[산업안전지도사] 화공안전 2차 2025년도 기출

※ 다음 단답형 5문제를 모두 답하시오. (각 5점)

【 문제 1 】 산업안전보건기준에 관한 규칙상 사업주가 안전밸브등으로 부터 배출되는 위험물을 연소 • 흡수 • 세정 • 포집 또는 회수 등의 방법으로 처리하지 않고, 안전한 장소로 유도하여 외부로 직접 배출할 수 있는 경우를 3가지만 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제265조(안전밸브 등의 배출물 처리)에 규정된 내용이다.
안전밸브나 파열판 등 압력 방출장치로부터 배출되는 물질은 화재, 폭발, 독성 등 위험성이 있으므로, 원칙적으로는 대기 중으로 직접 방출하지 않고 연소탑(Flare Stack), 흡수탑, 스크러버(Scrubber) 등을 이용해 무해화 처리해야 한다.
그러나 법령은 위험성이 현저히 낮거나 환경적으로 영향이 적은 경우 등 특정 조건에서는 예외적으로 처리하지 않고 외부로 직접 배출할 수 있도록 허용하고 있다. 이 문제는 그 예외 조건 3가지를 묻는 것이다.

풀이 (외부로 직접 배출할 수 있는 경우 3가지)

안전밸브 등으로부터 배출되는 위험물을 처리하지 않고 외부로 직접 배출할 수 있는 경우는 다음과 같다. (규칙 제265조 제2항)

• 키워드: 독성 물질 아님, 불활성 가스, 처리할 수 없는 경우
• 해설:
  1. 배출되는 물질이 인체에 해롭지 않은 급성 독성물질이 아닌 경우
  2. 배출되는 물질이 불연성인 가스인 경우 (예: 질소, 아르곤 등)
  3. 배출물 전부를 처리하는 설비를 설치하는 것이 곤란하다고 고용노동부장관이 인정하는 경우

참고자료

문제가 '안전밸브 배출물을 처리해야 하는 주된 이유'나 '배출물 처리 설비의 종류' 등과 연계되어 출제될 수 있다.

1. 안전밸브 배출물을 처리해야 하는 주된 이유 (3가지)
   • 화재 및 폭발 위험 방지 (인화성 물질)
   • 독성 및 환경 오염 방지 (독성 물질)
   • 질식 등 인명 피해 방지 (불활성 가스 대량 누출)
2. 안전밸브 배출물 처리 설비의 종류 (규칙 제265조 제1항)
   • 연소(Flare Stack, Flare System)
   • 흡수(Absorption)
   • 세정(Scrubbing)
   • 포집(Catchment)
   • 회수(Recovery)
3. 안전밸브의 설치 및 관리
   • 배출물을 처리하는 설비는 안전밸브의 배출 능력에 지장이 없도록 설계해야 한다.

법령 및 KOSHA 가이드

• 산업안전보건기준에 관한 규칙 제265조(안전밸브 등의 배출물 처리)

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【 문제 2 】 산업안전보건기준에 관한 규칙상 사업주가 폭발방지성능과 규격을 갖춘 안전밸브 또는 파열판을 설치하여야 하는 설비를 3가지만 쓰시오. (단, 안전밸브등에 상응하는 방호장치를 설치한 경우는 제외한다.)

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제261조(안전밸브 등의 설치)에 규정된 내용으로, 사업주가 설비의 과압(Overpressure)을 방지하기 위해 안전밸브(Safety Valve)나 파열판(Rupture Disk) 등 압력 방출장치를 의무적으로 설치해야 하는 화학설비의 종류를 묻는 것이다.
안전밸브 등은 설비 내부의 압력이 최고허용사용압력(MAWP)을 초과할 경우 작동하여 압력을 외부로 방출함으로써 설비의 파손 및 폭발을 방지하는 최후의 방호벽(Layer of Protection) 역할을 한다.

