2024년도 제14회 산업안전지도사 2차 화공안전공학
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※ 다음 단답형 5문제를 모두 답하시오. (각 5점)
【문제 1】
산업안전보건기준에 관한 규칙상 사전조사 및 작업계획서 내용 중 화학설비와 그 부속설비 사용 작업 시 작업계획서 내용 5가지만 쓰시오.
(단, 그 밖에 폭발·화재를 방지하기 위하여 필요한 조치는 제외함)
정답:
① 화학설비 및 부속설비의 명칭, 규격, 재질 및 구조에 관한 사항
② 화학설비 및 부속설비의 작업 내용(취급 물질, 공정 조건)에 관한 사항
③ 화학설비 및 부속설비의 정상 운전 범위(압력, 온도, 유량 등)에 관한 사항
④ 화학설비 및 부속설비의 이상 상황 시 조치 방법(비상 운전 절차)에 관한 사항
⑤ 화학설비 및 부속설비의 점검·정비 방법 및 주기에 관한 사항
해설:
산업안전보건기준에 관한 규칙 제276조(화학설비 등의 사전 조사 및 작업 계획)에 따르면, 사업주는 화학설비와 그 부속설비를 사용하는 작업을 실시하기 전에 사전 조사를 실시하고, 그 결과를 바탕으로 작업계획서를 작성해야 한다. 작업계획서에는 화학설비의 명칭·규격·재질·구조, 취급 물질 및 공정 조건, 정상 운전 범위, 이상 상황 시 조치 방법, 점검·정비 방법 등을 기재해야 한다. 이를 통해 화학설비 운전 중 발생할 수 있는 위험요인을 사전에 파악하고 적절한 안전대책을 수립할 수 있다.
【문제 2】
산업안전보건기준에 관한 규칙상 화학설비 및 그 부속설비의 종류 중 화학설비의 부속설비 종류 5가지만 쓰시오.
정답:
① 밸브류: 유체의 흐름을 개폐·조절하는 기기 (게이트밸브, 볼밸브, 버터플라이밸브 등)
② 배관류: 유체를 이송하는 관로 및 관이음쇠 (파이프, 플랜지, 엘보, 티, 레듀서 등)
③ 계장류: 공정 변수(압력, 온도, 유량, 레벨 등)를 측정·표시·기록하는 기기 (압력계, 온도계, 유량계 등)
④ 안전밸브류: 과압 방지를 위한 안전밸브, 파열판, 리프밸브 등
⑤ 조절밸브류: 공정 변수를 자동으로 조절하는 밸브 (공압식 조절밸브, 전동식 조절밸브 등)
해설:
산업안전보건기준에 관한 규칙 제275조(화학설비의 정의 등)에 따르면, 화학설비의 부속설비는 주설비(본체)의 정상적인 운전을 보조하고, 안전을 확보하기 위한 기기들이다. 밸브류는 유체의 유량·방향·압력을 제어하고, 배관류는 유체를 이송하며, 계장류는 공정 상태를 모니터링한다. 안전밸브류는 과압으로부터 설비를 보호하고, 조절밸브류는 공정 자동화를 지원한다.
【문제 3】
최악 대안의 사고 시나리오 선정에 관한 기술지침(KOSHA GUIDE P-107-2020)에서 독성물질의 응급대책 기준의 적용 우선순위는 다음과 같다. ( )에 들어갈 내용을 쓰시오.
(1순위) 미국산업위생학회(AIHA)에서 발표한 (ㄱ)
(2순위) 미국 환경보호청(EPA)에서 발표한 (ㄴ) (1시간)
(3순위) 미국 에너지부(DOE)에서 발표한 (ㄷ)
(4순위) 미국직업안전보건청(NIOSH)에서 발표한 (ㄹ) 수치의 10%
정답:
ㄱ: ERPG-2 (Emergency Response Planning Guideline-2)
ㄴ: AEGL-2 (Acute Exposure Guideline Level-2)
ㄷ: PAC-2 (Protective Action Criteria-2)
ㄹ: IDLH (Immediately Dangerous to Life or Health)
해설:
KOSHA GUIDE P-107-2020(최악 대안의 사고 시나리오 선정에 관한 기술지침)에 따르면, 독성물질 누출 시 응급대책 기준의 적용 우선순위는 다음과 같다.
