제133회 소방기술사 4교시 참고답안
※ 본 답안은 수험생의 이해를 돕기 위한 참고용 예시 답안이며, 채점 기준과 다를 수 있습니다. (총 6문제 중 4문제 선택)
문제 1. 건물화재모델(Compartment Fire Model)에서 다음 사항을 설명하시오.
1. 개요
건물화재모델은 구획실(Compartment) 내에서 화재가 발생했을 때 열, 연기, 가스 등의 거동과 그 영향을 예측하기 위한 수학적, 공학적 도구입니다. 이는 성능위주설계(PBD), 화재조사, 안전대책 수립 등에 활용되며, 모델의 복잡성과 정밀도에 따라 존모델, 필드모델 등으로 구분됩니다.
1) 존모델 (Zone Model)
- 개념: 구획실 내부를 크게 2개의 영역(Zone), 즉 상부의 뜨거운 연기층(Hot Upper Layer)과 하부의 비교적 차가운 공기층(Cool Lower Layer)으로 단순화하여 가정하는 모델입니다.
- 원리: 각 영역 내부는 온도와 농도가 균일(Uniform)하다고 가정하고, 두 영역 사이의 질량 및 에너지 보존 법칙(Mass and Energy Conservation Equations)을 기반으로 연기층의 높이, 온도, 농도 변화를 계산합니다.
- 특징:
- 장점: 계산이 비교적 간단하고 빨라 초기 설계 단계나 개략적인 예측에 유용합니다. (예: CFAST)
- 단점: 공간 내 상세한 온도/유동 분포를 예측하기 어렵고, 복잡한 형상의 공간이나 개방된 공간에는 정확도가 떨어집니다.
2) 필드모델 (Field Model)
- 개념: 구획실 내부 공간을 수많은 작은 격자(Grid Cell)로 나누고, 각 격자마다 질량, 운동량, 에너지 보존에 관한 기본 미분방정식(Navier-Stokes Equations)을 수치적으로 풀어 공간 전체의 온도, 속도, 압력, 화학종 농도 분포를 상세하게 계산하는 모델입니다. CFD(Computational Fluid Dynamics, 전산유체역학) 모델이라고도 합니다.
- 원리: 유한차분법(FDM), 유한체적법(FVM) 등의 수치해석 기법을 사용합니다.
- 특징:
- 장점: 공간 내 상세하고 복잡한 유동 및 열전달 현상을 매우 정밀하게 예측할 수 있습니다. 복잡한 형상, 대공간, 외부 바람 영향 등 다양한 조건 모사가 가능합니다. (예: FDS)
- 단점: 계산량이 방대하여 고성능 컴퓨터와 많은 계산 시간이 필요하며, 입력 변수 설정 및 결과 해석에 전문성이 요구됩니다.
[Zone Model vs Field Model 비교]
| 구분 | 존모델 | 필드모델 |
|---|---|---|
| 공간분할 | 2개 영역 (상/하층) | 다수 격자 (Grid) |
| 기본방정식 | 질량/에너지 보존식 | Navier-Stokes 방정식 |
| 계산속도 | 빠름 | 느림 |
| 정밀도 | 낮음 (개략적) | 높음 (상세) |
| 주요 프로그램 | CFAST | FDS |
3) 화재감지모델 (Detector Response Model)
- 개념: 화재 시뮬레이션(존모델 또는 필드모델) 결과(특정 위치의 온도, 연기농도, 유속)를 바탕으로, 해당 위치에 설치된 화재감지기(열, 연기)가 언제 작동(응답)할 것인가를 예측하는 모델입니다.
- 원리:
- 열 감지기: 감지기 주변 대류 열전달과 감지부(열 요소)의 열 용량을 고려하여 감지부 온도가 설정 온도(정온식) 또는 온도 상승률(차동식)에 도달하는 시간을 계산합니다. (RTI, C Factor 사용)
- 연기 감지기: 감지기 주변 연기 농도(Obscuration, %/ft 또는 %/m)가 감지기의 설정 감도(농도)에 도달하는 시간을 계산합니다.
- 활용: ASET/RSET 분석에서 감지시간(t_det)을 산정하고, 감지기 설치 위치 및 종류의 적정성을 평가하는 데 사용됩니다.