풀이 (안전밸브 또는 파열판을 설치해야 하는 설비 3가지)

사업주가 안전밸브 또는 파열판을 설치해야 하는 설비는 다음과 같다. (규칙 제261조 제1항)

• 키워드: 압력용기, 정변위 압축기, 배관
• 해설:
  1. 압력용기: 설계압력을 초과할 우려가 있는 압력용기
  2. 정변위 압축기(Positive Displacement Compressor): 토출측에 설치된 밸브의 폐쇄로 압력 상승의 우려가 있는 정변위 압축기
  3. 배관: 펌프 등에 의해 압력 상승의 우려가 있는 배관 (이 경우 안전밸브는 펌프의 토출측에 설치해야 함)

참고자료

문제가 압력 방출장치를 설치해야 하는 다른 설비 종류나, 안전밸브를 설치하지 않아도 되는 예외 규정을 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. 안전밸브 설치 대상 설비 (추가)
   • 관형 반응기: 압력 상승 우려가 있는 관형 반응기
   • 증기 발생 설비: 배관, 밸브 등의 막힘으로 압력 상승 우려가 있는 증기 발생 설비
   • 그 밖에 압력 상승으로 폭발의 위험이 있는 설비
2. 안전밸브 설치 예외 설비 (규칙 제261조 제2항)
   • 운전 중 상시 개방되어 대기 중으로 방출되는 설비
   • 용기 내부의 액체가 고체화되어 압력 방출이 곤란한 설비
   • 그 밖에 안전밸브의 설치가 곤란하여 고용노동부장관이 인정하는 설비
3. 파열판의 설치 (규칙 제262조)
   • 파열판은 안전밸브와 기능이 유사하지만, 고압이나 독성 물질 취급 설비에 안전밸브 대신 또는 안전밸브와 직렬로 설치된다.
   • 파열판을 단독으로 설치해야 하는 경우: 반응 폭주 등으로 급격한 압력 상승이 우려되는 경우, 안전밸브의 작동으로 인해 독성 물질이 누출되는 것을 방지하기 위해 안전밸브 전단에 설치하는 경우 등이다.

법령 및 KOSHA 가이드

• 산업안전보건기준에 관한 규칙 제261조(안전밸브 등의 설치)

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【 문제 3 】 산업안전보건기준에 관한 규칙에서 정하고 있는 위험물질 중 부식성 산류와 부식성 염기류에 해당하는 물질을 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 [별표 1] (위험물질의 종류 및 기준) 중 부식성 물질에 해당하는 '부식성 산류'와 '부식성 염기류'를 묻는 것이다.
부식성 물질은 피부, 눈, 호흡기 등에 심각한 손상을 일으키고, 설비를 부식시켜 누출 사고의 원인이 되므로 특별한 관리와 취급 기준이 적용된다. 법령에서는 부식성이 강한 대표적인 무기산과 무기 염기를 위험물질로 지정하여 관리하고 있다.

풀이

1. 부식성 산류에 해당하는 물질 3가지
   • 키워드: 황산, 질산, 염산
   • 해설:
     • 황산 (농도 20% 이상)
     • 질산 (농도 20% 이상)
     • 염산 (농도 20% 이상)
2. 부식성 염기류에 해당하는 물질 3가지
   • 키워드: 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수
   • 해설:
     • 수산화나트륨 (농도 10% 이상)
     • 수산화칼륨 (농도 10% 이상)
     • 암모니아수 (농도 28% 이상)

참고자료

문제가 부식성 물질의 취급 시 안전 대책이나 다른 종류의 위험물질(산화성 액체 등)을 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. 부식성 물질 취급 시 안전 대책
   • 보호구 착용: 불침투성 보호의, 보호 장갑, 보안경 등 적절한 개인보호구를 착용해야 한다.
   • 긴급 세척 시설: 물질 접촉 시 즉시 씻어낼 수 있도록 비상 샤워 및 세안 시설을 가까운 곳에 설치해야 한다.
   • 누출 방지: 설비의 부식을 정기적으로 점검하고 누출 방지를 위한 설비를 설치해야 한다.
2. 부식성 물질의 분류 기준 (농도 기준)
   • 황산, 질산, 염산은 20% 이상일 때 부식성 산류로 분류된다.
   • 수산화나트륨, 수산화칼륨은 10% 이상일 때 부식성 염기류로 분류된다.
   • 암모니아수는 28% 이상일 때 부식성 염기류로 분류된다.
3. 산화성 액체의 종류 (참고)
   • 과산화수소(농도 30% 이상), 질산(농도 70% 이상), 과염소산(농도 60% 이상) 등이 있다.

법령 및 KOSHA 가이드

• 산업안전보건기준에 관한 규칙 [별표 1] (위험물질의 종류 및 기준) 제1호 다목 및 라목

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【 문제 4 】 사업장 위험성평가에 관한 지침상 사업주가 사업장 내의 유해 • 위험요인을 파악하기 위하여 사용할 수 있는 방법을 5가지만 쓰시오. (단, 그 밖에 사업장의 특성에 적합한 방법은 제외한다.)

