126회 화공안전기술사 기출풀이 1교시 Part -2

126회 화공안전기술사 기출문제 풀이를 공유드립니다. 기술사 문제의 특성상 정답은 없지만, 기술사 도전을 하고 계시는 분들에게 도움이 되고자 하는 마음으로 공유드립니다. 전 문제 풀이 및 해설 공유드릴 예정이고, 유튜브를 활용하여 상세한 해설도 진행할 예정입니다. 현재는 화공안전기술사 1교시 문제풀이 Part-2입니다

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8. 폭발, 화재를 방지하기 위한 기본적 대책으로 분진 폭발방지대책과 수증기 폭발방지대책에 대해 각각 설명하시오

1. 분진폭발 방지대책

• 가연성 고체의 미분이 공기 중에 부유하고 있을 때에 어떤 착화원에 의해 폭발하는 현상 으로 단위용적당 발열량이 크기 때문에 역학적 파괴 효과는 가스 폭발 이상이다.
• 분진 폭발을 일으키는 대표적인 물질에는 밀가루, 석탄가루, 먼지, 전분, 플라스틱 분말, 금속 분(Al, Mg, Zn, Ti등) 등이다.

2. 분진폭발에 대한 안전대책
2-1. 분진의 퇴적방지

• 일반적으로 분진의 퇴적층 높이가 6 mm 이상이면 2차폭발의 위험성이 크다
• 작업장 내의 부유분진의 영향으로 가시거리가 영향을 받으면 작업장 내의 분진은 연소 한계 이내에 있다고 판단한다
• 분진 이송은 가능한 한 원통형 덕트를 사용하며, 수평면을 피하고 경사를 유지한다

2-2. 폭발의 봉쇄
내부의 폭발압력에 견딜 수 있도록 장치를 설계하는 방법이다
2-3. 폭발압력의 방출
폭발 압력을 장치의 설계압력 이하에서 외부로 안전하게 방출하는 방법이다
2-4. 불활성 분위기 조성
분진이 존재하는 설비에 불활성 가스를 봉입하여 연소를 위한 최소 산소농도 이하로 줄이는 방법이다
2-5. 폭발억제장치의 설치

• 압력파를 감지하여 자동적으로 억제제를 투입하는 방법과 불꽃감지에 의한 불꽃 제압 방법이 있다
• 폭발 억제장치를 설치하는 경우에는 폭발 압 배출장치를 병행하여 설치하는 것이 일반적이다

2-6. 소화설비

• 소화설비 설치의 목적은 화재억제 및 진압에 있다
• 분진이 항시 존재하는 백필터의 경우에는 스프링클러설비, 물분 무설 비등을 설치한다
• 물을 사용하는 소화설비가 서리된 경우에는 방사된물이 적절하게 배수될 수 있도록 하여 소화수 집적에 의한 전도 및 타 장치 손상 등을 피하도록 하여야 한다

3. 수증기 폭발이란?
용융 금속이나 Slug 같은 고온 물질이 물속에 투입되었을 경우 고온물질이 갖는 열이 저온의 물에 짧은 시간에 전달되면 일시적으로 물은 과열 상태로 되고 조건에 따라서는 순간 적으 로 급격하게 비등하며, 상변화(액상 -> 기상)에 따른 폭발이 발생한다. 응상폭발의 대표적인 폭발 사고이다.

4. 수증기 폭발 방지 대책

• 수증기 폭발은 착화원과 가연물도 필요치 않는 상변화인 물리적 폭발로 물과 고열 물의 직접적인 접촉의 기회를 주지 않는 예방대책이 필요하다.
• 용융한 고열의 광물을 취급하는 피트의 경우 아래와 같은 조치를 취해야 한다
• 지하수가 내부로 새어드는 것을 방지할 수 있는 구조로 할 것. 다만, 내부에 고인 지하수를 배출할 수 있는 설비를 설치한 경우에는 그러하지 아니하다.
• 작업 용수 또는 빗물 등이 내부로 새어드는 것을 방지할 수 있는 격벽 등의 설비를 주위에 설치할 것

 

9. 화학공정은 그 운영 방식에 따라 연속식 공정(Continuous Process)과 회분식 공정(Batch Process)으로 구분하는데, 이 중 회분식 공정설계의 최적화에 대해 설명하시오.