4) 피난모델 (Egress Model)
- 개념: 화재 시 건물 내 재실자들이 피난 경로(복도, 계단, 출구)를 통해 안전한 장소까지 대피하는 과정을 시뮬레이션하는 모델입니다. 이를 통해 총 피난 시간, 병목 현상 발생 지점, 피난 경로의 적정성 등을 평가합니다.
- 원리: 재실자 개개인(Agent-Based Model) 또는 그룹(Flow-Based Model)의 이동 속도, 경로 선택, 출구 통과율 등을 수학적 알고리즘으로 모사합니다.
- 주요 입력 변수: 건물 구조(CAD 도면), 재실자 수 및 분포, 재실자 특성(보행 속도), 피난 개시 시간(Pre-movement Time), 출구 폭 및 유량 계수 등.
- 활용: ASET/RSET 분석에서 피난요구시간(RSET)을 산정하고, 피난 계획(경로, 출구 용량 등)의 안전성을 검증하는 데 사용됩니다. (예: Pathfinder, Simulex, Exodus)
5) 내화모델 (Fire Endurance Model)
- 개념: 화재 시뮬레이션 결과(구획실 온도, 열 유속)를 바탕으로, 건축 구조 부재(기둥, 보, 벽체, 바닥 등)가 얼마나 오랫동안 구조적 안정성(지지력, 차염성, 차열성)을 유지할 수 있는지, 즉 내화 성능(Fire Resistance)을 예측하는 모델입니다.
- 원리: 부재 내부의 온도 분포 및 열 응력(Thermal Stress) 변화를 유한요소해석(FEM, Finite Element Method) 등 구조 해석 기법을 통해 계산합니다.
- 활용: 성능 기반 내화 설계를 통해 부재별 요구 내화 시간을 합리적으로 결정하거나, 특정 화재 시나리오에서 건물의 붕괴 위험성을 평가하는 데 사용됩니다.
문제 2. 「피난기구의 화재안전기술기준(NFTC 301)」의 설치장소별 적응성 있는 피난기구를 모두 기술하고, 「다수인피난장비의 성능인증 및 제품검사의 기술기준」의 피난장비의 일반구조 기준을 설명하시오.
1. 설치장소별 적응성 있는 피난기구 (NFTC 301 [별표 1])
「NFTC 301」에서는 특정소방대상물의 층별로 설치해야 하는 피난기구의 종류를 규정하고 있습니다. (설치 개수는 바닥면적 기준)
| 층 | 설치 장소별 피난기구의 적응성 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 노유자시설 (피난층 제외) |
의료시설, 근생 중 입원실 (피난층 제외) |
다중이용업소 (4층 이하) |
공동주택 (아파트 제외) |
오피스텔 | 그 외의 것 (일반 건물) |
|||||
| 지하층 | 피난용트랩 (방사선취급 등 특수 시, 일반은 제외) | |||||||||
| 1층 | (피난층이므로 원칙적 제외) | |||||||||
| 2층 | 미끄럼대, 구조대, 피난교, 다수인피난장비, 승강식피난기 | 미끄럼대, 구조대, 피난교, 다수인피난장비, 승강식피난기 | 미끄럼대, 구조대, 피난교, 피난사다리, 완강기, 다수인피난장비, 승강식피난기 | 미끄럼대, 구조대, 피난교, 피난사다리, 완강기, 다수인피난장비, 승강식피난기 | (규정 없음, 설치 제외) | 미끄럼대, 구조대, 피난교, 피난사다리, 완강기, 다수인피난장비, 승강식피난기 | ||||
| 3층 | 미끄럼대, 구조대, 피난교, 다수인피난장비, 승강식피난기 | 구조대, 피난교, 다수인피난장비, 승강식피난기 | 미끄럼대, 구조대, 피난교, 피난사다리, 완강기, 다수인피난장비, 승강식피난기 | 미끄럼대, 구조대, 피난교, 피난사다리, 완강기, 다수인피난장비, 승강식피난기 | 미끄럼대, 피난사다리, 완강기, 다수인피난장비, 승강식피난기 | 미끄럼대, 구조대, 피난교, 피난사다리, 완강기, 다수인피난장비, 승강식피난기 | ||||
| 4층~10층 | (해당 용도 없음) | 구조대, 피난교, 다수인피난장비, 승강식피난기 | (4층 이하만 해당) | 피난사다리, 구조대, 완강기, 다수인피난장비, 승강식피난기 | 피난사다리, 완강기, 다수인피난장비, 승강식피난기 | 피난사다리, 구조대, 완강기, 다수인피난장비, 승강식피난기 | ||||
※ 공기안전매트는 위 표와 별도로 아파트 발코니 등 추락 위험 방지 조치가 없는 곳에 설치할 수 있습니다.