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 「사업장 위험성평가에 관한 지침」(고용노동부 고시 제2023-45호)에서 규정하고 있는, 위험성평가 절차 중 '유해·위험요인 파악' 단계에서 사업주가 활용할 수 있는 구체적인 방법을 묻는 것이다.
유해·위험요인 파악은 위험성평가의 가장 첫 번째이자 핵심적인 단계로, 작업 환경에 존재하는 모든 잠재적 위험원을 찾아내고 기록하는 과정이다. 사업장은 객관적이고 체계적인 방법을 사용하여 누락 없이 유해·위험요인을 파악해야 한다.

풀이 (유해 • 위험요인 파악 방법 5가지)

사업주가 사업장 내의 유해·위험요인을 파악하기 위하여 사용할 수 있는 방법은 다음과 같다. (지침 제12조 제2항)

• 키워드: 안전보건 자료, 근로자 면담, 현장 확인, 체크리스트, 작업 분석
• 해설:
  1. 사업장의 안전보건 자료(산업재해 기록, 작업환경측정 결과, 건강진단 결과 등) 검토
  2. 근로자들의 면담을 통하여 파악
  3. 순회 점검을 통하여 확인
  4. 체크리스트를 이용한 점검
  5. 작업 분석을 통하여 파악

참고자료

문제가 위험성평가의 다른 절차(예: 위험성 결정 방법)나, 화공안전에 특화된 위험성평가 기법을 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. 위험성 결정 방법 3가지 (지침 제13조 제1항)
   • 빈도(가능성)와 중대성(심각성)을 조합한 행렬(매트릭스) 이용
   • 더하기, 곱하기 등 산술적 방법을 이용
   • 정성적, 정량적, 또는 혼합된 방법을 이용
2. 화공안전에 특화된 위험성평가 기법 (KOSHA Guide P-1-2023)
   • HAZOP(Hazard and Operability Study): 공정의 잠재적 위험과 운전상 문제점을 체계적인 가이드 워드(Guide Word)를 사용하여 식별하는 기법.
   • FMEA(Failure Modes and Effects Analysis): 설비나 부품의 고장 모드를 예측하고 그 영향 및 결과를 분석하는 기법.
   • FTA(Fault Tree Analysis): 특정 최종 사고를 유발하는 모든 가능한 원인의 조합을 논리적으로 분석하는 기법.
3. 위험성평가 실시 시기 (지침 제5조)
   • 최초 평가: 사업장 설립일 또는 사업 개시일로부터 1년 이내.
   • 정기 평가: 1년마다 실시.
   • 수시 평가: 공정 변경, 설비 신설, 중대재해 발생 등 중요한 변경 사항 발생 시 실시.

KOSHA 가이드

• 사업장 위험성평가에 관한 지침 (고용노동부 고시 제2023-45호) 제12조(유해ㆍ위험요인 파악)

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【 문제 5 】 산업안전보건기준에 관한 규칙에서 인화성 액체 및 인화성 가스를 저장 • 취급하는 화학설비에서 증기나 가스를 대기로 방출하는 경우에는 외부로부터의 화염을 방지하기 위하여 화염방지기를 그 설비 상단에 설치해야 한다. 다만, 화염방지기를 설치하는 것을 제외할 수 있는 경우 2가지를 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제278조(화염방지기의 설치)에 규정된 내용이다.
화염방지기(Flame Arrester)는 인화성 액체나 가스를 저장·취급하는 설비에서 증기나 가스를 대기로 방출할 때, 외부의 불꽃이나 화염이 설비 내부로 침입하여 화재나 폭발을 일으키는 것을 막기 위해 설치하는 안전장치이다.
법령은 화염방지기 설치를 원칙으로 하되, 특정 조건에서는 설치를 제외할 수 있도록 예외 규정을 두고 있다.

풀이 (화염방지기 설치를 제외할 수 있는 경우 2가지)

인화성 액체 및 인화성 가스를 저장·취급하는 화학설비의 증기나 가스 방출구에 화염방지기를 설치하는 것을 제외할 수 있는 경우는 다음과 같다. (규칙 제278조 제2항)

• 키워드: 인화점/운전 온도, 불활성 가스
• 해설:
  1. 인화점이 38℃ 이상 60℃ 이하인 인화성 액체를 저장하거나 취급하는 설비에서 인화점 미만의 온도에서 운전되는 경우
  2. 대기로부터 산소 또는 공기의 유입이 방지되도록 불활성 가스나 안전한 물질이 봉입되어 있는 경우

참고자료

문제가 '화염방지기의 설치 장소'나 '설치 기준' 등과 연계되어 출제될 수 있다.

