2022년 3회 기출복원 모의고사

증기운 폭발(UVCE)은 누출된 가연성 증기가 대기 중으로 확산되어 구름을 형성한 뒤 점화되는 현상으로, 점화가 지연되어 증기운이 크게 형성될수록 폭발 위력이 커지는 경향이 있다. 즉 점화 위치가 방출점에서 멀어질수록 그만큼 더 큰 증기운이 형성된 뒤 점화되어 폭발위력이 커질 수 있으므로, 방출점에 가까울수록 위력이 크다는 설명은 틀렸다.

실제로는 폭발보다 화재로 끝나는 경우가 많고, 연소에너지 중 폭풍파로 전환되는 비율은 통상 20% 내외로 낮으며, 증기운이 클수록 점화 가능성이 커진다는 설명은 옳다.

질소산화물(NOx)은 연소온도가 높을수록, 특히 국부적으로 고온 영역이 형성될수록 열적(Thermal) NOx 생성이 급격히 늘어난다. 따라서 고온연소는 오히려 NOx 생성을 촉진하는 조건이며 억제 방법이 될 수 없다.

2단연소, 농담연소(연료 농도를 부분적으로 조절하는 연소), 배기가스 재순환 연소는 모두 화염 온도를 낮추거나 산소 농도를 희석시켜 NOx 생성을 억제하는 대표적인 방법이다.

벤젠은 C/H 비가 1로 가장 크고 방향족 고리가 분해 중 그대로 축합되므로 매연이 가장 많다.

탄화수소는 C/H 비가 클수록, 구조로는 파라핀계보다는 올레핀계·나프텐계, 그보다는 방향족일수록 탈수소·축합이 쉬워 미연 탄소 입자(매연)가 생기기 쉽다.

• 노말헥산 — C/H 비가 가장 작은 파라핀계라 매연이 가장 적다.
• 1-헥센·사이클로헥산 — 그 사이에 있다.

액체연료는 고체연료 대비 회분 함유량이 매우 적고, 연소효율 및 열효율이 우수하며, 저장·운반·취급이 간편하다는 장점이 있다. 반면 1번은 오류인데, 액체연료는 고체연료보다 화재·폭발·역화 등의 위험이 더 크다. 액체연료는 휘발성이 높아 착화성이 우수한 반면, 이로 인해 누출·증발·착화 위험이 증가하고 특히 유증기 폭발 위험이 있으므로 고체연료보다 안전성 측면에서 열악하다.

고위발열량과 저위발열량의 차이는 연소로 생성된 물이 수증기 상태로 남을 때 방출하지 못하는 증발잠열에 해당한다. 물의 증발잠열은 1기압 기준으로 약 539 cal/g이며, 이를 물 1mol(18g) 당 열량으로 환산하면 $539 \times 18 = 9702$ cal/mol이 된다.

따라서 표준상태에서 고위·저위발열량의 차이를 몰 단위로 나타내면 9702 cal/mol에 해당한다.

경유 1000L는 1kL이므로, 석유환산계수 0.92 TOE/kL를 적용하면 $1 \times 0.92 = 0.92\ \mathrm{TOE}$가 된다.

여기에 탄소배출계수 0.837 TC/TOE를 곱하면 $0.92 \times 0.837 \approx 0.77\ \mathrm{TC}$로 계산된다.

과잉공기량의 많고 적음은 배가스로 빠져나가는 열량과 직결되어 열효율에 영향을 주고, 산소 공급이 부족하면 CO 배출량이 늘어나며, 과잉공기가 많으면 불필요한 공기 가열에 열이 소모되어 노 내 온도가 낮아지는 등 세 항목 모두 과잉공기량과 직접적인 관계가 있다.

반면 연소 시 와류 형성은 버너 노즐의 형상이나 공기 취입 방식 등 연소장치의 구조적 설계에 좌우되는 요소로, 과잉공기량의 많고 적음과는 직접적인 관련이 가장 적다.

아세틸렌, 히드라진, 에틸렌은 산소가 없는 상태에서도 자체의 분해 반응만으로 큰 발열과 압력 상승을 일으켜 폭발할 수 있는 분해폭발성 물질로 알려져 있다.

수소는 가연성가스로서 공기나 산소와 혼합되었을 때 연소·폭발할 수 있으나, 그 자체가 분해되면서 폭발을 일으키는 분해폭발성 물질에는 해당하지 않는다.

과잉공기가 지나치게 많아지면 연소에 관여하지 않는 여분의 공기(질소 등)가 배기가스량을 늘려 배기가스가 가지고 나가는 열량, 즉 배기가스 열손실이 커진다.

반대로 과잉공기가 과다하면 연소가스가 희석되어 이산화탄소 비율은 오히려 낮아지고, 연소온도도 낮아지며, 열손실 증가로 보일러 효율도 떨어진다.