- 1순위 (ERPG-2): AIHA에서 발표한 응급대책계획 가이드라인으로, 일반인이 1시간 동안 노출 시 심각하거나 돌이킬 수 없는 건강 영향이 나타나지 않을 것으로 판단되는 최대 농도이다.
- 2순위 (AEGL-2): EPA에서 발표한 급성 노출 가이드라인 레벨로, 일반인이 1시간 동안 노출 시 돌이킬 수 없는 건강 영향이 나타나지 않을 농도이다.
- 3순위 (PAC-2): DOE에서 발표한 보호조치기준으로, ERPG-2/AEGL-2가 없는 물질에 적용한다.
- 4순위 (IDLH의 10%): NIOSH에서 발표한 IDLH 수치의 10%를 응급대책 기준으로 적용한다. IDLH는 30분 노출 시 생명에 즉각적인 위험을 초래하거나 건강에 돌이킬 수 없는 영향을 미치는 농도이다.
【문제 4】
사업장 위험성평가에 관한 지침상 위험성 평가를 실시한 결과 중 사업주가 근로자에게 게시, 주지 등의 방법으로 알려야 하는 4가지 사항을 쓰시오.
정답:
① 유해·위험요인의 종류 및 내용: 사업장에서 파악된 유해·위험요인이 무엇인지
② 위험성의 수준: 평가된 위험성의 수준 (허용 가능한 위험성 또는 허용 불가능한 위험성)
③ 위험성 감소를 위한 대책: 허용 불가능한 위험성에 대해 수립된 감소대책의 내용
④ 위험성 평가 결과에 따른 개선 시기 및 담당자: 감소대책의 이행 시기와 담당자
해설:
사업장 위험성평가에 관한 지침 제9조(위험성 평가 결과의 게시·주지 등)에 따르면, 사업주는 위험성 평가를 실시한 결과를 근로자에게 게시·주지 등의 방법으로 알려야 한다. 이는 근로자가 사업장의 위험요인과 그에 대한 대책을 인식하고, 자율적으로 안전하게 작업할 수 있도록 하기 위한 것이다.
【문제 5】
화학물질의 분류·표시 및 물질안전보건자료에 관한 기준상 화학물질 등의 분류에서 정하고 있는 다음 용어의 정의를 쓰시오.
물음 1) 자기가속분해온도(self-accelerating decomposition temperature, SADT)
정답:
자기가속분해온도(SADT)란, 유기과산화물 또는 폭발성 물질을 운송 가능한 가장 큰 용기(포장) 내부에서 저장할 때, 화학적 분해 반응이 발생한 후 외부 냉각 없이도 자체적으로 가속되어 열 폭주에 이르는 최저 온도이다. SADT 이하의 온도에서 저장하면 분해 반응이 자체적으로 가속되지 않으므로 안전하게 보관할 수 있다.
물음 2) 유기과산화물(organic peroxides)
정답:
유기과산화물이란, 유기 기(基)에 과산화 수소기(-O-O-)가 결합된 화합물을 말한다. 유기과산화물은 가열, 마찰, 충격, 오염 등에 의해 쉽게 분열(폭발)할 수 있으며, 분해 시 다량의 열을 방출하여 자기가속분해(열 폭주)를 일으킬 수 있다. 또한 강력한 산화제로서 가연성 물질과 접촉 시 화재·폭발을 유발할 수 있다.
※ 다음 논술형 2문제를 모두 답하시오. (각 25점)
【문제 6】
폭발재해 형태와 예방대책에 관하여 다음 물음에 답하시오.
물음 1) 발화원을 필요로 하는 폭발의 종류 2가지를 쓰시오.
정답:
① 연소폭발: 가연성 가스·증기·분진과 공기의 혼합물(폭발성 분위기)에 발화원(아크, 불꽃, 고온 표면 등)이 작용하여 급속한 연소(전파 속도가 음속 이하)가 전 혼합물로 전파되면서 발생하는 폭발이다.