1. 화염방지기 설치 장소 (규칙 제278조 제1항)
   • 인화성 액체 및 인화성 가스를 저장·취급하는 화학설비에서 증기나 가스를 대기로 방출하는 경우, 그 설비의 상단에 설치해야 한다.
2. 화염방지기의 유지관리 (KOSHA Guide P-80-2022)
   • 정기적으로 화염방지기를 점검하고 청소하여 막힘으로 인한 과압 발생을 방지해야 한다.
   • 화염방지기의 엘리먼트(Element)는 파손이나 변형 없이 청결하게 유지되어야 한다.
3. 화염방지기의 원리
   • 화염방지기는 미세한 간격의 통로(금속망 또는 세라믹 플레이트)를 통해 가스가 통과하도록 하여, 화염이 통로를 지나려는 순간 열을 흡수 및 소멸시켜 설비 내부로 화염이 전파되는 것을 차단하는 원리를 이용한다.

법령 및 KOSHA 가이드

• 산업안전보건기준에 관한 규칙 제278조(화염방지기의 설치)

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※ 다음 논술형 2문제를 모두 답하시오. (각 25점)

【 문제 6 】 산업안전보건기준에 관한 규칙에서 정하고 있는 유해가스 발생장소 등에 대한 조치기준에 관하여 다음 물음에 답하시오.

1) 지하실, 기관실, 선창, 그 밖에 통풍이 불충분한 장소에 비치한 소화기에 이산화탄소를 사용하는 경우에 사업주가 해야 하는 조치사항 2가지를 쓰시오.
2) 이산화탄소 소화설비를 설치한 지하실, 전기실, 옥내 위험물 저장창고 등 방호구역과 이산화탄소가 충전된 소화용기 보관장소에 점검 등을 위해 출입하는 경우에 미리 사업주가 해야 하는 조치사항 5가지를 쓰시오.
3) 근로자가 불황성기체를 내보내는 배관이 있는 보일러 • 탱크 • 반응탑 또는 선창(船倉) 등의 장소에서 작업을 하는 경우에 사업주가 해야 하는 조치 사항 3가지를 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제3편(보건 기준) 중 제2장(허용농도와 작업환경 관리) 및 제281조(소화설비의 설치) 등에 규정된 질식 위험 장소 및 이산화탄소(CO2) 소화설비 관련 안전 조치 사항을 묻는 것이다.
이산화탄소나 불활성 기체(질소 등)는 밀폐 공간 내에서 산소 농도를 급격히 낮춰 근로자를 질식에 이르게 할 수 있으므로, 해당 물질을 사용하는 장소나 설비 내부 작업 시에는 특별한 안전 조치와 작업 허가 절차를 준수해야 한다.

풀이

1. 지하실, 기관실, 선창, 그 밖에 통풍이 불충분한 장소에 비치한 소화기에 이산화탄소를 사용하는 경우에 사업주가 해야 하는 조치사항 2가지를 쓰시오.
   통풍이 불충분한 장소에서 CO2 소화기를 사용하는 것은 질식 위험을 높이므로, 다음의 조치를 해야 한다. (규칙 제281조 제3항)
   • 키워드: 경고 표지, 외부 비치
   •  해설:
     • 소화기를 비치한 장소에 그 취급상 주의사항을 게시할 것
     • 통풍이 충분하도록 환기할 수 없는 장소에는 외부에 비치할 것
2. 이산화탄소 소화설비를 설치한 지하실, 전기실, 옥내 위험물 저장창고 등 방호구역과 이산화탄소가 충전된 소화용기 보관장소에 점검 등을 위해 출입하는 경우에 미리 사업주가 해야 하는 조치사항 5가지를 쓰시오.
   CO2 소화설비 작동 시 방호구역 내부는 질식 위험이 매우 높으므로, 출입 전에 산소 결핍 및 중독 예방을 위한 조치를 해야 한다. (규칙 제646조 제3항)
   • 키워드: 환기, 측정, 산소 결핍, 출입 금지
   •  해설:
     • 환기 팬을 작동하는 등 환기 조치를 충분히 할 것
     • 산소 농도를 측정하여 산소 결핍의 위험이 없도록 할 것
     • 방호구역 안의 이산화탄소의 농도를 측정하여 안전한 상태임을 확인할 것
     • 소화약제가 방출될 우려가 없도록 확실하게 차단할 것
     • 방호구역에 관계 근로자 외의 출입을 금지시킬 것
3. 근로자가 불활성기체를 내보내는 배관이 있는 보일러 • 탱크 • 반응탑 또는 선창(船倉) 등의 장소에서 작업을 하는 경우에 사업주가 해야 하는 조치 사항 3가지를 쓰시오.
   불활성 기체(질소, N2 등)는 산소와 무관한 가스이지만, 밀폐된 공간에서 누출되면 산소 농도를 급격히 낮춰 질식재해를 유발한다. 따라서 해당 장소에서의 작업은 밀폐 공간 작업에 준하는 조치를 해야 한다. (규칙 제621조 제1항)
   • 키워드: 차단/폐쇄, 꼬리표, 감독
   •  해설:
     • 불활성기체가 통하는 모든 밸브나 콕을 잠그고, 잠금장치 및 꼬리표(Tag)를 부착할 것
     • 작업 중 불활성기체의 누출을 막기 위해 배관을 분리하거나 맹판(Blind Flange)으로 폐쇄할 것
     • 불활성기체가 들어 있는 설비 또는 그 배관을 열 때에는 작업 책임자의 지휘ㆍ감독을 받도록 할 것