D-24-2012 화학설비의 안전설계 일반기준

D-24-2012 화학설비의 안전설계 일반기준에 관한 기술지침.pdf

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회분식 공정설계의 최적화라고 하는데 어떠한 최적화인지 정확히 몰라서 (생산량 최적화?/제어계 구성 최적화? 공간 시간 최적화?) 안전 설계 관련 최적화 관련 내용으로 작성해봅니다

1. 회분식 공정이란?
공정 운전 초기에 원료물질을 유입시켜, 일정 시간 후에 생성물 모두를 빼낸다. 유입물을 일단 주입하고 나면, 생성물을 모두 빼낼 때까지 계의 경계에서 물질의 교환은 일어나지 않는다.

2. 회분식 공정의 특성

• 공정 운전이 여러 단계로 구성
• Batch별 Start-up, Shutdown 빈번함
• 장치 결함 예측이 연속공정보다 어려움
• Grade 변경 시 운전조건 변화
• 현장 작업자의 수동운전이 많음
• 잘못된 반응물 투입 (투입량, 투입 시기 등) => 반응 폭주 등 위험

즉, 인적오류의 가능성이 높으며, 장치 결함 예측이 연속공정보다 어려우며 정확한 물질정보가 필요

3. 회분식 공정설계 안전 최적화

• 회분식 반응기에서는 반응물질의 공급을 제한하면 안전성을 증가시킬 수 있다. 발열 반응기에서는 반응물질 중의 하나를 투입 즉시 반응하도록 운전하는 방법 등이다
• 공정단계의 분할: 다단계 공정을 갖는 회분식 공정은 한 용기에서 여러 단계를 실행하지 않도록 용기를 분리하여 설치한다
• 회분식 반응 공정에서는 정상 반응에서의 반응물과 생성물의 물리적, 화학적 특성을 완전히 파악한 후 이러한 물질들이 분해되거나 부반응을 일으키지 않는 상태를 유지하도록 설계
• 압력계 등 Local 계기의 설치, 경보 시스템, 긴급 차단장치, 비상전원 공급 장치 등 다각도로 운전 시 이상반응에 대한 안전대책을 확보