※ 완강기는 숙박시설 3층 이상, 공동주택/오피스텔 등 특정 조건에서 간이완강기 설치 가능.
※ 피난기구 종류: 미끄럼대, 피난사다리, 구조대, 완강기, 간이완강기, 공기안전매트, 다수인피난장비, 승강식피난기, 피난교, 피난용트랩.
2. 다수인피난장비의 일반구조 기준 (KFI 기준)
다수인피난장비는 화재 시 2명 이상의 피난자가 동시에 지상 또는 피난층으로 하강하거나 이동할 수 있는 장비입니다. 「다수인피난장비의 성능인증 및 제품검사의 기술기준」에 따른 일반적인 구조 기준은 다음과 같습니다.
| 구조 부분 | 주요 기준 |
|---|---|
| 주요 재료 | - 주요 부품(지지대, 하강부 등)은 내식성 재료(스테인리스강 등) 또는 방청 처리된 재료 사용. - 탑승부(포대, 발판 등)는 난연성능이 있는 재료 사용. |
| 하강 속도 | - 탑승자의 체중 변화에도 불구하고 일정한 하강 속도(약 1m/s 이하)를 유지할 수 있는 속도 조절 장치(원심 브레이크 등)를 갖출 것. |
| 안전성 | - 하강 중 흔들림, 뒤틀림이 적고 안정적이어야 함. - 로프, 벨트 등은 충분한 인장 강도 및 내마모성을 가질 것. - 사용자가 안전하게 탑승하고 하강할 수 있는 구조 (안전벨트, 손잡이 등). |
| 설치 및 보관 | - 벽체 등에 견고하게 부착될 수 있는 지지대 또는 격납함 구조. - 평상시에는 콤팩트하게 보관되고, 사용 시 신속하고 용이하게 전개될 수 있어야 함. |
| 표시 | - 제조사명, 모델명, 제조번호, 사용 가능 층수 범위, 최대 사용 하중, 사용 방법 등을 명확하게 표시. |
| 내구성 | - 반복 사용 및 환경 변화(온/습도)에 따른 성능 저하가 없어야 함. (반복 하강 시험, 환경 시험 등) |
문제 3. 도로터널에 관하여 다음 내용을 설명하시오.
1. 개요
도로터널은 폐쇄된 공간 특성상 화재 발생 시 연기 축적, 고온 환경, 피난 경로 제한, 소방대 접근 곤란 등 매우 위험한 상황이 초래될 수 있습니다. 따라서 터널의 길이, 구조, 교통량 등을 고려하여 방재 등급을 분류하고, 그에 맞는 소방시설 및 관리 기준을 적용합니다. (근거: 국토교통부 「도로터널 방재시설 설치 및 관리지침」)
1) 터널 연장등급 및 방재등급별 기준
(1) 터널 연장 등급 (길이 기준)
| 등급 | 터널 길이 (L, m) |
|---|---|
| 초장대터널 | L ≥ 3,000 |
| 장대터널 | 1,000 ≤ L < 3,000 |
| 중터널 | 500 ≤ L < 1,000 |
| 단터널 | L < 500 |
(2) 터널 방재 등급 (위험도 기준)
터널의 연장 등급과 '위험도 지수(R)'를 조합하여 1등급부터 4등급까지 방재 등급을 결정합니다. 위험도 지수(R)는 터널 길이, 경사, 곡선반경, 교통량(특히 위험물 차량), 환기 방식 등을 고려하여 산출합니다.
| 방재 등급 | 결정 기준 (연장 등급 + 위험도 지수) | 주요 방재 시설 수준 |
|---|---|---|
| 1등급 | 초장대터널 또는 장대터널 중 R ≥ R₁ | 최고 수준 (예: 물분무, 제연설비(횡류/종류), 비상연결통로 등) |
| 2등급 | 장대터널 중 R < R₁ 또는 중터널 중 R ≥ R₂ | 높은 수준 (예: 옥내소화전, 제연설비(종류) 등) |
| 3등급 | 중터널 중 R < R₂ 또는 단터널 중 R ≥ R₃ | 보통 수준 (예: 연결송수관, 비상경보설비 등) |
| 4등급 | 단터널 중 R < R₃ | 기본 수준 (예: 소화기, 비상조명등 등) |
※ R₁, R₂, R₃는 지침에서 정하는 위험도 지수 기준값입니다.