참고자료

문제가 '밀폐 공간 작업 시의 유해 위험 방지 조치'나 '산소 결핍의 정의' 등과 연계되어 출제될 수 있다.

1. 밀폐 공간 작업 시 조치 사항 (규칙 제619조)
   • 작업 시작 전 산소 및 유해가스 농도 측정.
   • 작업 시작 전 충분한 환기.
   • 비상 시 구출 장비 비치.
   • 작업 감시인 지정 및 배치.
2. 산소 결핍의 정의 (규칙 제618조)
   • 근로자가 산소 결핍 또는 유해가스로 인하여 건강 장애를 입을 우려가 있는 장소로서, 공기 중의 산소 농도가 18% 미만인 상태를 말한다.
3. 소화설비 점검 주기 (규칙 제282조)
   • 소화설비는 연 1회 이상 작동 점검을 실시해야 한다.

법령 및 KOSHA 가이드

• 산업안전보건기준에 관한 규칙 제281조(소화설비의 설치)
• 산업안전보건기준에 관한 규칙 제621조(불활성기체의 처리)
• 산업안전보건기준에 관한 규칙 제646조(이산화탄소 소화설비 등)

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【 문제 7 】 산업안전보건기준에 관한 규칙에서 정하고 있는 화학설비 및 그 부속설비의 종류에 관하여 다음 물음에 답하시오.

1) 화학설비의 종류를 9가지로 분류하고, 각각에 해당되는 설비를 1가지만 쓰시오.
2) 부속설비의 종류를 8가지로 분류하여 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 [별표 7]에 명시된 '화학설비 및 그 부속설비의 종류'를 묻는 것이다.
화학공장에서 취급하는 설비는 위험물질의 반응, 분리, 저장, 이송 등의 공정 활동이 이루어지는 '화학설비'와 이를 지원하거나 안전을 확보하는 '부속설비'로 구분된다. 이 분류는 법적인 안전 관리(안전거리, 계측장치 설치, 유지보수 등)의 기준이 되므로 매우 중요하다.

풀이

1. 화학설비의 종류를 9가지로 분류하고, 각각에 해당되는 설비를 1가지만 쓰시오.
   화학설비의 종류 9가지와 각각에 해당하는 설비의 예시는 다음과 같다. (규칙 [별표 7] 제1호)
   • 키워드: 반응/혼합, 분리, 저장/계량, 열교환, 가열, 가공, 이송/압축, 분체, 그 밖의 설비
   • 해설:
     • 화학물질 반응 또는 혼합장치: 반응기
     • 화학물질 분리장치: 증류탑
     • 화학물질 저장설비 또는 계량설비: 저장탱크
     • 열교환기류: 응축기
     • 고온이나 고압으로 화학물질을 가열시키는 열교환기류: 가열로
     • 화학제품 가공설비: 압출기
     • 화학물질 이송 또는 압축설비: 펌프
     • 분체(粉體)를 취급하는 장치: 분쇄기
     • 그 밖에 위에 준하는 설비: 침전조
2. 부속설비의 종류를 8가지로 분류하여 쓰시오.
   화학설비의 부속설비 종류는 다음과 같다. (규칙 [별표 7] 제2호)
   • 키워드: 계측/제어, 밸브/콕, 압력방출, 안전장치, 배관, 전열
   •  해설:
     • 계측장치(온도계, 압력계, 유량계, 액면계 등) 및 제어장치
     • 밸브 및 콕(콕)
     • 안전밸브 및 파열판 등 압력 방출장치
     • 긴급차단장치 등 비상 조치 설비
     • 가스 또는 증기를 방출하거나 처리하는 설비 (예: 플레어스택)
     • 그 밖에 해당 설비의 기능 유지를 위하여 필요한 배관
     • 열매체(熱媒體) 등 전열(傳熱) 설비
     • 기타 설비에 준하는 부속 설비 (8가지 분류에 맞추어 항목을 정리)