고체 연료는 매장량이 풍부하고 채굴·가공 비용이 상대적으로 낮아 연료비가 저렴하고 구하기 쉬운 것이 대표적인 장점이다.

반면 성분과 입도가 불균일하여 품질이 일정하지 않고, 착화·소화에 시간이 걸리며, 연소 시 미연분과 회분이 남아 완전연소가 어려워 연소효율이 액체·기체 연료보다 낮은 편이다.

가연성 액체 표면에서 발생한 증기와 공기의 혼합기가 연소범위 내에 있을 때, 여기에 불꽃을 가까이 대면 순간적으로 불이 붙는 최저온도를 인화점(인화온도)이라 한다.

기화온도는 액체가 기체로 상변화하는 온도, 착화온도(발화점)는 외부 점화원 없이 스스로 불이 붙는 온도, 임계온도는 기체를 아무리 압축해도 액화되지 않는 온도로 각각 인화온도와는 구분되는 개념이다.

산포식, 쇄상식, 계단식은 모두 저질탄·조분탄과 같은 고체연료를 화격자(스토커) 위에서 연소시키는 방식으로, 저품위 고체연료 연소에 널리 사용된다.

분무식은 액체연료를 미립화하여 분사·연소시키는 방식이므로 고체연료인 저질탄·조분탄의 연소방식에는 해당하지 않는다.

완전연소에 가까워지려면 연료와 공기가 잘 섞여야 한다.

또 반응이 끝날 만큼 연소실 안에 머무는 시간이 확보되어야 한다.

• 공기 온도를 낮춤 — 착화와 연소가 늦어진다.
• 공기비 1.0 미만 — 산소 부족으로 불완전연소가 된다.
• 큰 분무 입경 — 증발·혼합이 늦어져 미연분이 늘어난다.

혼합가스의 연소하한계는 르 샤틀리에(Le Chatelier)의 법칙을 이용해 각 성분의 부피비를 해당 성분 연소하한계로 나눈 값의 합의 역수로 구한다.

$\dfrac{1}{L} = \dfrac{0.5}{5} + \dfrac{0.25}{3} + \dfrac{0.25}{2.1} = 0.100 + 0.083 + 0.119 = 0.302$

$L = \dfrac{1}{0.302} \approx 3.3\ \%$로, 혼합가스의 연소하한계는 약 3.3%이다.

C₃H₈, C₄H₁₀의 완전연소 반응식은 각각 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$, $\mathrm{C_4H_{10} + 6.5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O}$이므로, 이론산소량은 $O_o = 0.7 \times 5 + 0.3 \times 6.5 = 5.45\,\mathrm{Nm^3/Nm^3}$이다.

공기 중 산소 비율 21%를 적용하면 이론공기량은 $A_o = \dfrac{O_o}{0.21} = \dfrac{5.45}{0.21} \approx 26\,\mathrm{Nm^3/Nm^3}$이 된다.

링겔만 매연농도표는 0도(백색)부터 5도(흑색)까지 6단계로, 1도가 20% 에 해당한다. 매연농도율은 측정시간으로 가중평균한 농도를 최대 농도 5도 기준의 백분율로 나타낸 값이다.

측정 결과에서 (농도 × 시간)의 합은 4×10 + 3×15 + 2×15 + 1×20 = 40 + 45 + 30 + 20 = 135 이고, 총 측정시간은 10 + 15 + 15 + 20 = 60분(1시간)으로 문제 조건과 맞는다.

따라서 매연농도율 = 135 ÷ (5 × 60) × 100 = 45% 이다. 같은 계산은 각 농도를 20% 씩으로 환산해 135 × 20 ÷ 60 = 45% 로 구해도 된다.

혼합기체의 전체 몰수는 이상기체 상태방정식으로 구할 수 있다. $n = \dfrac{PV}{RT} = \dfrac{300 \times 0.3}{8.314 \times 363} \approx 0.0298\ \mathrm{kmol} = 29.8\ \mathrm{mol}$.

메탄의 이론공기량은 $\dfrac{2}{0.21} \approx 9.52\ \mathrm{mol\ air/mol\ CH_4}$이고 20% 과잉이므로 실제공기는 메탄 1몰당 약 11.4몰이 필요하다. 즉 혼합물 1몰당 메탄의 비율은 $\dfrac{1}{1+11.4} \approx 0.0805$이므로 메탄 몰수는 $29.8 \times 0.0805 \approx 2.4\ \mathrm{mol}$이고, 분자량 16 g/mol을 곱하면 질량은 약 38.4g이 된다.