2) 터널 내 임계풍속, 터널경사 보정계수
(1) 임계풍속 (Critical Velocity, Vc)
- 개념: 터널 화재 시 발생하는 연기가 화재 지점으로부터 상류(차량 진행 반대 방향)로 역류(Back-layering)하는 것을 막을 수 있는 최소한의 공기 유동 속도(풍속)입니다.
- 목적: 제연설비(주로 종류식 제트팬) 설계 시, 임계풍속 이상의 풍속을 형성하여 연기를 터널 출구 방향(하류)으로만 제어함으로써, 상류 측 피난 경로의 안전성을 확보하는 것이 목표입니다.
- 영향 요소: 화재 강도(HRR), 터널 단면적, 터널 높이, 터널 경사 등에 따라 달라집니다. (일반적으로 2.5 ~ 3.5 m/s 내외)
- 산정식 (Kennedy 식 등): Vc = K₁ × K_g × (g × H × Q / (ρ × C_p × T × A))^(1/3)
(2) 터널경사 보정계수 (Grade Correction Factor, K_g)
- 개념: 터널의 경사(Grade)는 연기의 부력(Buoyancy) 흐름에 영향을 주어 임계풍속을 변화시킵니다. 터널경사 보정계수는 이러한 경사 효과를 반영하기 위한 계수입니다.
- 영향:
- 상향 경사 (Uphill): 연기 흐름이 촉진되므로 역류를 막기 위해 더 높은 풍속이 필요합니다. (K_g > 1.0)
- 하향 경사 (Downhill): 연기 흐름이 억제되므로 상대적으로 낮은 풍속으로도 역류를 막을 수 있습니다. (K_g < 1.0)
- 활용: 임계풍속 산정식에 K_g 값을 곱하여 경사 효과를 보정합니다. (K_g 값은 터널 경사도에 따라 지침에 제시됨)
3) 터널 위험도지수(R) 산정 시 고려해야 할 잠재적인 위험인자 6가지
「도로터널 방재시설 설치 및 관리지침」에서 제시하는 위험도 지수 산정 시 고려되는 주요 인자는 다음과 같습니다. (6가지 이상 제시)
- 터널 연장 (Length): 길수록 화재 규모 증가 및 피난/구조 어려움 가중. (가장 중요한 인자)
- 종단 경사 (Grade): 경사가 급할수록 연기 확산 속도 및 임계풍속 증가, 차량 고장/사고 위험 증가.
- 평면 선형 (Alignment / Curvature): 곡선 반경이 작을수록 시야 확보 불량, 사고 위험 증가.
- 교통량 (Traffic Volume): 일 평균 교통량(ADT)이 많을수록 사고 발생 확률 및 피해 규모 증가.
- 위험물 차량 비율 (Dangerous Goods Vehicle Ratio): 위험물 운반 차량의 통행 비율이 높을수록 대형 화재/폭발 위험 급증.
- 환기 방식 (Ventilation System): 자연 환기 방식은 연기 제어가 어려워 위험도 증가. (기계 환기(횡류/반횡류/종류) 방식 비교)
- 터널 내 기하 구조 (Geometry): 단면적, 높이, 차로 수 등.
- 주변 환경 (Environment): 결빙, 강설 등 기상 조건, 터널 입출구 접속 도로 조건.
문제 4. 다음의 조건을 보고 표시등과 경종의 부하전류, 전압강하, 경종의 작동상태를 판단하고 문제가 있는 경우 대책을 설명하시오.
1. 조건 분석
- 건물 규모: 지하 1층, 지상 6층 (총 7개 층)
- 각 층 바닥면적: 900 m² (참고용)
- 회로 구성: 각 층 2회로, 전층 경보방식
- 사용 전선: HFIX 2.5 mm², 90°C
- 부하: 경종 50mA/개, 표시등 30mA/개 (각 층 2개씩 설치 가정)
- 수신기 ~ 최원거리 부하(6층) 거리: 400 m
- 수신기 정격 전압: 24 V
- 기타 부하: 무시
2. 부하 전류 계산
전층 경보방식이므로 화재 시 모든 층(7개 층)의 경종과 표시등이 동시에 작동합니다.