4. 회분식 반응기의 일반 안전설계 모델

10. 산업안전보건법상 위험물질의 종류와 위험물 안전관리법상 위험물의 종류를 쓰고, 화학물질 안전관리법상 유해화학물질의 정의를 쓰시오

산업안전보건 기준에 관한 규칙 별표 1/위험물안전관리법 시행규칙 별표1/ 화학물질 관리법 제2조

1. 산업안전보건법상 위험물질의 종류
1. 폭발성 물질, 유기과산화물:질산에스테르류, 니트류 화합물, 아조 화합물 등
2. 물 반응성 물질, 인화성 고체: 리튬, 황, 황린 등
3. 산화성 액체, 산화성 고체: 염소산 및 그 염류, 브롬산 및 그염류 등
4. 인화성 액체
표준 압력(101.3 kPa)에서 인화점이 섭씨 60도 이하 인 액체
- 에틸에테르, 가솔린, 아세트알데히드, 산화프로필렌, 그 밖에 인화점이 섭씨 23도 미만이고 초기 끓는점이 섭씨 35도 이하 인 물질
- 노르말헥산, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알코올, 에틸알코올, 이황화탄소, 그 밖에 인화점이 섭씨 23도 미만이고 초기 끓는점이 섭씨 35도를 초과하는 물질
- 크실렌, 아세트산 아밀, 등유, 경유, 테레핀유, 이소아 밀알 코올, 아세트산, 하이드라진, 그 밖에 인화점이 섭씨 23도 이상 섭씨 60도 이하인 물질
5. 인화성 가스
인화 한계 농도의 최저한도가 13% 이하 또는 최고한도와 최저한도의 차가 12% 이상인 것으로서 표준 압력(101.3 kPa)에서 섭씨 20도에서 가스 상태인 물질을 말한다.
참고) 고압가스안전관리법에서의 가연성 가스의 정의는, 폭발 하한이 10% 이하, 폭발상 한과 하한의 차이(연소범위)가 20% 이상이다
6. 부식성 물질
6-1. 부식성 산류
- 농도가 20% 이상인 염산, 황산, 질산, 그밖에 이와 같은 정도 이상의 부식성을 가지는 물질
- 농도가 60% 이상인 인산, 아세트산, 불산, 그밖에 이와 같은 정도 이상의 부식성을 가지는 물질
6-2. 부식 성염 기류: 농도가 40% 이상인 수산화나트륨, 수산화칼륨, 이와 같은 정도 이상의 부식성을 가지는 물질
7. 독성물질
- LD50(경구, 쥐)이 킬로그램당 300 mg(체중) 이하인 화학물질
- LD50(경피 토끼 또는 쥐)이 킬로그램당 1000 mg(체중) 이하인 화학물질
- 가스 LC50 (쥐 4시간 흡입) 이 2500 ppm 이하인 화학물질, 증기 LC50 (쥐, 4시간 흡입)이 10 mg/l이하인 물질, 분진 또는 미스트 1mg/l이하인 화학물질

2. 위험물 안전관리법상 위험물의 종류
제1류 위험물: 산화성 고체
제2류 위험물: 가연성 고체
제3류 위험물: 자연발화성 및 금수성 물질
제4류 위험물: 인화성 액체
제5류 위험물: 자기 반응성 물질
제6류 위험물: 산화성 액체

3. 화학물질 안전관리법상 유해화학물질의 정의
유독물질, 허가물질, 제한물질, 사고 대비 물질, 그 밖에 유해성 또는 위해성이 있거나 그러할 우려가 있는 화학물질을 말한다.
1. “유독물질” : 유해성이 있는 화학물질로서 대통령령으로 정하는 기준에 따라 환경부 장관이 정하여 고시한 것을 말한다.
2. “허가물질”이란 위해성이 있다고 우려되는 화학물질로서 환경부 장관의 허가를 받아 제조, 수입, 사용하도록 환경부 장관이 관계 중앙행정기관의 장과의 협의와 화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률」 제7조에 따른 화학물질평가위원회의 심의를 거쳐 고시한 것을 말한다.
3. “제한물질”이란 특정 용도로 사용되는 경우 위해성이 크다고 인정되는 화학물질로서 그 용도로의 제조, 수입, 판매, 보관ㆍ저장, 운반 또는 사용을 금지하기 위하여 환경부 장관이 관계 중앙행정기관의 장과의 협의와 화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률제7조에 따른 화학물질평가위원회의 심의를 거쳐 고시한 것을 말한다.
4. “금지물질”이란 위해성이 크다고 인정되는 화학물질로서 모든 용도로의 제조, 수입, 판매, 보관, 저장, 운반 또는 사용을 금지하기 위하여 환경부장관이 관계 중앙행정기관의 장과의 협의와 화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률 제7조에 따른 화학물질평가위원회의 심의를 거쳐 고시한 것을 말한다.
5. “사고 대비 물질”이란 화학물질 중에서 급성독성, 폭발성 등이 강하여 화학사고의 발생 가능성이 높거나 화학사고가 발생한 경우에 그 피해 규모가 클 것으로 우려되는 화학물질로서 화학사고 대비가 필요하다고 인정하여 제39조에 따라 환경부 장관이 지정, 고시한 화학물질을 말한다.