참고자료

문제가 '화학설비' 중에서도 특히 안전 관리가 강화되는 '특수화학설비'의 종류를 묻거나, 부속설비의 설치 기준을 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. 특수화학설비의 종류 (규칙 제273조 및 [별표 9] 참조)
   • 발열반응이 일어나는 반응장치
   • 증류·정류·증발·추출 등 분리를 하는 장치
   • 가열시키는 물질의 온도가 위험물질의 분해온도 또는 발화점보다 높은 설비
2. 부속설비 관련 안전 기준
   • 계측장치 설치: 특수화학설비에는 온도계, 압력계, 유량계 등을 설치해야 한다. (규칙 제273조)
   • 긴급차단장치 설치: 특수화학설비에는 이상 상태 발생 시 자동 차단할 수 있는 긴급차단장치를 설치해야 한다. (규칙 제275조)

KOSHA 가이드

• 산업안전보건기준에 관한 규칙 [별표 7] 화학설비 및 그 부속설비의 종류

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※ 다음 논술형 2문제 중 1문제를 선택하여 답하시오. (각 25점)

【 문제 8 】 화학설비 장치파손의 원인 중 수소에 의한 재료손상(수소부식)의 원리 및 방지대책에 관하여 다음 물음에 답하시오.

1) 수소부풀림(수소기포화), 수소취성, 탈탄소, 수소침식의 원리를 각각 쓰시오.
2) 수소부풀림(수소기포화), 수소취성, 수소침식의 방지대책을 각각 3가지만 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

수소에 의한 재료 손상(Hydrogen Damage)은 금속 재료가 수소와 접촉하여 발생하는 여러 가지 손상 메커니즘을 통칭하며, 이는 화학공장 설비 파손의 주요 원인이다. 수소 손상은 크게 낮은 온도에서 발생하는 수소취성 및 수소부풀림(수소기포화)과 높은 온도에서 발생하는 수소침식(고온수소침식)으로 구분된다. 원자 상태의 수소($H$)가 금속 격자 내부로 침투하여 발생하는 이 현상은 설비의 강도와 연성을 급격히 저하시킨다.