- 각 층 부하 전류 (I_floor):
- 경종: 50 mA × 2개 = 100 mA
- 표시등: 30 mA × 2개 = 60 mA
- 합계: 100 mA + 60 mA = 160 mA = 0.16 A
- 총 부하 전류 (I_total):
- I_total = 각 층 부하 전류 × 총 층수
- I_total = 0.16 A/층 × 7개 층 = 1.12 A
답: 총 부하전류는 1.12 A 입니다.
3. 전압 강하 계산
전압 강하(VD)는 전선 자체의 저항으로 인해 발생하는 전압 손실입니다. 단상 2선식의 전압강하 공식(근사식)을 사용합니다.
※ HFIX 2.5mm² 전선의 저항(R)은 KEC 등에서 찾아야 하나, 여기서는 일반적인 값인 약 7.41 Ω/km (at 20°C) 또는 계산 편의상 다른 값을 가정할 수 있습니다. 여기서는 7.41 Ω/km를 기준으로 계산합니다. (단, 실제 시험에서는 값이 주어지거나 다른 공식 사용 유도 가능)
전선 저항 (R): 7.41 Ω/km = 0.00741 Ω/m
전압강하 공식 (단상 2선식):
여기서는 저항값을 이용한 VD = 2 × I × R × L 공식을 사용합니다.
- I: 총 부하 전류 = 1.12 A
- R: 전선 단위길이당 저항 = 0.00741 Ω/m
- L: 배선 거리 = 400 m
VD ≈ 6.64 V
답: 전압강하는 약 6.64 V 입니다.
4. 경종의 작동 상태 판단
- 수신기 정격 전압 (Vs) = 24 V
- 전압 강하 (VD) = 6.64 V
- 최원거리 부하(경종)에 인가되는 전압 (Vr):
- Vr = Vs - VD = 24 V - 6.64 V = 17.36 V
- 경종의 정격 전압: 일반적으로 DC 24V용 경종 사용.
- 경종의 작동 전압 범위: 형식승인 기준 등에 따르면, 경종은 정격전압의 80% 이상에서 정상적으로 작동해야 합니다.
- 최소 작동 전압 = 24 V × 0.8 = 19.2 V
- 판단:
- 최원거리 경종에 인가되는 전압(17.36 V)이 최소 작동 전압(19.2 V)보다 낮습니다.
- 따라서, 최원거리(6층)의 경종은 정상적으로 작동하지 않거나(소리가 작거나 울리지 않음), 오작동할 가능성이 높습니다.
답: 최원거리 경종은 정상 작동하지 않을 가능성이 높습니다.
5. 문제가 있는 경우 대책
전압 강하가 과도하여 경종 작동 전압 미달 문제가 발생하였으므로, 다음과 같은 대책이 필요합니다.
- 전선 굵기(단면적) 증가 (가장 일반적):
- 현재 2.5 mm²보다 더 굵은 전선(예: 4 mm², 6 mm²)을 사용하여 전선의 저항(R) 값을 낮춥니다.
- 예시: 4 mm² (약 4.61 Ω/km) 사용 시 VD ≈ 4.13 V → Vr ≈ 19.87 V (> 19.2 V) - 정상 작동 가능
- 전원 공급 방식 변경:
- 수신기에서 각 층 또는 일정 구역별로 전원을 분기하여 공급(Loop 방식 대신 Star 방식 등)하여 배선 거리(L)를 단축시킵니다.
- 각 층 또는 구역별로 별도의 전원 공급 장치(Power Supply Unit) 또는 중계기(전원 내장형)를 설치합니다.
- 부하 저감:
- 소비 전력이 낮은(Low Current) 경종이나 표시등으로 교체하여 총 부하 전류(I)를 줄입니다.
- 수신기 전압 조정 (제한적):
- 수신기 자체의 출력 전압을 약간 높일 수 있다면(제조사 확인 필요) 조정하여 전압 강하를 보상합니다. (단, 과전압 문제 유의)
문제 5. 단열재와 관련된 다음 사항을 설명하시오.