11. 고압가스안전관리법에서 규정하는 특수반응 설비와 산업안전보건법에서 규정하는 특수화학설비에 대하여 각각 쓰시오.

산업안전기준에 관한 규칙 제273조(계측장치 등의 설치)/고압가스 안전관리법 시행규칙 [별표 4]

1. 고압가스안전관리법에서 규정하는 특수 반응설비
- 암모니아 2차 개질로
- 에틸렌 제조시설의 아세틸렌 수첩 탑
- 산화에틸렌 제조시설의 에틸렌과 산소 또는 공기와의 반응기
- 싸이크로 헥산 제조시설의 벤젠 수첩 반응기
- 석유정제 시의 중유 직접 수첩 탈황 반응기 및 수소화 분해 반응기
- 저밀도 폴리에틸렌 중합기
- 메탄올 합성반응탑

2. 산업안전보건법에서 규정하는 특수화학설비
- 발열반응이 일어나는 반응장치
- 증류, 정류, 증발, 추출 등 분리를 하는 장치
- 가열시켜 주는 물질의 온도가 가열되는 위험물질의 분해 온도 또는 발화점보다 높은 상태에서 운전되는 설비
- 반응 폭주 등 이상 화학반응에 의하여 위험물질이 발생할 우려가 있는 설비
- 온도가 섭씨 350도 이상이거나 게이지 압력이 980킬로 파스칼 이상인 상태에서 운전되는 설비
- 가열로 또는 가열기

12. 고압가스안전관리법상 가연성 가스의 정의 및 산업안전보건법상 인화성 가스의 정의를 각각 쓰고, 공정안전보고서 제출 대상물질인 인화성 가스의 취급 규정량을 50,000kg으로 적용하는 경우에 대하여 설명하시오.

산업안전보건법 시행령 별표 13/ 고압가스안전관리법

1) 인화성가스의 정의(산업안전보건법)
산업안전보건법 시행령 별표 13에 ”인화성 가스”란 인화 한계 농도의 최저한도가 13% 이하 또는 최고한도와 최저한도의 차가 12% 이상인 것으로서 표준 압력(101.3 kPa)에서 섭씨 20도에서 가스 상태인 물질을 말한다.

2) 고압가스안전관리법에서의 가연성 가스의 정의
폭발 하한이 10% 이하, 폭발상 한과 하한의 차이(연소범위)가 20% 이상이다

3) 공정안전보고서 제출 대상물질인 인화성 가스의 취급 규정량을 50,000kg으로 적용하는 경우
인화성 가스의 경우 일반적으로는 제조,취급시 규정량 5,000 kg이며, 저장시에는 200,000 kg이다
단, 인화성가스 중 도시가스의 경우 배관을 통해 공급받아 저압(계기 압력 0.1 Mpa 미만) 연료용으로 사용되는 경우에만 취급 규정량을 (50,000 kg) 완화한다

13. 산업안전보건법상 유해위험물질의 규정량에서 공정안전보고서 제출 대상을 판단하는 기준에 대하여, 한 종류 유해위험물질을 제조, 취급. 저장하는 경우, 두 종류 이상의 유해위험물질을 제조, 취급, 저장하는 경우로 구분하여 설명하시오.

산업안전보건법 시행령 별표 13

1. 한 종류 유해위험물질을 제조, 취급. 저장하는 경우
해당 유해 위험물질의 규정량 대비 하루 동안 제조 취급 또는 저장할 수 있는 최대치 중 가장 큰 값 (C/T)이 1 이상인 경우

2. 두 종류 이상의 유해위험물질을 제조, 취급, 저장하는 경우
유해 위험물질별로 규정량 대비 하루 동안 제조 취급 또는 저장할 수 있는 최대치 중 가장 큰 값을 각각 구하여 합산한 값 (R)이 1이상인 경우로 그 계산식은 아래와 같다.