② 연소에 의한 폭발성 분위기 폭발: 정상 상태에서는 폭발성이 없는 물질이 누출·증발되어 공기와 혼합하여 폭발성 분위기를 형성한 후, 발화원에 의해 점화되어 발생하는 폭발이다.
물음 2) 반응열의 축적에 의한 폭발 종류 2가지를 쓰시오.
정답:
① 열폭주 폭발: 발열 반응(중합, 분해 등)이 진행되면서 반응열이 제대로 제거(냉각)되지 못하고 축적되면, 반응 속도가 급격히 증가하여 온도와 압력이 폭발적으로 상승하는 폭발이다. (예: 합성수지 중합 반응기의 열폭주)
② 자기가속분해 폭발: 유기과산화물, 질산암모늄 등 불안정 물질이 외부 열원 없이도 자체적인 분해 반응열이 축적되어 SADT(자기가속분해온도) 이상으로 온도가 상승하면, 분해 속도가 자체적으로 가속되어 폭발하는 현상이다.
물음 3) 과열액체의 증기폭발 종류 2가지를 쓰시오.
정답:
① BLEVE(과열액체 증기확장폭발): 압력용기 내부의 과열액체가 용기 파손으로 인해 갑자기 감압되면, 과열 상태의 액체가 순간적으로 폭발적으로 끓어올라 대량의 증기가 급격히 팽창하면서 발생하는 폭발이다. (예: LPG 탱크의 BLEVE)
② 수증기 폭발: 고온의 용융물(금속, 용광로 찌꺼기 등)과 물(또는 수분이 포함된 물질)이 접촉하면, 물이 순간적으로 과열 증기로 변환되어 대량의 증기가 급격히 팽창하면서 발생하는 폭발이다.
물음 4) 자연발화형 폭발의 예방대책 5가지를 쓰시오.
정답:
① 자연발화 물질의 적절한 저장·취급: 자연발화성 물질(인, 금속분, 석탄분 등)은 밀폐된 공간에서 저장하지 않고, 환기가 충분한 장소에서 취급한다.
② 산화제와 가연성 물질의 격리: 산화제(과산화물, 질산염 등)와 가연성 물질(유기물, 금속분 등)이 접촉·혼합되지 않도록 격리하여 저장·취급한다.
③ 발열 반응의 온도 관리: 자연발화 가능성이 있는 물질의 온도를 상시 모니터링하고, 자연발화점 이하로 관리한다. 필요시 냉각 설비를 설치한다.
④ 환기·산소 공급 차단: 자연발화 위험이 있는 물질의 저장 공간에 질소 등을 충전하여 산소 농도를 낮추거나, 밀봉하여 산소 공급을 차단한다.
⑤ 자연발화성 물질의 청소·관리: 작업 현장에 자연발화성 먼지·찌꺼기가 축적되지 않도록 정기적으로 청소하고, 기름 묻은 헝겊 등 자연발화 가능 물질은 밀폐 용기에 보관한다.
【문제 7】
제조업 등 유해·위험방지계획서 제출·심사·확인에 관한 고시에 관하여 다음 물음에 답하시오.
물음 1) 유해·위험방지계획서 제출 도면 및 서류 중 화학설비의 공정 및 설비배치도에 포함되어야 할 주요내용 7가지를 쓰시오.
정답:
① 공정 흐름도 (Process Flow Diagram, PFD): 원료 투입부터 제품 생산까지의 전체 공정 흐름을 나타내는 도면
② 배관 및 계장도 (Piping and Instrumentation Diagram, P and ID): 배관, 밸브, 계장, 안전장치 등의 연결 관계를 나타내는 도면
③ 설비 목록: 화학설비 및 부속설비의 명칭, 규격, 재질, 설계압력, 설계온도 등을 정리한 목록
④ 배관 목록: 배관의 규격, 재질, 설계압력, 유체 종류 등을 정리한 목록
⑤ 안전밸브·파열판 사양: 안전밸브·파열판의 설정압력, 배출능력, 설치 위치 등을 정리한 사양서
⑥ 비상 차단장치·비상 배압장치 등의 사양: 비상 차단밸브, 비상 배압밸브 등의 설치 위치 및 동작 조건
⑦ 설비 배치도: 화학설비, 탱크, 배관, 건물 등의 상대적 위치를 나타내는 배치 도면
해설:
제조업 등 유해·위험방지계획서 제출·심사·확인에 관한 고시에 따르면, 유해·위험방지계획서의 첨부 도면 및 서류 중 화학설비의 공정 및 설비배치도에는 위 7가지 이상의 내용이 포함되어야 한다. 이는 화학설비의 전체 공정 흐름, 설비·배관의 상세 사양, 안전장치의 설치 현황 등을 종합적으로 파악하여 유해·위험요인을 평가하기 위한 것이다.