연도에 설치하는 댐퍼는 주로 통풍력(드래프트)을 조절하고, 필요시 배기가스의 흐름을 완전히 차단하거나, 주연도·부연도가 있는 설비에서 가스 흐름 경로를 바꾸는 데 사용된다.

반면 연소에 사용되는 과잉공기의 양은 버너나 통풍구(윈드박스)의 공기 댐퍼로 조절하는 것이 일반적이므로, 연도 댐퍼의 설치 목적으로는 과잉공기 조절이 가장 거리가 멀다.

메탄 1kg을 완전연소시키는 데 필요한 이론공기량은 $A_o = \dfrac{4}{0.232} \approx 17.2\ \mathrm{kg}$(공기 중 산소의 질량비 23.2% 적용)이며, 공기비 1.3을 적용한 실제공기량은 $1.3 \times 17.2 \approx 22.4\ \mathrm{kg}$이다.

연료 1kg과 합친 연소가스 총질량은 약 23.4kg이므로, 열수지식 $Q_l = m_g \times c_p \times \Delta T$에서 $\Delta T = \dfrac{49000}{23.4 \times 1.29} \approx 1620\ \mathrm{K}$가 되고, 연소 전 온도 298K를 더하면 단열연소온도는 약 1920~1930K로 계산되어 1932K에 가장 가깝다.

연소가스 100mol을 기준으로 질소수지를 이용하면 공급 공기 중 산소량은 $N_2 \times \dfrac{21}{79} = 82 \times \dfrac{21}{79} \approx 21.80\ \mathrm{mol}$이다.

탄소가 CO2와 CO로 전환되며 소비한 산소는 $9\times1 + 1\times0.5 = 9.5\ \mathrm{mol}$이고, 배기가스 중 남은 산소(과잉산소)가 8mol이므로 수소가 물로 전환되며 소비한 산소는 $21.80 - 9.5 - 8 \approx 4.30\ \mathrm{mol}$이다.

이 산소로 생성된 수증기는 $4.30 \div 0.5 \approx 8.59\ \mathrm{mol}$이며 수소원자 수는 그 2배인 약 17.19mol, 탄소원자 수는 CO2와 CO의 합인 10mol이므로 $\dfrac{y}{x} = \dfrac{17.19}{10} \approx 1.72$가 된다.

이상기체 상태방정식은 압력이 낮고 온도가 높을수록, 즉 분자 간 인력과 분자 자체의 부피가 무시할 만한 조건일수록 실제기체 거동에 더 가깝게 맞아 오차가 작아진다.

제시된 조건 중 압력이 가장 낮고(0.1MPa) 온도가 가장 높은(100℃) 상태가 이상기체 거동에 가장 가까우므로 오차가 가장 작다. 반대로 압력이 높고 온도가 낮은 조건일수록 액화(응축)에 가까워져 오차가 커진다.

단열변화는 계와 외부 사이에 열의 출입이 없는 상태변화다.

등온변화·정적변화·정압변화는 각각 온도·부피·압력을 일정하게 유지하는 과정으로 열의 출입이 수반되지만, 단열변화는 계를 열적으로 차단한 상태에서 압력·부피·온도가 변한다.

정압과정에서 계가 외부에 하는 일은 $W = P\Delta V = 300\times(0.8-0.5) = 90\ \mathrm{kJ}$이다.

열역학 제1법칙 $Q = \Delta U + W$에 따라 내부에너지 증가량은 $\Delta U = Q-W = 160-90 = 70\ \mathrm{kJ}$로 계산된다.

상태량은 물질의 양에 비례하는지에 따라 종량성(용량성, extensive)과 강도성(intensive)으로 나뉜다. 엔탈피, 체적, 내부에너지, 질량 등은 물질량이 늘면 그 값도 함께 커지는 종량성 상태량이다.

비체적, 압력, 절대온도는 물질의 양과 무관하게 정해지는 강도성 상태량이므로 용량성 상태량에 해당하지 않는다.

냉동기의 성능계수(COP)는 저온부에서 흡수한 열량을 압축기에 투입한 일로 나눈 값이다. 이 문제에서 투입 일은 고온부 방출열과 저온부 흡수열의 차이로 구할 수 있다.

$W = Q_H - Q_L = 40 - 30 = 10\ \mathrm{kW}$이므로, 성능계수는 $COP = \dfrac{Q_L}{W} = \dfrac{30}{10} = 3$이 된다.

비엔트로피의 단위는 kcal/kg·K(SI로는 kJ/kg·K)이다.

비엔트로피는 단위 질량당 엔트로피로, 열량을 질량과 절대온도로 나눈 값이다.

• kcal/K — 질량을 곱한 전체 엔트로피의 단위이다.
• kcal/kg — 비엔탈피처럼 단위 질량당 에너지의 단위다.
• kg·m/kg — 단위 질량당 일의 꼴로 엔트로피와 관계없다.

