톤류이므로 골격의 중심에 카보닐기가 온다는 점이 채점 포인트다.

과산화벤조일은 제5류 위험물 유기과산화물로 비중 1.33, 융점 105[℃], 착화점 80[℃]이다. 구조식에서 반드시 살려야 하는 것은 두 개의 벤조일기를 잇는 $\mathrm{-O-O-}$ 결합이다. 이 과산화 결합이 끊어지면서 라디칼이 생기기 때문에 자기반응성 물질로 분류된다.

자기반응성 물질이라 마찰·충격에 민감하므로 저장 시에는 희석제(프탈산다이메틸, 프탈산다이뷰틸 등)를 섞어 폭발 위험을 낮춘다.

① 변경허가를 받지 아니하고 제조소등의 위치·구조 또는 설비를 변경한 때

② 완공검사를 받지 아니하고 제조소등을 사용한 때

③ 위험물안전관리자를 선임하지 아니한 때

④ 대리자를 지정하지 아니한 때

⑤ 정기점검을 하지 아니한 때

[해설]

위험물안전관리법 제12조가 정한 허가취소·사용정지(6개월 이내) 사유다.

• 변경허가 없이 위치·구조·설비를 변경한 때 — 허가받은 내용과 다른 시설이 된다.
• 완공검사 없이 사용한 때 — 기준에 맞는지 확인되지 않은 시설을 가동한 것이다.
• 위험물안전관리자를 선임하지 않은 때 — 안전관리 책임자가 없는 상태다.
• 대리자를 지정하지 않은 때 — 안전관리자가 없을 때 관리 공백이 생긴다.
• 정기점검을 하지 않은 때 — 관계인의 자체 점검 의무를 어긴 것이다.

같은 조에는 수리·개조·이전 명령 위반, 정기검사 미수검, 저장·취급기준 준수명령 위반도 들어 있다. 혼동 주의: 차수별 사용정지 일수는 시행규칙 별표 2 행정처분기준을 묻는 별개 문제다.

약 16.13

[해설]

용해도는 용매 100 g에 녹는 용질의 최대 질량[g]이다. 수화물을 녹이면 결정수는 용매(물) 쪽으로 넘어가고, KNO₃만 용질이 된다.

분자량은 KNO₃ = 101, 10H₂O = 180, KNO₃·10H₂O = 281이다.
용질 = 12.6 × 101/281 = 4.529 g
결정수 = 12.6 × 180/281 = 8.071 g
용매 = 20 + 8.071 = 28.071 g
용해도 = 4.529 / 28.071 × 100 ≒ 16.13

혼동 주의: 결정수를 빼먹고 4.53/20 × 100 = 22.65로 답하는 것이 대표적인 오답이다.

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 제63조가 정한 예방규정 내용 가운데 다섯 가지다.

• 안전교육 및 훈련 — 위험물 안전에 관계된 작업 종사자가 대상이다.
• 안전순찰 — 위험물시설과 작업장을 순찰한다.
• 점검 및 정비 — 위험물시설·소방시설과 그 밖의 관련시설이 대상이다.
• 운전 또는 조작 — 위험물시설을 다루는 절차를 정한다.
• 취급작업의 기준 — 위험물을 취급하는 작업의 기준을 정한다.

이 밖에 안전관리 조직·직무, 대리자, 자체소방대 편성, 비상시 조치, 안전 기록, 도면·서류 정비도 답이 된다. 외우는 요령: 사람 → 일상관리 → 비상 → 기록 흐름으로 묶는다.

(1) $2\mathrm{K_2O_2} + 2\mathrm{CO_2} \rightarrow 2\mathrm{K_2CO_3} + \mathrm{O_2}$

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

[해설]

분자량이 110(39×2 + 16×2)인 제1류 무기과산화물은 과산화칼륨(K₂O₂)이다.

이산화탄소와 반응하면 탄산칼륨과 산소가 생기므로, CO₂ 소화기는 오히려 불을 키운다.
2K₂O₂ + 2CO₂ → 2K₂CO₃ + O₂

아세트산 같은 산과 반응하면 칼륨염(아세트산칼륨)과 과산화수소가 생긴다.
K₂O₂ + 2CH₃COOH → 2CH₃COOK + H₂O₂

함께 외울 물과의 반응은 2K₂O₂ + 2H₂O → 4KOH + O₂이다. 물과 CO₂ 모두 산소를 만들므로 마른모래로 질식소화한다.