물음 2) 유해·위험방지계획서 세부 심사·확인기준 중 심사대상이 화학설비인 경우, 화학설비의 심사·확인기준 4가지를 쓰시오.
정답:
① 화학설비의 구조 적합성: 설비의 재질, 두께, 구조가 취급 물질의 유해성(부식성, 인화성, 독성 등)과 공정 조건(압력, 온도 등)에 적합한지 확인
② 안전밸브·파열판 등 방호장치의 적합성: 안전밸브·파열판의 설정압력, 배출능력이 설비의 최대 사용 조건에 적합한지 확인
③ 비상 차단장치·비상 배압장치 등의 적합성: 비상 차단밸브 등이 정상적으로 설치되어 있고, 비상 시 정확히 동작하는지 확인
④ 배관·계장의 적합성: 배관의 재질, 두께, 연결방법, 계장의 종류·정밀도 등이 공정 조건에 적합한지 확인
물음 3) 유해·위험방지계획서 세부 심사·확인기준 중 심사대상이 가스집합 용접장치인 경우, 가스집합 용접장치의 심사·확인기준 3가지를 쓰시오.
정답:
① 가스용기의 보관·취급 적합성: 아세틸렌, 산소 등 가스용기가 직사광선, 열원, 화원으로부터 안전한 거리에 보관되어 있고, 기울어지거나 넘어지지 않도록 고정되어 있는지 확인
② 배관·호스의 적합성: 가스 이송 배관·호스의 재질, 내압, 연결상태가 취급 가스의 특성(인화성, 고압 등)에 적합한지 확인. 특히 아세틸렌 호스와 산소 호스는 혼용하지 않도록 구분되어 있는지 확인
③ 역화방지기·안전밸브 등의 설치 적합성: 아세틸렌 용접·용단 시 역화(flame flashback)를 방지하기 위한 역화방지기가 적절한 위치에 설치되어 있고, 정상 작동하는지 확인
※ 다음 논술형 2문제 중 1문제를 선택하여 답하시오. (각 25점)
【문제 8】
화학물질의 누출, 화재, 폭발에 관한 다음 현상을 설명하시오.
물음 1) BLEVE(과열액체 증기확장폭발)
정답:
BLEVE는 압력용기(LPG 탱크, 프로판 탱크 등) 내부의 과열액체가 용기 파손으로 인해 갑자기 감압될 때 발생하는 폭발 현상이다.
발생 과정:
- 압력용기 내부의 액체는 내부 압력에 의해 끓는점 이상의 온도에서도 액체 상태(과열 상태)로 존재한다.
- 화재 등 외부 열원에 의해 용기 외벽이 가열되면, 내부 액체 온도와 압력이 상승한다.
- 안전밸브로도 압력을 제어할 수 없거나, 용기 벽이 열화되어 용기가 파손되면, 과열액체가 갑자기 대기압으로 노출된다.
- 과열 상태의 액체가 순간적으로 폭발적으로 끓어올라 대량의 증기가 급격히 팽창하면서 거대한 폭발이 발생한다.
- 용기 파편이 고속으로 비산하고, 방출된 가스·증기에 외부 화염이 점화되어 대형 화구가 형성된다.
물음 2) 화구(fireball)
정답:
화구는 BLEVE 발생 시 방출된 대량의 인화성 가스·증기가 외부 화염 또는 자체 점화에 의해 순간적으로 연소하여 형성되는 거대한 구형의 화염이다.