몰리에르 선도는 가로축 엔트로피, 세로축 엔탈피의 h-s 선도이다.

보기 중 엔탈피·엔트로피를 두 축으로 하는 것이 해당된다.

• 비체적과 온도를 축으로 하는 것은 몰리에르 선도가 아니다.
• 온도와 엔탈피를 축으로 하는 조합은 몰리에르 선도가 아니다.
• 엔트로피와 온도를 축으로 하는 것은 T-s 선도이다.

비열비는 $k=\dfrac{c_p}{c_v}=\dfrac{1000}{750}=\dfrac{4}{3}$이므로, 가역단열(등엔트로피) 압축 과정에서는 $\dfrac{T_2}{T_1}=\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}$ 관계가 성립한다.

지수는 $\dfrac{k-1}{k}=\dfrac{1/3}{4/3}=0.25$이고 압력비는 $\dfrac{P_2}{P_1}=\dfrac{300}{100}=3$이므로, $T_2=(30+273)\times 3^{0.25}\approx303\times1.316\approx399\ \mathrm{K}$이다.

따라서 최종온도는 $399-273\approx126\,^\circ\mathrm{C}$이며, 반드시 절대온도로 환산해 계산해야 함에 유의한다.

일 450 kJ·방출열 550 kJ 만 두 조건을 모두 만족합니다.

제1법칙에 따라 일과 방출열의 합은 받은 열 1000 kJ 과 같아야 하고,
제2법칙에 따라 열효율은 카르노 효율 $1-\dfrac{300}{600}=0.5$ 를 넘을 수 없으므로 일은 500 kJ 이하여야 합니다.

일 550 kJ 은 에너지 합은 맞지만 효율 55 %로 제2법칙에 어긋나고, 합이 1100 kJ·900 kJ 인 경우는 제1법칙에 어긋납니다.

과열증기는 주어진 압력에서 포화온도보다 높은 온도, 주어진 온도에서 포화증기 엔탈피보다 높은 엔탈피를 가지며, 주어진 비체적에서는 포화증기 압력보다 높은 압력을 갖는 상태이다.

다만 같은 온도에서 비교하면 과열증기는 포화증기보다 압력이 낮고 밀도가 작아 비체적이 오히려 크다. 따라서 주어진 온도에서 포화증기 비체적보다 낮은 비체적이라는 설명은 실제와 반대이므로 과열증기의 상태를 나타내지 않는다.

비체적은 $v = \dfrac{V}{m} = \dfrac{0.4}{2} = 0.2\ \mathrm{m^3/kg}$이다.

건도는 $x = \dfrac{v-v_f}{v_g-v_f} = \dfrac{0.2-0.00104}{1.672-0.00104} \approx 0.119$로, 약 11.9%가 된다.

포화수와 건포화증기 비체적 사이 값이므로 습증기 상태이며, 계산된 건도가 곧 기체(증기) 질량 비율이다.

디젤사이클의 열효율은 $\eta = 1 - \dfrac{1}{\varepsilon^{k-1}}\times\dfrac{\sigma^k - 1}{k(\sigma - 1)}$로 구한다. 여기서 $\varepsilon$은 압축비, $\sigma$는 단절비(체절비)이다.

압축비 17, 단절비 3, 비열비 1.4를 대입하면 $\varepsilon^{k-1} = 17^{0.4} \approx 3.11$, $\dfrac{\sigma^k-1}{k(\sigma-1)} = \dfrac{3^{1.4}-1}{1.4\times2} \approx 1.31$이 되어 $\eta \approx 1 - \dfrac{1.31}{3.11} \approx 0.58$, 즉 약 58%이다.

좋은 냉매는 증발열(잠열)이 크고 비체적이 작아 적은 냉매 순환량으로도 큰 냉동효과를 낼 수 있어야 하며, 임계온도가 높아 상온에서도 액화가 쉬워야 한다.

반면 비열비(Cp/Cv)는 작을수록 압축기에서 토출가스 온도 상승이 작아 압축일이 줄고 압축기 보호에 유리하므로, 비열비가 클 것을 요구하는 설명은 냉매의 바람직한 조건과 맞지 않는다.

클라시우스(Clausius) 적분은 사이클 한 바퀴를 돌면서 열량을 그때의 절대온도로 나눈 값을 모두 더한 것으로, $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \le 0$ 라는 부등식이 성립한다. 여기서 등호는 오직 가역 사이클일 때만 성립한다.

따라서 모든 과정이 가역이면 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} = 0$ 이고, 마찰·유한온도차 열전달 등 비가역성이 하나라도 있으면 그 값은 0보다 작아져 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} < 0$ 이 된다. 이는 비가역 과정에서 엔트로피가 추가로 생성되기 때문이며, 열역학 제2법칙을 정량적으로 표현한 것이다.