① 저장용기를 공용하는 경우에는 방호구역 또는 방호대상물마다 선택밸브를 설치할 것

② 선택밸브는 방호구역 외의 장소에 설치할 것

③ 선택밸브에는 "선택밸브"라고 표시하고 선택이 되는 방호구역 또는 방호대상물을 표시할 것

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준이 정한 불활성가스소화설비의 선택밸브 기준이다. 선택밸브는 하나의 저장용기군으로 여러 구역을 지킬 때 약제를 불이 난 구역으로만 보내는 밸브다.

• 방호구역·방호대상물마다 설치 — 저장용기를 공용하므로 구역별로 약제 흐름을 나눠야 한다.
• 방호구역 외의 장소에 설치 — 화재 구역 안에 있으면 열·연기 때문에 조작할 수 없고 밸브가 손상될 수 있다.
• '선택밸브' 표시와 대상 구역 표시 — 여러 밸브 중에서 엉뚱한 구역으로 약제를 방출하는 실수를 막는다.

세 기준 모두 정확한 구역에 안전하게 조작해 방출한다는 목적으로 묶어 외우면 된다.

약 57.25[L]

[해설]

드라이아이스는 고체 CO₂(분자량 44)이므로, 기화한 뒤의 부피를 이상기체 상태방정식으로 구한다.

압력은 atm으로 바꾸고(100 kPa = 0.987 atm), 온도는 절대온도(273 + 30 = 303 K)로 쓴다.
V = WRT / (PM)
V = 100 × 0.08205 × 303 / (0.987 × 44)
V ≒ 57.25 L

혼동 주의: R = 8.314 kPa·L/(mol·K)를 쓰면 압력을 kPa 그대로 넣어도 같은 값이 나온다.

기밀시험과 비파괴시험을 동시에 실시하는 방법

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 8에 따라 지하저장탱크의 수압시험은 소방청장이 고시하는 기밀시험과 비파괴시험을 동시에 실시하는 방법으로 대신할 수 있다.

기밀시험은 탱크에 압력을 걸어 새는 곳이 있는지 확인한다. 비파괴시험은 초음파탐상·방사선투과 등으로 용접부와 강판의 결함을 찾는다.

누설과 재료 건전성을 함께 확인해야 수압시험과 같은 수준의 검증이 되므로, 답안에 동시에라는 조건을 반드시 적는다.

(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 지정수량 10[kg]인 것은 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬이다. 이 가운데 분자량이 114인 것이 트라이에틸알루미늄이다.

분자량 검산
(C₂H₅)₃Al = (12×2 + 1×5)×3 + 27 = 114

물과 만나면 에틸기 3개가 각각 물의 수소를 받아 에테인(C₂H₆)이 되고, 알루미늄은 Al(OH)₃가 된다.
(C₂H₅)₃Al + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3C₂H₆

위험도는 에테인의 연소범위 3.0~12.4[vol%]로 구한다.
H = (U − L) / L
H = (12.4 − 3.0) / 3.0
H ≒ 3.13

혼동 주의: 트라이에틸알루미늄 화재에는 물이나 포를 뿌리면 안 되고, 마른모래나 팽창질석으로 덮어 질식소화한다.

(1) Ⅰ형 — 고정지붕구조 탱크에 상부포주입법을 쓰는 것으로, 방출된 포가 액면 아래로 몰입되지 않도록 통계단 또는 미끄럼판 등의 설비를 갖춘 포방출구

(2) Ⅱ형 — 고정지붕구조 또는 부상덮개부착고정지붕구조 탱크에 상부포주입법을 쓰는 것으로, 포가 탱크 옆판 내면을 따라 흘러내리도록 하는 반사판과 증기 역류 저지 구조를 갖춘 포방출구

(3) 특형 — 부상지붕구조 탱크에 상부포주입법을 쓰는 것으로, 부상지붕 위의 금속제 칸막이와 탱크 옆판 사이 환상부분에 포를 주입하는 포방출구

(4) Ⅲ형 — 고정지붕구조 탱크에 저부포주입법을 쓰는 것으로, 송포관으로부터 포를 방출하는 포방출구

(5) Ⅳ형 — 고정지붕구조 탱크에 저부포주입법을 쓰는 것으로, 액면하 저부의 격납통에 수납된 특수호스가 전개되어 그 끝이 액면에 도달한 뒤 포를 방출하는 포방출구

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준은 포를 위에서 넣는 상부포주입법(Ⅰ형·Ⅱ형·특형)과 액면 아래에서 넣는 저부포주입법(Ⅲ형·Ⅳ형)으로 포방출구를 나눈다.