특징:
- 화구의 직경은 수십미터
수백미터에 달하며, 지속 시간은 수초수십초이다. - 화구의 온도는 약 1,000~2,000도에 이른다.
- 화구의 열복사는 주변의 인화성 물질에 2차 화재를 유발하고, 인체에 심각한 화상을 유발할 수 있다.
물음 3) 증기운 폭발 (VCE, Vapor Cloud Explosion)
정답:
증기운 폭발은 인화성 가스·증기가 대량 누출되어 공기와 혼합하여 폭발성 증기운을 형성한 후, 점화원에 의해 폭발적으로 연소하는 현상이다.
발생 과정:
- 인화성 가스·증기가 파이프 파열, 밸브 파손 등으로 대량 누출된다.
- 누출된 가스·증기가 공기와 혼합하여 폭발 하한계~폭발 상한계 범위의 폭발성 증기운을 형성한다.
- 증기운 내 또는 주변의 점화원에 의해 점화된다.
- 연소 전파가 장애물에 의해 가속되어 폭발파가 발생하면, 주변 구조물·설비에 심각한 파괴력을 가한다.
물음 4) 고양분출화재(jet fire)
정답:
고양분출화재는 고압의 인화성 가스·액체가 파이프·배관·밸브 등에서 고속으로 분출되어 점화될 때 발생하는 봉화 형태의 화재이다.
특징:
- 화염의 형태는 횃불(torch) 또는 제트(jet) 형태로, 분출 방향으로 길게 뻗는다.
- 화염의 길이는 분출 압력·유량에 따라 수미터~수십미터에 달한다.
- 화염의 온도는 약 1,000~1,500도이며, 매우 높은 열복사를 방출한다.
- 인접 설비·배관을 직접 가열하여 추가적인 파열·BLEVE를 유발할 수 있다.
- 가스 공급 차단(밸브 차단)이 가장 효과적인 대응 방법이다.
물음 5) 액면화재(pool fire)
정답:
액면화재는 인화성 액체(석유, 가솔린 등)가 지면, 배수구, 방유제 위에 유출되어 액체 표면에서 증발한 증기가 점화되어 발생하는 화재이다.
특징:
- 화염의 형태는 액면 위에서 타원형 또는 원형의 화염으로, 바람이 없으면 수직으로 올라가고, 바람이 있으면 바람 방향으로 기울어진다.
- 화염의 높이와 직경은 액면의 크기, 액체의 인화점, 증발 속도 등에 따라 달라진다.
- 열복사는 화염의 표면적과 온도에 비례하며, 인접 구조물·설비에 2차 화재를 유발할 수 있다.
- 소화 방법은 포(foam)를 사용하여 액면을 피막으로 덮어 증발을 차단하는 것이 가장 효과적이다.
【문제 9】
방호장치 안전인증 고시에 관하여 다음 물음에 답하시오.
물음 1) 양동식 안전밸브의 정의와 유량제한기구 형식기호를 쓰시오.
정답:
- 정의: 양동식 안전밸브란, 밸브의 플러그(또는 디스크)가 밸브 시트로부터 수직으로 들어올려져(리프트되어) 유체가 배출되는 안전밸브이다. 설정 압력에 도달하면 플러그가 시트로부터 갑자기 들어올려져 유체가 빠르게 배출되며, 압력이 설정 압력 이하로 떨어지면 플러그가 시트에 복귀하여 밸브가 닫힌다.
- 유량제한기구 형식기호: NO (Nozzle Orifice)
물음 2) 전량식 안전밸브의 정의와 유량제한기구 형식기호를 쓰시오.
정답:
- 정의: 전량식 안전밸브란, 밸브의 개구부(노즐) 직경과 배출관 직경이 동일하여, 설정 압력에 도달하면 밸브가 완전히 개방되어 설비 내부의 과압을 전량 배출할 수 있는 안전밸브이다. 양동식과 달리 배출구 직경이 노즐 직경과 같으므로 배출 시 유체의 유동 저항이 적어 대량 배출에 적합하다.