적분값이 0보다 크게 나오는 사이클은 제2법칙을 어기므로 실현될 수 없고, 0 이상(≥ 0)이라는 표현 역시 등호가 성립하지 않는 비가역 사이클에는 맞지 않는다.

열역학 제0법칙은 열평형의 이행성(transitivity)을 말한다. A가 B와 열평형이고 동시에 C와도 열평형이면 B와 C의 온도가 같다는 것으로, 온도라는 물리량과 온도계 측정의 근거가 되는 법칙이다.

제1법칙은 에너지 보존 법칙으로 열과 일이 서로 변환될 뿐 총량은 보존된다는 것이며, 제1종 영구기관이 불가능함을 뜻한다. 제2법칙은 에너지 전달의 방향성을 규정해 열이 저온에서 고온으로 저절로 흐르지 않고 열을 100 % 일로 바꿀 수 없음을 말하며, 엔트로피 증가 원리로 표현된다.

제3법칙은 절대온도 0 K에서 완전한 결정질의 절대 엔트로피가 0이라는 네른스트의 열정리로, 엔트로피의 절대값 기준점을 제공하고 절대영도에 도달할 수 없음을 시사한다.

따라서 0·1·2·3법칙 순서로 배열하면 열평형 이행성 → 에너지 보존 → 에너지 전달 방향 → 0 K에서 엔트로피 0, 즉 라 – 가 – 나 – 다 순이 된다.

열펌프(히트펌프)는 저온부에서 열을 흡수해 압축일을 더한 뒤 고온부로 방출하는 장치로, 그 목적은 고온부로 방출되는 열을 얻는 데 있다.

따라서 열펌프의 성능계수(COP)는 압축기에 투입한 일(work input)에 대한 고온부 방출열의 비, 즉 $COP_{HP} = \dfrac{Q_H}{W}$로 정의된다. 저온부 흡수열을 일로 나눈 값은 냉동기의 성능계수이므로 구분해야 한다.

밀폐 용기(부피 일정)에서 이상기체 상태식 $PV=mRT$를 이용하면, 나중과 처음 질량의 비는 $\dfrac{m_2}{m_1}=\dfrac{P_2/T_2}{P_1/T_1}$로 구할 수 있다.

대입하면 $m_2=49\times\dfrac{415/300}{850/325}\approx25.9\,\mathrm{kg}$가 남은 기체 질량이며, 누출된 기체량은 $49-25.9\approx23.1\,\mathrm{kg}$이다.

엔트로피 변화량은 약 0.299 kJ/K 입니다.

온도와 압력이 함께 변하므로
$\Delta S=m\left(c_{p}\ln\dfrac{T_{2}}{T_{1}}-R\ln\dfrac{P_{2}}{P_{1}}\right)=1\times(1.005\ln 2-0.287\ln 4)\approx 0.299\ \mathrm{kJ/K}$ 입니다.

압력 항을 빼지 않고 더하면 1.094, 압력 항을 빠뜨리면 0.697 이 나오며, 정압비열 대신 정적비열을 쓰면 0.100 이 됩니다.

보일러 효율은 증기가 얻은 열량을 연료의 공급열량으로 나눈 값이며, 증기가 얻은 열량은 발생증기량 × (발생증기 엔탈피 − 급수 엔탈피)로 구한다.

시간당 증기가 얻은 열량은 $2000\times(2700-84) = 5{,}232{,}000\ \mathrm{kJ/h}$이고, 연료의 공급열량은 $150\times42000 = 6{,}300{,}000\ \mathrm{kJ/h}$이다.

따라서 효율은 $\dfrac{5{,}232{,}000}{6{,}300{,}000} \approx 0.83$, 약 83%로 계산된다.

동일한 압력에서 포화수와 포화증기(건포화증기)는 같은 포화온도를 갖는다. 따라서 포화증기가 포화수보다 온도가 더 높다는 설명은 옳지 않다.

건포화증기를 그 압력의 포화온도 이상으로 계속 가열한 것이 과열증기이므로 과열증기는 건포화증기보다 온도가 높으며, 습포화증기와 건포화증기는 증발이 끝나기 전후의 상태 차이일 뿐 같은 압력에서는 동일한 포화온도를 유지한다.

국제단위계(SI)의 기본단위에서 온도의 기본단위는 켈빈(K)이며, 섭씨(℃)는 실용상 널리 쓰이는 눈금일 뿐 SI 기본단위 기호는 아니다.

질량(kg), 물질량(mol), 광도(cd)는 모두 올바른 SI 기본단위 기호이므로, 물리량과 기호가 틀리게 짝지어진 것은 온도 표기이다.