• Ⅰ형은 고정지붕 탱크에 쓰며, 통계단 또는 미끄럼판을 따라 포를 흘려 포가 액면 아래로 잠기지 않게 한다.
• Ⅱ형은 고정지붕 또는 부상덮개부착고정지붕 탱크에 쓰며, 반사판으로 포를 옆판 안쪽 면을 따라 흘려보내고 증기가 거꾸로 새지 않는 구조를 갖춘다.
• 특형은 부상지붕(플로팅 루프) 탱크 전용이며, 지붕 위 금속제 칸막이와 옆판 사이의 도넛 모양 환상부분에 포를 채운다.
• Ⅲ형은 고정지붕 탱크 바닥 쪽에서 송포관으로 포를 내보낸다.
• Ⅳ형은 고정지붕 탱크 바닥의 격납통에 접혀 있던 특수호스가 펼쳐져 끝이 액면에 닿은 뒤 포를 내보낸다.

혼동 주의: Ⅲ형과 Ⅳ형은 모두 저부포주입법이고 포를 보내는 수단(송포관과 특수호스)만 다르다. Ⅱ형의 부상덮개부착고정지붕은 특형의 부상지붕과 다른 구조다.

(1) $\mathrm{Fe} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{FeCl_2} + \mathrm{H_2}$

(2) $3\mathrm{Fe} + 4\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Fe_3O_4} + 4\mathrm{H_2}$

(3) $4\mathrm{Fe} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{Fe_2O_3}$

[해설]

제2류 위험물인 철분(지정수량 500[kg])은 어떤 물질과 어떤 조건에서 반응하느냐에 따라 생성물이 달라진다.

염산은 비산화성 산이라 철이 Fe²⁺까지만 산화되어 염화철(Ⅱ)과 수소가 생긴다.
Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

고온의 수증기와 반응하면 사산화삼철(Fe₃O₄)과 수소가 생긴다.
3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂

공기 중에서 산화되면(녹이 슬면) 산화철(Ⅲ)이 생긴다.
4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

혼동 주의: 수증기와 반응하면 Fe₂O₃가 아니라 Fe₃O₄가 생긴다. 이때 수소가 나오므로 철분 화재에는 물을 뿌리면 안 된다.

(1) 이동탱크저장소(탱크로리)를 주차시켜 두는 장소

(2) 화기를 취급하는 장소 또는 인근 건축물로부터 5[m] 이상(인근 건축물이 1층인 경우 3[m] 이상)의 거리 확보

(3) 벽·바닥·보·서까래 및 지붕이 내화구조 또는 불연재료로 된 건축물의 1층에 설치

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 10은 탱크를 실은 차량 자체가 저장소인 이동탱크저장소를 세워 두는 자리(상치장소)의 기준을 따로 정한다.

• 상치장소는 운행하지 않을 때 이동탱크저장소(탱크로리)를 주차해 두는 장소다.
• 옥외에서는 화기 취급 장소나 인근 건축물과 5[m] 이상 떨어뜨리고, 인근 건축물이 1층이면 3[m] 이상으로 완화된다.
• 옥내에서는 벽·바닥·보·서까래·지붕이 내화구조 또는 불연재료인 건축물의 1층에 둔다.

옥내 기준은 구조와 층수를 함께 써야 점수가 나온다. 지하층이나 2층 이상에는 둘 수 없다.

(1) $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$

(2) $\mathrm{CH_2{=}CHCN}$

[해설]

제4류 위험물은 분자량으로 물질을 특정한다. 시성식은 작용기가 드러나게 쓴다.

분자량 74인 특수인화물은 다이에틸에터로, 에틸기 두 개가 산소를 사이에 두고 붙은 에터 구조다.
(12×2 + 1×5)×2 + 16 = 74

분자량 53인 제1석유류는 아크릴로나이트릴로, 비닐기(CH₂=CH−)에 사이아노기(−CN)가 붙은 구조다.
12×3 + 1×3 + 14 = 53

혼동 주의: 분자식 C₄H₁₀O나 C₃H₃N으로 쓰면 시성식으로 인정되지 않는다.

(1) C : 정전용량[F]

(2) Q : 전기량[C]

(3) V : 방전전압[V]

[해설]

정전기 방전에너지는 축전기에 저장된 에너지 식과 같으며, 이 값이 최소착화에너지보다 크면 점화원이 된다.

• C는 정전용량[F]으로, 대전체가 전하를 얼마나 담을 수 있는지를 나타낸다.
• Q는 전기량[C]으로, 대전된 전하량을 뜻한다.
• V는 방전전압[V]으로, 방전 순간 대전체에 걸린 전압이다.