풀이

1. 수소부풀림(수소기포화), 수소취성, 탈탄소, 수소침식의 원리를 각각 쓰시오.
   • 수소부풀림(Hydrogen Blistering)의 원리
     • 키워드: 원자 수소, 재결합, 공동(Void) 축적 압력
     • 해설: 부식 환경 등에서 금속 내부로 침투한 원자 상태의 수소($H$)가 금속 내부의 빈 공간(공동, Void)이나 비금속 개재물 등에서 수소 분자($H_{2}$)로 재결합한다. 이 수소 분자($H_{2}$)가 빠져나가지 못하고 축적되어 고압을 형성하며 금속 표면이 물집처럼 부풀어 오르는 현상이다.
   • 수소취성(Hydrogen Embrittlement)의 원리
     • 키워드: 원자 수소, 격자 침투, 연성 저하, 응력 집중
     • 해설: 상온 또는 저온에서 금속 내부로 침투한 원자 상태의 수소($H$)가 금속 격자 틈새에 자리 잡거나 전위(Dislocation) 주변에 모여들어 금속의 연성 및 인성을 저하시켜 작은 응력에도 쉽게 취성 파괴를 일으키는 현상이다.
   • 탈탄소(Decarburization)의 원리
     • 키워드: 고온, 수소침식 초기, 탄소 반응
     • 해설: 고온·고압의 수소 환경에서 침투한 수소($H$)가 강(Steel) 내부의 시멘타이트($Fe_3C$) 등 탄소와 반응하여 메탄($CH_4$) 가스를 생성하고 금속에서 탄소가 빠져나가는 현상이다. 이는 고온수소침식(HTHA)의 초기 단계로, 금속의 강도를 저하시킨다.
   • 수소침식(Hydrogen Attack)의 원리
     • 키워드: 고온·고압, 메탄 가스, 내부 균열(Chalking)
     • 해설: 고온($200^{\circ}C$ 이상) 및 고압의 수소 환경에서 침투한 수소가 탄소와 반응하여 메탄 가스($CH_4$)를 생성하는 화학적 손상이다. 생성된 메탄 가스는 입계(Grain Boundary) 등에 축적되어 높은 압력을 발생시켜 미세한 균열(크래킹)을 만들고, 강을 영구적으로 손상시킨다.
2. 수소부풀림(수소기포화), 수소취성, 수소침식의 방지대책을 각각 3가지만 쓰시오.
   • 수소부풀림(Hydrogen Blistering) 방지 대책 3가지
     • 키워드: 환경 제어, 재료 개선, 용접 관리
     • 해설:
       1. 부식 억제제 사용: 부식성 환경에 부식 억제제(Inhibitor)를 투입하여 수소($H$) 발생을 줄인다.
       2. 수소 재결합 방지: 비금속 개재물 등 수소가 재결합하는 장소를 줄이기 위해 청정한 강재를 사용한다.
       3. 피복(Lining) 설치: 용기 내부에 내식성 및 수소 침투 저항성이 있는 라이닝(Cladding)을 설치한다.
   • 수소취성(Hydrogen Embrittlement) 방지 대책 3가지
     • 키워드: 저경도 재료, 열처리(Baking), 응력 완화
     • 해설:
       1. 고강도 재료 사용 금지: 경도가 높은 고강도강 대신 저경도(Low Hardness) 재료를 사용한다. (경도 HRC 22 이하 유지)
       2. 탈수소 열처리(Baking): 침투된 수소를 외부로 방출시키기 위해 용접 후 또는 도금 후 일정 온도에서 가열하는 열처리(Baking)를 실시한다.
       3. 응력 제거: 잔류 인장 응력을 제거하기 위해 용접 후 후열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)를 실시한다.
   • 수소침식(Hydrogen Attack) 방지 대책 3가지
     • 키워드: 넬슨 선도, 합금강 사용, 온도/압력 제어
     • 해설:
       1. 합금강 사용: 강 내부에 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo) 등 안정한 탄화물을 형성하는 원소를 첨가한 합금강(예: Cr-Mo강)을 사용한다.
       2. 넬슨 선도(Nelson Curve) 활용: 용기의 운전 온도와 수소 분압을 넬슨 선도의 안전 운전 영역 이하로 유지한다.
       3. 운전 조건 제어: 공정의 온도와 수소 분압을 낮추거나, 수소 농도를 낮추는 등 운전 조건을 제어한다.

참고자료

문제가 '넬슨 선도'의 개념이나 '수소 취성에 민감한 재료'를 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. 수소 취성에 민감한 재료
   • 고강도 강(High-Strength Steel), 마르텐자이트 조직을 갖는 강, 경도가 높은 용접 열영향부(HAZ) 등이다.
2. 넬슨 선도(Nelson Curve)의 목적
   • 고온수소침식(HTHA)이 발생하지 않는 재료 등급별 안전 운전 영역 (온도 vs 수소 분압)을 시각적으로 나타낸 도표이다. Cr과 Mo의 함량이 높을수록 사용 가능한 온도와 압력 조건이 높아진다.
3. 수소 취성 vs 수소 침식
   • 수소 취성은 저온, 수소 침식은 고온에서 발생하며, 수소 취성은 수소를 제거하면 회복 가능한 가역적 손상인 반면, 수소 침식은 탈탄소로 인한 영구적 손상이다.

KOSHA 가이드

• KOSHA Guide M-106-2012 (화학설비의 부식 손상 및 방지대책에 관한 기술지침) 4.10 수소손상
• KOSHA Guide D-28-2013 (수소가스 분위기에서 사용되는 재료 선정에 관한 기술지침)

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【 문제 9 】 화학물질의 분류 • 표시 및 물질안전보건자료에 관한 기준에 관하여 다음 물음에 답하시오.

1) 물질안전보건자료 작성 시 포함되어야 하는 항목을 15가지만 쓰시오. (단, 그 밖의 참고사항은 제외한다.)
2) 물질안전보건자료대상물질 포장용기에 표시할 수 있는 경고표지 기재항목을 6가지만 쓰시오.
3) 화학물질 등의 분류에서 정하고 있는 $LD_{50}$(lethal dose 50%), $EC_{50}$(effective concentration 50%)의 정의를 쓰시오.

답안

문제 개요 및 개념 설명

이 문제는 「화학물질의 분류ㆍ표시 및 물질안전보건자료에 관한 기준」(고용노동부 고시)에 규정된 물질안전보건자료(MSDS, Material Safety Data Sheet)의 작성 항목, 용기 경고 표지 기재 항목, 그리고 독성 관련 용어의 정의를 묻고 있다.
MSDS는 화학물질의 유해성·위험성 정보, 응급조치 요령, 취급 방법 등을 상세하게 제공하는 문서로, 근로자의 건강 보호 및 화학사고 예방을 위한 핵심적인 정보 전달 수단이다.