피드백(feed back) 제어는 출력측의 신호 일부를 입력측으로 되돌려 목표값과 비교함으로써 편차를 검출하고 이를 줄이는 방향으로 동작하는 폐(閉)회로 제어방식이다.

인터록은 오조작 방지를 위한 연동장치, 시퀀스는 미리 정해진 순서에 따라 진행하는 개(開)회로 제어로 출력을 입력으로 되돌리지 않으며, 리셋은 적분동작에서 잔류편차를 없애는 조정 요소를 가리키는 용어로 되먹임 구조 자체를 뜻하지 않는다.

액주식 압력계용 액체는 온도 변화에 따른 부피 변화가 곧 측정오차로 이어지므로 열팽창계수가 작아야 정확한 측정이 가능하다. 열팽창계수가 크다는 것은 오히려 바람직하지 않은 성질이다.

모세관 현상이 작고, 점성이 작아 응답이 빠르며, 일정한 화학성분을 유지해 변질이 없어야 한다는 나머지 조건들은 모두 액주식 압력계용 액체가 갖추어야 할 요건에 해당한다.

표준편차는 각 측정값과 평균값의 차이(편차)를 제곱하여 산술평균한 뒤 제곱근을 취한 값이다. "평균값을 더한 값의 제곱"이라는 표현은 편차의 정의를 왜곡한 것이므로 이 설명이 틀렸다.

계통오차는 원인이 명확해 보정으로 제거할 수 있고, 계측 상태의 미세한 변동에 의한 오차는 우연오차로 분류되며, 우연오차는 원인을 특정할 수 없어 완전히 제거할 수 없다는 나머지 설명은 모두 옳다.

그림에서 읽히는 값은 경사관의 경사각 15°, 경사관을 따라 이동한 액주 길이 L = 50 cm = 0.5 m이며, 액체의 비중이 1이므로 비중량 γ = 1000 kgf/m³이다. 큰 용기 쪽에 P₁이, 경사관 끝에 P₂ = 50 kg/m²이 작용한다.

경사관식 압력계에서 실제 압력차로 환산되는 것은 수직 높이이므로, 경사관을 따라 읽은 길이에 sinθ를 곱해야 한다.

$P_1 = P_2 + \gamma L \sin\theta = 50 + 1000 \times 0.5 \times \sin 15^\circ$
$= 50 + 1000 \times 0.5 \times 0.2588 = 50 + 129.4 = 179.4 \approx 180\ \mathrm{kg/m^2}$

경사관식은 같은 압력차에 대해 액주 이동거리가 $1/\sin\theta$배로 늘어나므로 미소압력 측정에 유리하다. 여기서 sin15° 를 곱하지 않고 0.5 m를 그대로 쓰면 550 kg/m²이 되어 크게 어긋난다.

레이놀즈수가 작은 저유속 영역에서는 소용돌이가 규칙적으로 떨어져 나가지 않아 측정이 불안정해진다.

와류식 유량계는 관 속 와류 발생체 뒤에 생기는 카르만 와열의 발생 주파수가 유속에 비례하는 성질을 이용하며, 이 비례 관계(스트로할 수 일정)는 레이놀즈수가 일정값 이상인 영역에서만 성립한다.

• 난류 영역 — 오히려 적용 범위이다.
• 포화증기·과열증기 — 증기·기체·액체를 모두 측정할 수 있다.
• 전기 전도성 없는 액체 — 측정은 전도성과도 무관하다.

U자관 압력계에 쓰이는 액주는 압력 변화에 신속하게 반응해야 하므로 점도가 작아야 응답성이 좋다. 점도가 크면 액주의 움직임이 둔해져 정확한 측정이 어려워지므로, 점도가 클 것이라는 조건은 액주의 구비조건과 반대된다.

열팽창계수가 작아 온도에 따른 오차가 적을 것, 모세관현상이 적어 표시값 왜곡이 없을 것, 화학적으로 안정되어 변질되지 않을 것은 모두 실제 액주가 갖추어야 할 조건이다.

오르자트식 가스분석계는 시료가스를 순서대로 흡수액에 통과시켜 부피 감소량으로 성분을 정량하는 화학적 흡수법으로, KOH 수용액으로 CO2를, 알칼리성 피로갈롤 용액으로 O2를, 암모니아성 염화제1구리 용액으로 CO를 각각 흡수·측정한다.

그러나 CH4과 같은 가연성 탄화수소는 이러한 흡수액에 흡수되지 않아 오르자트법만으로는 직접 정량할 수 없고 별도의 연소법을 함께 써야 하므로, 오르자트식으로 측정하기 어려운 성분에 해당한다.

액면 측정법 중 플로트(부자)식은 액면 위에 뜬 부자가 액위 변화를 그대로 따라 움직이는 원리로, 액위를 직접 확인·연동하는 직접식 측정법에 해당한다.