1) 열전도율과 단열성
- 열전도율 (Thermal Conductivity, λ): 물질 고유의 특성으로, 단위 두께(1m)의 재료 양단에 1K(1°C)의 온도 차이가 있을 때, 단위 면적(1m²)을 통해 단위 시간(1s)당 전달되는 열량(W 또는 J)을 의미합니다. (단위: W/m·K)
- 단열성 (Thermal Insulation): 열의 이동(전도, 대류, 복사)을 차단하거나 지연시키는 성능을 의미합니다.
- 관계: 단열성은 열전도율에 반비례합니다. 즉, 열전도율(λ)이 낮을수록 열을 잘 전달하지 못하므로 단열 성능이 우수합니다. 단열재는 낮은 열전도율 값을 갖는 재료를 의미합니다.
2) 단열성에 영향을 미치는 요인
단열재의 단열 성능(열전도율)은 다음과 같은 요인에 영향을 받습니다.
- 재료의 종류 및 구조:
- 고유 물성: 재료 자체의 분자 구조, 결합 상태.
- 내부 공극(Porosity): 재료 내부에 미세한 공기(기체) 방울이나 섬유 사이 공간이 많을수록 열전도율이 낮아집니다. (정지 공기의 열전도율이 매우 낮기 때문)
- 밀도 (Density): 일반적으로 밀도가 너무 낮으면 대류, 너무 높으면 전도에 의해 열전도율이 증가하므로 최적 밀도 범위가 존재합니다.
- 온도 (Temperature): 온도가 상승하면 분자 운동이 활발해져 전도 및 복사에 의한 열전달이 증가하므로, 대부분의 단열재는 고온에서 열전도율이 약간 높아집니다.
- 습도 (Moisture Content): 가장 큰 영향 요인 중 하나. 단열재가 수분을 흡수하면, 물의 높은 열전도율(공기의 약 20배 이상) 때문에 단열 성능이 급격히 저하됩니다.
- 시공 상태: 단열재 이음새 부분의 틈새(열교, Thermal Bridge), 단열재 압축, 방습층 손상 등 시공 불량은 단열 성능을 크게 저하시킵니다.
3) 단열재의 종류
단열재는 주 원료 및 형태에 따라 다양하게 분류됩니다.
| 분류 (원료) | 형태 | 주요 종류 | 특징 (장점 / 단점) |
|---|---|---|---|
| 무기질 단열재 (Inorganic) | 섬유상 | 유리섬유 (Glass Wool) 암면 (Mineral Wool / Rock Wool) |
- 불연성 (화재 안전성 우수) - 흡음 성능 양호 / 흡습성 높음 (방습 처리 필요), 피부 자극 |
| 다공질 | 규산칼슘 (Calcium Silicate) 펄라이트 (Perlite) |
- 불연성, 내열성 우수 - 경량 / 흡습성, 상대적으로 낮은 단열성 |
|
| 포말상 | 발포유리 (Foamed Glass / Cellular Glass) | - 완전 불연, 방수/방습성 우수 - 압축 강도 높음 / 고가, 가공 어려움 |
|
| 유기질 단열재 (Organic) | 발포 플라스틱 | 발포 폴리스티렌 (EPS / XPS) (스티로폼) | - 저렴, 경량, 시공성 우수 - 방습성 양호 (특히 XPS) / 가연성 (화재 취약, 난연 처리 필수), 내열성 낮음 |
| 경질 폴리우레탄 폼 (PUR / PIR) | - 단열 성능 매우 우수 (λ 낮음) - 자기소화성 (PIR) / 가연성, 고가, 자외선 취약 |
||
| 페놀폼 (Phenolic Foam) | - 단열 성능 우수, 준불연 성능 확보 가능 - 내열성 양호 / 고가, 부스러짐 발생 가능 |
||
| 기타 | - | 진공단열재 (VIP) 에어로겔 (Aerogel) |
- 초고성능 단열 (λ 매우 낮음) / 매우 고가, 취급 주의 필요 |
문제 6. 제5류 위험물의 성질, 품명, 지정수량을 기술하고 유기과산화물의 특성 및 사용 시 주의사항에 대하여 설명하시오.