풀이

1. 물질안전보건자료 작성 시 포함되어야 하는 항목을 15가지만 쓰시오. (단, 그 밖의 참고사항은 제외한다.)
   MSDS에 포함되어야 하는 16가지 항목 중 15가지는 다음과 같다. (고시 제10조 제1항)
   • 키워드: 화학제품/회사, 유해성/위험성, 조성, 응급조치, 폭발/누출, 취급/저장, 노출/보호, 물리/화학, 안정성/반응성, 독성/생태/폐기, 운송/법규
   •  해설:
     1. 화학제품과 회사에 관한 정보
     2. 유해성·위험성
     3. 구성성분의 명칭 및 함유량
     4. 응급조치 요령
     5. 폭발ㆍ화재 시 대처 방법
     6. 누출 사고 시 대처 방법
     7. 취급 및 저장 방법
     8. 노출 방지 및 개인 보호구
     9. 물리화학적 특성
     10. 안정성 및 반응성
     11. 독성에 관한 정보
     12. 환경에 미치는 영향
     13. 폐기 시 주의사항
     14. 운송에 필요한 정보
     15. 법적 규제 현황
2. 물질안전보건자료대상물질 포장용기에 표시할 수 있는 경고표지 기재항목을 6가지만 쓰시오.
   물질안전보건자료대상물질을 담은 용기에 표시해야 하는 경고표지 기재항목은 7가지이며, 이 중 6가지를 쓰면 된다. (고시 제16조 제1항)
   • 키워드: 명칭, 그림, 신호어, 유해위험문구, 예방조치, 공급자
   •  해설:
     1. 명칭: 화학물질의 명칭
     2. 그림: 유해성ㆍ위험성을 나타내는 그림 (Pictogram)
     3. 신호어: 위험의 정도를 나타내는 신호어 (Signal Word, 예: 위험, 경고)
     4. 유해ㆍ위험 문구: 유해성 및 위험성에 대한 정보를 나타내는 문구 (Hazard Statement)
     5. 예방조치 문구: 유해성 및 위험성을 예방하기 위한 문구 (Precautionary Statement)
     6. 공급자 정보: 공급자의 이름 및 전화번호
3. 화학물질 등의 분류에서 정하고 있는 $LD_{50}$(lethal dose 50%), $EC_{50}$(effective concentration 50%)의 정의를 쓰시오.
   • $LD_{50}$ (lethal dose 50%, 50% 치사량)의 정의
     • 키워드: 투여, 시험 동물군, 50% 사망
     • 해설: 한 번에 투여한 물질의 양(Dose)으로, 시험 동물군의 50%를 사망시키는 물질의 양을 말한다. (경구, 경피 투여 등)
   • $EC_{50}$ (effective concentration 50%, 50% 유효 농도)의 정의
     • 키워드: 흡입, 시험 동물군, 50% 유효 영향
     • 해설: 흡입에 의해 시험 동물군의 50%에서 유효한 영향(특정 독성 영향)을 나타내게 하는 물질의 농도(Concentration)를 말한다. (일반적으로 치사 농도 $LC_{50}$으로 사용되는 경우가 많음)

참고자료

문제가 MSDS 교육 내용을 묻거나, 경고 표지의 그림 문자(Pictogram) 종류를 묻는 문제로 변형될 수 있다.

1. MSDS 교육 내용 (규칙 제167조)
   • 대상 화학물질의 명칭, 유해성ㆍ위험성
   • 안전 및 보건상의 조치 사항
   • 물질안전보건자료의 확인 방법
2. 경고 표지 그림 문자 종류 (9가지)
   • 폭발성, 인화성, 산화성, 고압가스, 부식성, 급성 독성, 발암성/변이원성/생식독성, 건강 유해성, 환경 유해성.
3. LC50 (Lethal Concentration 50%)의 정의 (참고)
   • 키워드: 흡입, 시험 동물군, 50% 사망
   • 해설: 흡입에 의해 시험 동물군의 50%를 사망시키는 물질의 농도($Concentration$)를 말한다.

KOSHA 가이드

• 화학물질의 분류ㆍ표시 및 물질안전보건자료에 관한 기준 (고용노동부 고시 제2020-130호, 현행 고시 참조) 제10조, 제16조, 제2조(정의)