반면 방사선식·초음파식·저항전극식은 방사선 투과율, 초음파 반사시간, 전극 사이의 전기적 특성 변화 등 다른 물리량을 매개로 간접적으로 액위를 환산하는 간접식 측정법이다.

오르사트법, 적외선 흡수법, 가스크로마토그래피법은 모두 배기가스의 성분(CO2, O2, CO 등) 농도를 분석하는 가스분석 방법이다.

플로우 노즐법은 노즐 전후의 압력차를 이용해 유체의 유량을 측정하는 차압식 유량측정법으로, 가스 성분 분석과는 목적이 다르다.

구리를 -200~500℃에서 사용한다는 설명이 틀렸다.

측온저항체 재료 중 -200~500℃ 정도의 넓은 범위에 쓰이는 것은 백금이며, 구리는 고온에서 산화되기 쉬워 대략 0~120℃ 부근의 좁은 범위에서만 사용한다.

저항 온도계는 금속 가는 선을 절연물에 감은 측온저항체의 저항값 변화로 온도를 재며, 저항온도계수가 크고 안정한 백금·니켈 등을 쓴다. 출력이 전기신호이므로 원격 측정과 자동 기록이 가능하다는 것도 대표적인 장점이다.

우연오차는 발생 원인을 특정하기 어려운 미세한 요인들이 복합적으로 작용하여 생기는 오차로, 동일한 조건에서 반복 측정해도 측정값이 일정하지 않고 분포 형태로 나타난다.

과오에 의한 오차는 측정자의 실수, 계통적 오차는 일정한 방향과 크기로 나타나는 오차, 계량기 오차는 계측기 자체의 결함에 의한 오차로 우연오차와는 성격이 다르다.

적외선가스분석계(NDIR)는 분자마다 고유한 파장의 적외선을 선택적으로 흡수하는 성질을 이용하므로 특정 성분에 대한 선택성이 매우 우수하다.

측정 대상 가스의 범위가 넓고 저농도 성분도 정밀하게 분석할 수 있어 산업현장의 배기가스 분석에 널리 쓰인다.

다만 측정가스에 포함된 더스트나 수분은 측정 정확도를 떨어뜨리므로 탈진(더스트 제거)·탈습 장치를 충분히 갖추는 등 주의가 필요하다.

벨로우즈(bellows)는 얇은 금속판을 주름 형태로 성형한 탄성체로, 반복 사용 시 소성변형이 남아 압력을 올릴 때와 내릴 때의 지시값이 어긋나는 히스테리시스 오차가 발생하기 쉽다.

이를 보완하기 위해 별도의 코일스프링을 벨로우즈와 조합해 탄성 특성을 보조함으로써 히스테리시스 현상을 줄이고 지시의 재현성을 높이는 것이 코일스프링을 병용하는 주된 목적이다.

계측기는 다루기 쉽고 보수가 간편해야 하며, 구조가 견고하고 신뢰성이 높아야 하고, 설치 장소의 온도·습도 등 주위 조건에 대한 내구성을 갖추어야 한다.

반면 구조가 복잡하여 전문가가 아니면 다룰 수 없어야 한다는 것은 계측기가 갖추어야 할 조건과 반대되는 설명으로, 계측기는 오히려 구조가 간단하고 누구나 취급하기 쉬워야 바람직하다.

영점 오차는 지침을 축에서 뽑아 0 눈금 위치에 맞춰 다시 끼워 고정하여 조정한다.

영점 오차는 눈금 전체가 일정량만큼 평행 이동한 오차이기 때문이다.

• 섹터와 링크의 연결 위치(레버 길이) 변경 — 지시 범위의 비율이 틀어진 범위(스팬) 오차를 조정하는 방법이다.
• 부르동관 단면 교체 — 영점과 관계가 없다.
• 사이펀관 연장 — 영점과 관계가 없다.

오르사트식 가스분석계는 시료 가스를 서로 다른 흡수액에 순차적으로 통과시켜 CO2, O2, CO를 차례로 흡수·정량하는 방식이다. 이 중 CO(일산화탄소)는 암모니아성 염화 제1동(제1구리) 용액에 선택적으로 흡수되는 성질을 이용해 정량한다.

수산화칼륨(KOH) 수용액은 CO2 흡수에, 알칼리성 피로갈롤 용액은 O2 흡수에 사용되는 흡수제이며, 발연 황산액은 오르사트법의 CO2·O2·CO 정량 흡수제로 쓰이지 않는다.

온도가 오르면 저항치가 급격히 감소하는 반도체 소자를 이용한 저항온도계는 서미스터(thermistor)온도계이다. 온도계수가 크고 응답속도가 빨라 미소한 온도변화를 민감하게 검출할 수 있고, 소자 크기가 작아 국부적인 온도 측정에 유리하다.

