[위험물 기능장] 제3류 위험물 관련문제 (1)

[위험물 기능장] 제3류 위험물 관련문제 (1)

 제3류 위험물 관련문제들은 매회차 3~4문제 정도 출제가 되고 있습니다. 문제의 내용들은 지정수량, 반응식, 취급방법, 이상기체상태방정식을 이용한 발생가스량 계산문제 등 다양한 형식으로 출제가 되고 있습니다.

 

 위험물 안전관리법 시행령 별표 1에 따른 제3류 위험물(자연발화성 물질 및 금수성 물질)의 분류는 다음과 같습니다.

위험물			지정수량	위험등급
유별	성질	품명
제3류	자연발화성 물질 및 금수성 물질	1. 칼륨	10 kg	I
		2. 나트륨
		3. 알킬알루미늄
		4. 알킬리튬
		5. 황린	20 kg
		6. 알칼리금속 (칼륨 및 나트륨 제외) 및 알칼리토금속	50 kg	II
		7. 유기금속화합물 (알킬알루미늄 및 알킬리튬 제외)
		8. 금속의 수소화물	300 kg	III
		9. 금속의 인화물
		10. 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물
		11. 그 밖에 총리령으로 정하는 것 12.	10/20/50/300 kg	I / II / III

 

▣ 제3류 위험물 특성

 

제3류 위험물 (자연발화성 물질 및 금수성 물질)
공통특성	- 공기중에 노출되거나 물(수분)과 접촉하는 경우 직접적인 발화위험이 있다. - 황린과 같이 자연발화성 (공기중 발화 위험성)만을 가지고 있는 물품, 알칼리금속과 같이 금수성(물과 접촉시 발화하거나 가연성/유독성 가스를 발생하는 위험성)만을 가진 물품이 있으나 자연발화성과 금수성의 위험성을 모두 갖는 물질이 많음.
저장 및 취급	- 금수성물질은 용기의 파손과 부식을 막고 수분의 접촉을 방지한다. - 금수성물질은 물과 접촉하여 가연성 가스를 발생시키므로 화기로부터 멀리함. - 보호액속에 위험물을 저장할 경우 위험물이 보호액 표면에 노출되지 않게 한다. - 다량을 저장할 경우는 소분하여 차가운 곳에 저장한다. - 자연발화성 물품은 공기와의 접촉을 피한다. (황린은 물속에 저장)
소화방법	- 금수성물질의 소화에는 탄산수소염류 등을 이용한 분말소화약제 등 금수성 위험물에 적응성이 있는 분말소화약제를 이용. - 자연발화성만 가진 위험물(황린)의 소화에는 물 또는 강화액포와 같은 물계통의 소화제를 사용하는 것이 가능하며 마른모래, 팽창질석, 팽창진주암은 제3류 위험물 전체의 소화에 사용 가능.

 

▣ 관련문제

문제 1. 칼륨 50 kg, 인화칼슘 6,000 kg을 저장하고자 할 때 필요한 마른모래는 몇 ℓ 인가?

 

풀이 및 답

이 문제를 풀기 위해서는 소요단위와 능력단위의 개념을 알고 있어야 합니다.

1) 소요단위 - 소화설비의 설치대상이 되는 건축물 그 밖의 공작물의 규모 또는 위험물 양의 기준단위.
2) 능력단위 - 소요단위에 대응하는 소화설비의 소화능력의 기준단위.

 즉, 건축물 규모 또는 위험물의 양을 계산한 소요단위가 1이라면 소화설비 또한 1능력단위만큼의 소화설비가 설치되어야 한다는 의미입니다.

 소요단위를 계산하는 방법은 1) 건축물 규모, 2) 옥외 공작물 규모, 3) 위험물의 양에 따라 계산 방법을 구분합니다.

구분				소요단위 계산
건축물	제조소/취급소	외벽구조	내화	연면적 100m2 당 1 소요단위
			기타	연면적 50m2 당 1 소요단위
	저장소	외벽구조	내화	연면적 150m2 당 1 소요단위
			기타	연면적 75m2 당 1 소요단위
옥외 공작물	제조소/취급소 (최대수평투영면적을 연면적으로 간주)			연면적 100m2 당 1 소요단위
	저장소 (최대수평투영면적을 연면적으로 간주)			연면적 150m2 당 1 소요단위
위험물	지정수량 배수 별			지정수량 10배 당 1소요단위

문제에서 주어진 정보는 위험물 (칼륨, 인화칼슘)의 양이므로 지정수량 배수를 따져 소요단위를 결정합니다.

