개념 한 쪽
화재조사에서 가연성 물질의 특성과 수치 계산은 사고 원인 규명과 예방대책 수립의 기초가 된다. 증기밀도, 연소·폭발 하한 등 기본 정의를 정확히 이해하고 혼합가스의 하한 계산법과 위험도 판단 기준을 익혀야 한다. 물질별 반응 특성에 따라 적절한 보관 방법을 선택하는 것도 사고 방지의 핵심이다.
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출제기준 단원 「자료 수집」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 용어 정의 판별 | 1 | 증기밀도와 인화점 등 용어 정의의 정확성 판단 |
| 혼합가스 LFL 계산 | 1 | 르 샤틀리에 법칙으로 혼합 가스의 연소·폭발하한계 계산 |
| 연소범위 기반 위험도 판정 | 1 | 연소범위 수치를 이용한 위험도 계산 또는 판정 |
증기밀도는 가연성 물질 분자량을 공기의 분자량으로 나눈 값으로 정의한다. 분자는 물질의 분자량이 되고 분모는 공기 분자량(약 29)이 되어야 함을 유의한다. 이 값은 물질의 증기가 공기보다 가벼운지 무거운지 판단하는 데 쓰인다.
혼합 가스의 연소하한계(LFL)는 르 샤틀리에 법칙을 적용해 계산한다. 법칙에 따르면 혼합가스의 LFL의 역수는 각 성분의 체적분율을 해당 성분의 LFL로 나눈 값들의 합과 같다. 즉 각 성분 비율을 소수로 변환하여 LFL로 나누어 합한 뒤 역수를 취하는 절차가 핵심이다.
연소범위(하한·상한)를 이용한 위험도 평가는 연소범위의 폭이나 비율을 근거로 산정한다. 출제 자료에서는 위험도를 수치화하는 방식이 문제 유형에 따라 다르게 제시되므로, 개별 문제에서 제시된 계산식을 따르는 것이 안전하다. 일반적으로 연소범위가 넓을수록 위험도가 큰 것으로 판단한다.
물과의 반응 특성은 물질의 보관 방법을 결정한다. 발화점이 매우 낮아 자연발화 가능성이 있는 물질은 공기와의 접촉을 차단하기 위해 물속에 저장하는 처치가 필요하다. 반대로 물과 접촉하면 가연성 기체를 발생시키거나 격렬히 반응하는 금속류는 물에 넣어 보관하면 오히려 위험해지므로 다른 매체에 보관해야 한다.
혼합 가스 LFL 계산 예시를 보여준다. 체적비가 프로판 50%, 메탄 30%, 수소 20%인 혼합물의 각 성분 LFL이 프로판 2.1vol%, 메탄 5.0vol%, 수소 4.0vol%일 때 르 샤틀리에 법칙을 적용한다. 체적분율을 소수로 바꾸어 0.5/2.1 + 0.3/5.0 + 0.2/4.0을 계산하면 역수로 혼합 LFL을 얻는다. 이 계산 절차를 따르면 혼합가스의 LFL 값을 얻을 수 있음을 확인한다.
또 다른 계산 예로 메탄 40%·에탄 30%·프로판 30% 비율인 경우 각 성분의 폭발하한계(메탄 5%, 에탄 3%, 프로판 2.1%)를 르 샤틀리에 법칙에 대입하면 1/LFLm = 0.4/5 + 0.3/3 + 0.3/2.1 ≈ 0.323이 되어 LFLm ≈ 1/0.323 ≈ 3.1vol%가 됨을 보여준다.
증기밀도 관련 실전 팁으로는 문제에서 제시된 설명이 분자·분모가 뒤바뀌었는지 항상 확인하는 것이다. '증기밀도 = 물질분자량 ÷ 공기분자량(29)' 공식을 암기하여 선택지를 검토하면 오류를 쉽게 가려낼 수 있다.
유류화재와 관련된 용어의 설명으로 틀린 것은?
정답 ③ · 문제는 유류화재 관련 용어 정의 중 틀린 것을 찾는 것이다. 증기밀도는 가연성 물질의 분자량을 공기의 분자량으로 나눈 값으로 정의되므로 보기의 분자식이 뒤바뀐 것은 잘못된 설명이다.
증기밀도는 가연성 물질 분자량을 공기 분자량으로 나눈 값이므로 3번이 틀렸다.
프로판 50vol%, 메탄 30vol%, 수소 20vol%의 조성으로 혼합된 가연성연료가 공기 중에 존재한다고 할 때 이 연료가스의 연소하한계(LFL)는 얼마인가? (단, 프로판의 LFL은 2.1vol%, 메탄의 LFL은 5vol%, 수소의 LFL은 4vol%이다.)
정답 ② · 혼합가연성가스의 연소하한계(LFL)는 르 샤틀리에의 법칙을 적용하여 계산할 수 있습니다. 공식은 '1/LFLm = (X1/LFL1) + (X2/LFL2) + (X3/LFL3)' 입니다.
혼합 가스의 연소하한계(LFL)는 르 샤틀리에 법칙을 이용해 각 성분의 체적분율을 해당 LFL로 나눈 값의 합을 역수하여 구한다.
메탄 40vol%, 에탄 30vol%, 프로판 30vol%가 혼합되어 있는 혼합성기체의 공기 중 폭발하한계는 약 몇 vol%인가? (단, 각 물질의 폭발범위 메탄 : 5~15vol%, 에탄 : 3~12.4vol%, 프로판 : 2.1~9.5vol%)
정답 ② · 혼합가연성가스의 폭발하한계(LFL)는 르 샤틀리에 법칙(Le Chatelier's rule)을 이용하여 계산합니다. 1/LFLm = (0.4/5.0) + (0.3/3.0) + (0.3/2.1) 공식에 대입해 보면, 1/LFLm = 0.080 + 0.100 + 0.143 = 0.323입니다.
르 샤틀리에 법칙 1/LFLm=Σ(Vi/LFLi)에 각 성분 부피분율과 폭발하한계를 대입해 계산하면 약 3.1vol%가 된다.
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