제5류 위험물

왜 배우는가: 제5류 위험물은 산소 공급 없이도 스스로 연소·폭발하므로 소화가 어렵고 사고 피해가 크다. 위험물 시설 설치허가, 지정수량 판정, 안전거리 산정의 기준이 되어 실무와 시험에서 반복해 출제된다.

출제 이력: 제133회 4교시 6번, 제117회 3교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 제5류 위험물은 외부 산소 없이 스스로 연소·폭발하는 자기반응성 물질이다.

핵심 키워드

• 자기반응성 물질: 분자 안에 산소를 포함하고 있어 내부에서 산화·환원 반응이 일어나는 물질
• 자기연소: 공기 중 산소 공급 없이 분해되면서 타는 현상
• 폭발성 분해: 가열, 충격, 마찰, 혼촉에 의해 순간적으로 분해되며 가스와 열을 내는 현상
• 유기과산화물: 제5류의 대표 품명으로 -O-O- 결합을 가진 유기 화합물
• 질산에스테르류: 질산기를 가진 에스테르 계열 제5류 품명
• 지정수량: 제조소등 설치허가의 최저 기준이 되는 수량
• 위험등급: 위험성 정도에 따라 나눈 등급(I, II)
• 자가가속분해온도: 열이 쌓여 분해 속도가 스스로 빨라지는 온도

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 제5류는 불이 붙었을 때 공기를 빌리지 않고 자기 몸속의 산소로 타는 물질이다. 그래서 질식 소화가 통하지 않고 화재 확대 속도가 빠르다. 한 번 분해가 시작되면 폭발로 이어지기 쉽다.

정식 정의는 「위험물안전관리법」 제2조제1항에 따른다. 위험물은 인화성 또는 발화성 등의 성질을 가지는 것으로 대통령령이 정하는 물품이다. 제5류 위험물은 「위험물안전관리법 시행령」 별표 1에서 품명을 정하며, 자기반응성 물질로서 가연성이면서 산소를 함유한 물질이다.

자기반응성 물질은 가열이나 충격으로 분해 반응이 자체적으로 진행되어 폭발 위험을 가진 물질을 뜻한다. 유기과산화물은 탄소 화합물에 과산화기가 결합한 물질로 제5류의 대표 품명이다. 과산화기는 불안정한 결합이라 열에 약하고 분해열이 크다.

지정수량은 위험성을 고려해 품명별로 정한다. 유기과산화물과 질산에스테르류는 지정수량 10kg, 니트로화합물은 지정수량 200kg, 히드록실아민 등은 지정수량 100kg이다. 그 밖의 품명은 품목별 기준에 따른다. 지정수량 이상을 저장하거나 취급하려면 허가를 받은 제조소등에서 해야 한다. 여러 위험물을 같은 장소에서 다룰 때는 각 수량을 지정수량으로 나눈 값의 합이 1 이상이면 지정수량 이상으로 본다(법 제5조제5항).

3. 등장 배경과 필요성

제5류 위험물은 합성수지, 도료, 고무 가교제, 중합 개시제 등 산업 전반에서 쓰인다. 반응 중에 열이 쌓이면 분해가 가속되어 폭발로 이어질 수 있다. 그래서 공정에서 온도를 관리하고 저장량을 제한하는 법적 장치가 필요해졌다.

농축된 유기과산화물은 물질별 자가가속분해온도를 고려해 저장·취급해야 안전하다. 이 기준은 저장과 취급 조건을 정하는 근거가 된다. 제5류는 가열·충격·마찰뿐 아니라 다른 물질과의 접촉으로도 분해가 시작되므로 혼재와 저장 장소 관리가 함께 필요하다.

위험물안전관리법 시행규칙은 제5류의 세부 품명을 따로 정한다. 금속의 아지화합물과 질산구아니딘은 행정안전부령으로 정하는 품명이다. 이는 시행령 품명만으로는 포괄하기 어려운 물질을 제5류로 편입하기 위한 조치다. 따라서 답안에서는 시행령 품명과 시행규칙 품명을 함께 제시해야 정확하다.

이처럼 제5류는 성질의 특수성 때문에 품명, 지정수량, 등급, 저장·취급 기준을 함께 알아야 설치허가와 안전관理를 설명할 수 있다.

4. 구성요소·원리·절차

제5류 위험물의 핵심 성질은 자기반응성이다. 분자 안에 산소 원자나 질소-산소 결합을 가지고 있어 외부 산소가 없어도 분해하면서 열과 가스를 낸다. 구성요소를 정리하면 다음과 같다.

원리는 반응 속도에 있다. 반응 속도상수는 온도에 따라 지수적으로 커진다.

$k = A\,e^{-E/RT}$

여기서 k는 반응속도상수, A는 빈도인자, E는 활성화에너지(J/mol), R은 기체상수(8.314 J/(mol·K)), T는 절대온도(K)다. 분해열 발생 속도가 주변으로 빠져나가는 열의 속도보다 크면 온도가 계속 오른다. 이를 자기가속분해라 한다. 온도가 더 올라가면 분해가 더 빨라지므로 결국 폭발적 연소나 폭발에 이른다. 이 원리 때문에 제5류 위험물은 온도 관리가 가장 중요하다.

제5류의 위험은 산소 공급 없이 분해열이 스스로 반응을 가속하는 데서 나온다

진행 과정은 아래 흐름도와 같다.

저장·취급 절차는 다음 순서로 관리한다.

• 입고 때 용기 상태와 표지를 확인하고 품명을 기록한다.
• 저장 온도를 일정 범위로 유지하고 직사광선과 가열 장치를 차단한다.
• 충격, 마찰, 금속 접촉을 막도록 용기를 고정하고 완충재를 사용한다.
• 소량씩 분할하여 취급하고 한 장소에 많이 쌓지 않는다.
• 이상 발열이 보이면 즉시 냉각하고 다량의 물로 주수한다.

이 절차는 유기과산화물과 질산에스터류에 특히 중요하다. 두 품명은 지정수량이 10kg으로 작고 등급이 높아 취급 규제가 강하다.

5. 관련 법령·기준·표준

제5류 위험물의 품명은 「위험물안전관리법 시행령」 별표 1에서 정한다. 지정수량도 같은 별표 1에서 정하며, 시행령 제3조가 그 근거다. 행정안전부령으로 정하는 품명은 「위험물안전관리법 시행규칙」 제3조 제3항에 따른다. 그 품명은 금속의 아지화합물과 질산구아니딘 두 가지다.

품명별 기준값은 아래 표와 같다.

위험등급 I은 유기과산화물과 질산에스터류에만 적용한다는 점은 답안에 반드시 쓴다.

지정수량 배수 계산은 지정수량 이상 여부를 판단하는 기준이다. 둘 이상의 위험물을 같은 장소에서 취급할 때는 각 수량을 지정수량으로 나눈 값의 합이 1 이상이면 지정수량 이상으로 본다(법 제5조 제5항).

제조소 안전거리는 제조소 위치·구조 기준에서 정한다. 안전거리는 보호 대상물과 제조소 사이의 최소 거리다. 주거용 건축물, 학교·병원 등, 문화재 같은 대상별로 거리가 다르다. 기준은 지정수량 배수 N의 제곱근에 대상별 계수를 곱하는 형태이며, 대상별 하한 거리는 기준에서 정한 값을 적용한다.

• 주거용 건축물 : 기준에서 정한 하한 적용
• 학교·병원 등 : 기준에서 정한 하한 적용
• 문화재 : 기준에서 정한 하한 적용

히드록실아민 1000kg 예제는 다음과 같다. 주어진 값은 지정수량 100kg이다. 지정수량 배수 N은 다음과 같다.

$N = \frac{1000\,\text{kg}}{100\,\text{kg}} = 10$

$\sqrt{N} = \sqrt{10} \approx 3.16$

실제 안전거리는 해당 기준에 따라 산정하며, 학교·병원 등도 대상별 계수와 기준을 확인해야 한다.

따라서 개정 내용은 쓰지 않는다.