㉮ 칼륨 지정수량 = 10 kg

㉯ 인화칼슘 지정수량 = 300 kg (인화칼슘의 품명은 금속의 인화물)

 

▷▶ 소요단위 계산 ◀◁

칼륨 50kg와 인화칼슘 6,000kg을 저장하는 장소는 소요단위가 2.5이므로 능력단위 2.5만큼의 소화설비가 필요합니다.

문제에서 주어진 정보 중 소화설비는 마른모래이므로 마른모래의 능력단위를 기준으로 소요량을 계산하면 되겠습니다.

 

위험물 안전관리법 시행규칙 별표 17의 소화설비 설치기준에 따라 기타 소화설비의 능력단위는 다음 표와 같습니다.

소화설비	용량	능력단위
소화전용 물통	8 [ℓ]	0.3
수조(소화전용 물통 3개 포함)	80 [ℓ]	1.5
수조(소화전용 물통 6개 포함)	190 [ℓ]	2.5
마른모래(삽 1개 포함)	50 [ℓ]	0.5
팽창질석 또는 팽창진주암(삽 1개 포함)	160 [ℓ]	1.0

위의 표에서 마른모래는 50 ℓ당 0.5의 능력단위를 갖고 있으므로 2.5 능력단위를 충족하기 위해선

(2.5/0.5)*50 ℓ = 250 ℓ

즉 250ℓ의 마른모래(삽 1개 포함)를 구비하면 되겠습니다.

 

 

문제 2. 제3류 위험물로서 비중은 0.86이고 은백색의 무른 경금속으로 보라색 불꽃을 내면서 연소하는 위험물에 대하여 다음 물음에 답하시오.

㉮ 지정수량

㉯ 연소반응식

㉰ 물과의 반응식

 

풀이 및 답

문제에서 주어진 정보 '제3류 위험물', '은백색 무른 경금속', '보라색 불꽃'으로 해당 위험물이 칼륨(Potassium)임을 알 수 있습니다. 

 

① 칼륨의 물성

화학식	지정수량	원자량	비점	녹는점	비중	불꽃색상
K	10 kg	39	760 ℃	63.5 ℃	0.86	보라색

② 칼륨의 특성

• 은백색의 광택이 있는 무른 경금속.
• 등유, 경유, 유동파라핀 등의 보호액 속에 저장. → 물, 수분과의 접촉 차단.
• 이온화경향이 크다. → 산화되기가 쉽다. → 연소되기 쉽다.

③ 반응식

• 연소반응                  4K + O₂ → 2K₂O
• 물과 반응                 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂
• 이산화탄소와 반응  4K + 3CO₂ → 2K₂CO₃ + C
• 알코올과 반응         2K + 2C₂H₅OH → 2C₂H₅OK + H₂
• 초산과 반응             2K + 2CH₃COOH → 2CH₃COOK + H₂

그러므로 답은

㉮ 지정수량: 10 kg

㉯ 연소반응식: 4K + O₂ → 2K₂O

③ 물과의 반응식: 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂

 

 

문제 3. 분자량 144인 인화폭발 위험이 있는 제3류 위험물이다. 물과 반응하여 가연성인 메탄가스를 생성하는 물질의 화학식과 물과의 화학반응식을 쓰시오.

 

풀이 및 답

문제에서 주어진 정보는 '제3류 위험물', '분자량 144', '물과 반응하여 메탄가스(CH₄) 생성' 입니다.

제3류 위험물에서 물과 반응하여 메탄가스(CH₄)를 발생시키는 물질은 대표적으로 트리메틸알루미늄 [(CH₃)₃Al] 또는 탄화알루미늄 [Al₄C₃] 입니다.

 

참고로 각 물질이 속하는 품명은

1) 트리메틸알루미늄: 알킬알루미늄 [지정수량 10 kg]

2) 탄화알루미늄: 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물 [지정수량 300 kg]

입니다.

 

각 위험물질의 분자량은 [각 원자량 C: 12, H: 1, Al: 27]

• 트리메틸알루미늄 [(CH₃)₃Al] → {(12+1*3)}*3+27 = 72
• 탄화알루미늄 [Al₄C₃] → (27*4)+(12*3) = 144

즉 문제에서 주어진 정보로 분자량이 144인 해당 위험물질은 탄화알루미늄 [Al₄C₃]이라는 것을 알 수 있습니다.

 

탄화알루미늄 [Al₄C₃] 과 물의 반응식은 다음과 같습니다.

Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄↑ 

 

그러므로 답은,

① 화학식: Al₄C₃

② 물과 반응식: Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄↑