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연소이론
문제

수소의 연소범위가 4~75vol%일 때 위험도(H)는? (소수점 둘째 자리에서 반올림)

해설
위험도 H는 연소상한계에서 연소하한계를 뺀 값을 연소하한계로 나누어 구한다. 수소는 (75-4)/4=71/4=17.75이다. 뺄셈을 생략해 UFL을 LFL로 그대로 나누거나, 분모를 UFL로 잘못 쓰거나, 소수점을 잘못 옮기면 오답이 된다.
[근거 조문] 위험도 H=(UFL-LFL)/LFL
같은 주제 다음 문제인화점(flash point)에 대한 설명으로 옳은 것은?이 문제가 수록된 문제집[개념+문제은행] 가성비 최고, 구급 경채 평생 패키지49,000원

심화 해설

수소의 연소범위(폭발범위)는 4~75 vol%로, 가연성 가스 중에서 가장 넓은 범위를 가집니다. 위험도(H)는 연소범위의 넓이를 연소하한계(LFL)로 나눈 값으로, 위험도(H) = (연소상한계 - 연소하한계) / 연소하한계 공식을 적용합니다.

수소의 위험도 계산은 (75 - 4) / 4 = 71 / 4 = 17.75가 됩니다. 따라서 정답은 17.75입니다.

혼동 주의! 위험도 계산 시 분모는 반드시 연소하한계(LFL)를 사용합니다. 연소상한계(UFL)를 분모로 쓰면 71/75 = 0.95가 되어 보기 2번의 오답을 선택하게 됩니다.

응급구조학과 병원전 처치 관점에서 수소의 위험도가 높은 이유는 연소하한계가 4 vol%로 매우 낮기 때문입니다. 이는 공기 중에 수소가 4%만 존재해도 점화원이 있으면 폭발할 수 있다는 의미로, 누출 시 빠르게 위험한 농도에 도달합니다. 또한 연소범위가 75%까지 넓어 상한계에 도달하기 전까지는 농도가 높아져도 폭발 위험이 계속 존재합니다.

수소는 다른 가연성 가스보다 연소하한계가 낮고 연소범위가 넓어 위험도 값이 크게 산출되며, 이는 현장에서 수소 누출 사고 시 폭발 가능성을 신속히 평가하는 지표로 활용됩니다. [1]

핵심! 위험도(H)가 클수록 해당 가스는 폭발 위험성이 높습니다. 수소의 H = 17.75는 메탄(H ≈ 2.0), 프로판(H ≈ 1.8) 등 다른 연료 가스보다 훨씬 높은 값으로, 수소 취급 시설이나 차량 사고 현장에서는 환기와 점화원 차단이 최우선입니다.
참고 문헌 (논문 출처)
  • [1]
    Recent Progress in Hydrogen Flammability Prediction for the Safe Energy Systems일반논문Joongoo Jeon, Sung Joong Kim (2020) · DOI: 10.3390/en13236263

임상 시나리오

수소 누출 현장 위험도 평가연소범위와 위험도 계산으로 폭발 가능성 신속 판단

수소의 연소범위는 4~75 vol%로, 위험도(H)는 (연소상한계 - 연소하한계) / 연소하한계로 계산한다. 수소는 (75-4)/4 = 17.75로 메탄(약 2.0)이나 프로판(약 1.8)보다 훨씬 높다.

연소하한계가 4 vol%로 매우 낮아 공기 중 수소 농도가 4%만 되어도 점화원이 있으면 폭발할 수 있다. 누출 시 빠르게 위험 농도에 도달하므로 환기와 점화원 차단이 최우선이다.

주의

위험도 계산 시 분모는 반드시 연소하한계(LFL)를 사용한다. 상한계를 분모로 쓰면 0.95로 잘못 계산되어 위험성을 과소평가하게 된다.

핵심 개념

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