두 식은 Q = CV 관계로 이어진다.
E = ½CV² = ½(CV)V = ½QV

에너지가 전압의 제곱에 비례하므로 접지·가습처럼 전압이 쌓이지 않게 하는 것이 정전기 대책의 핵심이다.

(1) 질산칼륨

(2) $\mathrm{KNO_3}$

(3) $2\mathrm{KNO_3} \rightarrow 2\mathrm{KNO_2} + \mathrm{O_2}$

[해설]

분자량 조건이 물질을 특정해 준다. $\mathrm{KNO_3}$의 분자량은 $39 + 14 + 16 \times 3 = 101$이고, 흑색화약(질산칼륨·황·목탄의 혼합물)의 산소공급원으로 쓰이는 제1류 위험물이 바로 질산칼륨이다. 제1류 위험물 중 질산염류에 속하며 지정수량은 300[kg]이다.

질산칼륨은 약 400[℃]에서 분해하면서 산소를 내놓는다. 이때 질산염($\mathrm{NO_3^-}$)이 아질산염($\mathrm{NO_2^-}$)으로 바뀌므로 생성물은 아질산칼륨과 산소이다.

$2\mathrm{KNO_3} \rightarrow 2\mathrm{KNO_2} + \mathrm{O_2}$

산화성 고체가 위험한 이유가 이 식에 그대로 드러난다. 자신은 타지 않지만 가열되면 산소를 방출해 주위 가연물의 연소를 격렬하게 만든다.

(1) 펌프와 발포기 사이에 설치한 벤투리관의 벤투리작용과 펌프 가압수가 포소화약제 저장탱크에 가하는 압력을 함께 이용하여 약제를 흡입·혼합하는 방식

(2) 펌프와 발포기 사이에 설치한 벤투리관의 벤투리작용만으로 약제를 흡입·혼합하는 방식

[해설]

두 방식 모두 펌프와 발포기 사이에 벤투리관을 둔다. 차이는 가압수가 약제탱크를 밀어 주는 힘을 함께 쓰느냐다.

• 프레셔 프로포셔너 방식은 벤투리작용에 더해 가압수가 약제 저장탱크에 가하는 압력까지 이용해 약제를 흡입·혼합한다.
• 라인 프로포셔너 방식은 관이 좁아지는 부분의 압력강하(벤투리작용)만으로 약제를 빨아들여 혼합한다.

혼동 주의: 약제 전용 압입용 펌프로 약제를 밀어 넣는 것은 프레셔 사이드 프로포셔너 방식이다.

31.91[mL]

[해설]

섞은 뒤에도 질량은 보존되므로 질량은 그대로 더하고, 비중 0.94는 밀도 0.94 g/mL로 보고 부피로 바꾼다.

W = 10 + 20 = 30 g
V = W ÷ ρ = 30 ÷ 0.94

V ≒ 31.91 mL

알코올과 물을 섞으면 부피가 각각을 더한 값보다 줄어들기 때문에 부피를 따로 구해 더하면 안 된다.

① 이중관으로 할 것(다만, 소공이 없는 상부는 단관으로 할 수 있다)

② 재료는 금속관 또는 경질합성수지관으로 할 것

③ 관은 탱크전용실의 바닥 또는 탱크의 기초까지 닿게 할 것

④ 관의 밑부분으로부터 탱크의 중심 높이까지의 부분에는 소공이 뚫려 있을 것(지하수위가 높은 장소에서는 지하수위 높이까지의 부분에 소공이 뚫려 있을 것)

⑤ 상부는 물이 침투하지 아니하는 구조로 하고, 뚜껑은 검사 시에 쉽게 열 수 있도록 할 것

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 8에 따라 지하탱크 주위에 4개소 이상 설치하는 누설검사관은 흙 속에 박아 새어 나온 위험물을 확인하는 관이다.

• 이중관으로 하되, 소공(작은 구멍)이 없는 상부는 단관으로 할 수 있다.
• 흙의 압력과 위험물에 견디도록 재료는 금속관 또는 경질합성수지관으로 한다.
• 새어 나온 액체는 가장 낮은 곳에 고이므로 관을 탱크전용실 바닥이나 탱크 기초까지 닿게 한다.
• 소공은 관 밑부분부터 탱크 중심 높이까지 뚫되, 지하수위가 높은 곳은 지하수위 높이까지만 뚫는다.
• 빗물이 들어가지 않게 상부는 물이 침투하지 않는 구조로 하고, 뚜껑은 검사 때 쉽게 열 수 있게 한다.

혼동 주의: 설치 개소 수 4와 설치기준 항목 수 5를 헷갈리지 않는다.