- 유량제한기구 형식기호: FB (Full Bore)
물음 3) 역방향파열판의 정의와 종류 3가지를 쓰시오.
정답:
- 정의: 역방향파열판이란, 정상 운전 시 볼록한 면이 고압 쪽(설비 내부)을 향하고, 오목한 면이 저압 쪽(대기)을 향하도록 설치된 파열판이다. 내부 압력이 설정 파열압력에 도달하면, 볼록한 면이 반전(스냅 스루)되면서 파열판이 파괴되어 유체가 배출되는 구조이다.
- 종류 3가지:
- 평판형 역방향파열판: 평평한 금속판을 역방향으로 설치하여 반전·파열시키는 구조
- 아치형 역방향파열판: 반구형(아치형) 금속판을 역방향으로 설치하여 반전·파열시키는 구조
- 톱니형 역방향파열판: 아치형 금속판의 표면에 톱니형 또는 십자형 절삭 가공을 하여, 반전 시 가공된 부분을 따라 파열이 발생하는 구조
물음 4) 파열판의 성능기준 중 파열시험 내용 2가지를 쓰시오.
정답:
① 정압(靜壓) 파열시험: 파열판에 정적 압력을 서서히 가압하여, 파열판이 설정 파열압력에서 파열하는지 확인하는 시험. 파열압력의 허용 오차(일반적으로 퍼센트 이내) 내에서 파열해야 한다.
② 반복 피로 파열시험: 파열판에 정격 압력의 일정 비율을 반복적으로 가압·감압하여, 파열판의 피로 수명(반복 횟수)을 확인하는 시험. 정상 운전 중의 압력 변동에 의해 파열판이 조기에 파손되지 않도록 하기 위한 것이다.
물음 5) 파열판의 성능기준 중 안전인증 파열판에 안전인증 표시에 따른 표시 외에 추가로 표시해야 하는 내용 6가지를 쓰시오.
정답:
① 설정 파열압력: 파열판이 파열하도록 설계된 압력 (단위: 메가파스칼 또는 바)
② 허용 오차: 설정 파열압력의 허용 범위 (예: 퍼센트 이내)
③ 공칭 직경: 파열판의 공칭 직경 (예: DN50, DN100 등)
④ 최대 사용온도: 파열판이 정상적으로 사용 가능한 최대 온도
⑤ 최대 사용압력: 정상 운전 시 파열판에 작용하는 최대 압력 (설정 파열압력 이하)
⑥ 재질: 파열판의 재질 (스테인리스강, 니켈, 인코넬 등)
해설:
방호장치 안전인증 고시에 따르면, 안전인증 파열판에는 안전인증 표시(인증번호, 인증기관 등) 외에 파열판의 성능 및 사용 조건을 명확히 하기 위하여 위 6가지 내용을 추가로 표시해야 한다. 이를 통해 사용자가 파열판의 사양을 정확히 확인하고, 공정 조건에 적합한 파열판을 선정·설치할 수 있다.
※ 시험 구성 요약
| 구분 | 문항 | 배점 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 단답형 | 1~5번 | 각 5점 (총 25점) | 전원 필수 |
| 논술형 (필수) | 6~7번 | 각 25점 (총 50점) | 전원 필수 |
| 논술형 (선택) | 8~9번 중 1문제 | 각 25점 (총 25점) | 택 1 |
| 합계 | 100점 |
참고사항:
- 본 자료는 2024년도 제14회 산업안전지도사 2차시험 화공안전공학 기출문제를 바탕으로 작성한 자체 해설 자료입니다.
- 해설 내용은 산업안전보건기준에 관한 규칙, KOSHA GUIDE P-107-2020, 화학물질의 분류·표시 및 MSDS에 관한 기준, 방호장치 안전인증 고시, 유해·위험방지계획서 제출·심사·확인 고시, 화공안전공학 교과서 등을 기준으로 하였으며, 실제 시험 채점 기준과 차이가 있을 수 있습니다.
- 일부 OCR 오류가 있는 원문은 관련 규정 및 기준으로 복원하여 해설을 작성하였습니다.
- 본 자료에서는 한자(漢字) 사용을 모두 한글 표기로 대체하였습니다.
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