1. 제5류 위험물의 성질, 품명, 지정수량
「위험물안전관리법 시행령」 [별표 1]에 따른 제5류 위험물의 정보는 다음과 같습니다.
| 유별 | 성질 | 품명 | 위험등급 | 지정수량 |
|---|---|---|---|---|
| 제5류 | 자기반응성 물질 (Self-reactive Substances) - 가연성 O - 산소 공급원 O (분자 내) - 가열, 충격, 마찰에 극히 민감 - 폭발 위험성 큼 |
1. 유기과산화물 (Organic peroxides) | I 등급 | 10 kg |
| 2. 질산에스테르류 (Nitrate esters) | I 등급 | 10 kg | ||
| 3. 니트로화합물 (Nitro compounds) | II 등급 | 200 kg | ||
| 4. 니트로소화합물 (Nitroso compounds) | II 등급 | 200 kg | ||
| 5. 아조화합물 (Azo compounds) | II 등급 | 200 kg | ||
| 6. 디아조화합물 (Diazo compounds) | II 등급 | 200 kg | ||
| 7. 히드라진 유도체 (Hydrazine derivatives) | II 등급 | 200 kg | ||
| 8. 히드록실아민 (Hydroxylamine) | II 등급 | 100 kg | ||
| 9. 히드록실아민 염류 (Hydroxylamine salts) | II 등급 | 100 kg | ||
| 10. 그 밖에 행정안전부령으로 정하는 것 (금속의 아지화합물, 질산구아니딘) |
II 등급 | 200 kg |
※ 성질 요약: 제5류 위험물은 분자 내에 가연물 부분(C, H)과 산소 공급원 부분(-O-O-, -NO₂, -N=N- 등)을 함께 가지고 있어, 외부 산소 공급 없이도 스스로 연소(자기 연소)하거나 폭발할 수 있는 매우 불안정한 물질입니다.
2. 유기과산화물(Organic Peroxides)의 특성
유기과산화물은 과산화수소(H₂O₂)의 수소(H) 원자 일부 또는 전부가 유기기(R)로 치환된 형태(R-O-O-R', R-O-O-H)의 화합물입니다. (예: 과산화벤조일, MEKP)
- 구조적 불안정성: 분자 내에 약한 산소-산소(-O-O-) 결합을 가지고 있어, 매우 적은 에너지(열, 충격, 마찰, 빛)에도 쉽게 분해됩니다.
- 강한 산화력 및 가연성: 분해 시 강력한 산화제 역할을 하는 동시에, 유기기(R) 부분은 가연물 역할을 하여 격렬하게 연소하거나 폭발합니다.
- 자기 반응성 / 폭발성: 외부 점화원 없이 가열만으로도 분해가 시작되고(SADT: 자기 가속 분해 온도), 이 분해열이 축적되면 반응이 가속되어 폭발에 이를 수 있습니다.
- 높은 민감도: 충격, 마찰, 다른 화학물질(특히 금속, 산, 염기)과의 접촉에 매우 민감하게 반응하여 분해/폭발할 수 있습니다.
3. 유기과산화물 사용 시 주의사항
매우 위험한 물질이므로 취급 및 보관 시 각별한 주의가 필요합니다.
- 온도 관리 (냉장/냉동 보관): SADT 이하의 낮은 온도로 유지해야 합니다. 온도 상승 시 폭발 위험이 급증하므로 냉장/냉동 보관하고, 온도 모니터링 및 경보 시스템을 갖춰야 합니다.
- 충격 및 마찰 방지: 용기를 떨어뜨리거나 던지는 등 충격을 주지 말고, 마찰이 발생하지 않도록 부드럽게 취급해야 합니다. (전용 공구 사용)
- 혼합 금지 (격리 보관): 가연물, 산, 염기, 금속 분말 등 다른 화학물질과 접촉 시 분해/폭발할 수 있으므로 반드시 분리하여 보관합니다.
- 소분 금지 (밀봉 유지): 원래의 포장 용기 그대로 사용하고, 불필요하게 다른 용기에 옮겨 담거나 공기 중에 노출시키지 않습니다.
- 화기 엄금 및 통풍: 저장 및 취급 장소는 화기 사용을 엄금하고, 분해 시 발생하는 가스를 배출할 수 있도록 통풍이 잘 되어야 합니다.
- 소량 분할 저장: 대량 저장 시 폭발 위험이 커지므로, 가능한 소량으로 나누어 분산 저장합니다.
- 보호구 착용: 취급 시 보안경, 보호장갑 등 적절한 개인 보호구를 착용합니다.
- 소화 방법: 화재 시 다량의 물을 이용한 냉각 소화가 주된 방법입니다. (질식 효과 미미)
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