열전대온도계는 두 금속의 접점에서 발생하는 열기전력을 이용하는 방식이라 반도체의 저항변화 원리와 다르고, 베크만온도계는 미소한 온도차 측정용 수은온도계, 바이메탈온도계는 두 금속의 열팽창률 차이를 이용하는 방식이라 문제의 설명과 맞지 않는다.

베크만 온도계는 모세관 상부에 별도의 수은 봉입부를 두어, 측정하려는 온도범위에 맞게 남는 수은량을 가감함으로써 그 온도 구간에서의 미세한 온도차를 0.01℃까지 정밀하게 측정할 수 있는 차동식 정밀온도계이다.

빠른 응답성을 갖는다거나 -100℃까지의 저온용이라는 설명, -60~350℃의 넓은 측정범위를 갖는다는 설명은 베크만 온도계의 실제 용도(좁은 범위의 정밀 온도차 측정)와 맞지 않는다.

그림은 유리관 속 액면을 확대한 것으로, 액면이 위로 오목한 곡면(메니스커스)을 이루고 있다. 물처럼 관벽을 적시는 액체는 관벽과의 부착력이 액체 내부의 응집력보다 커서 관벽을 따라 액면이 끌려 올라가기 때문이다.

이때 눈금을 읽는 기준은 관벽을 따라 올라간 가장 높은 위치가 아니라 오목한 곡면의 가장 낮은 점이다. 그림에서 맨 위 표시선은 관벽에 붙어 올라간 액면의 최상단, 가운데 표시선은 곡면의 중간, 맨 아래 표시선이 곡면의 최저점에 해당하므로 가장 아래 위치에서 읽어야 한다.

또한 읽을 때는 눈높이를 액면과 수평으로 맞춰 시차(parallax)를 없애야 한다. 읽는 위치를 그때그때 다르게 잡으면 같은 액면에서도 값이 달라져 측정 재현성이 사라진다.

마그네시아 벽돌은 마그네사이트(MgCO₃)나 수산화마그네슘을 주원료로 하여 1,500℃ 이상의 고온에서 소성하여 만든 내화물로, 대표적인 염기성 내화물에 속한다. 따라서 산성벽돌이라고 한 설명이 마그네시아 벽돌의 성질과 어긋난다.

나머지 서술은 모두 옳다. 비중과 열전도율이 크고 열팽창률도 큰 것이 특징이며, 열팽창이 큰 만큼 급열·급랭에 따른 스폴링(박리)에 약한 단점이 있다. 원료와 소성온도에 관한 설명도 실제 제조 방식과 일치한다.

제강로는 용선(선철)이나 고철을 원료로 하여 불순물을 제거하고 강(鋼)을 만드는 노(爐)로, 전로·평로·전기로가 대표적인 제강로에 해당한다.

고로(용광로)는 철광석을 환원시켜 선철(용선)을 만드는 제선(製銑) 공정에 쓰이는 설비로, 제강 이전 단계의 노이므로 제강로로 분류되지 않는다.

에너지이용 합리화법은 에너지수급의 안정을 위하여 국가가 발동하는 에너지사용의 제한 또는 금지에 관한 조정·명령, 그 밖에 필요한 조치를 위반한 자에게 300만원 이하의 과태료를 부과하도록 정하고 있다.

이러한 조정·명령은 국가 전체의 에너지 수급에 직접 영향을 미치는 조치이므로, 단순한 신고·보고 의무 위반보다 무거운 수준의 과태료가 설정되어 있다.

에너지이용 합리화법은 에너지관리기준을 "에너지다소비사업자가 에너지를 효율적으로 관리하기 위하여 필요한 기준"으로 규정하고, 기후에너지환경부장관이 이를 정하여 고시하도록 하고 있다.

에너지관리 현황 조사 자체를 위한 기준이나, 생산량에 맞춰 에너지를 소비하도록 만든 기준, 진단 결과의 손실요인 저감 기준을 뜻하는 것이 아니라는 점에서 다른 선택지들과 구분된다.

에너지법에서 정의하는 '에너지'는 연료·열 및 전기를 말하며, 원자력은 이 정의에 포함되지 않는다.

원자력은 원자력안전법 등 별도 법체계에서 다루어지는 에너지원으로, 에너지법상 에너지 정의(연료·열·전기)의 범주에는 속하지 않는다.

제강 평로(open hearth furnace)는 배기가스의 현열을 내화물로 된 격자형 축열체에 저장했다가, 유로를 주기적으로 전환하여 저장된 열로 유입되는 공기(또는 연료가스)를 예열하는 축열실(축열식 재생기) 방식을 전통적으로 채용해 왔다.

환열기(레큐퍼레이터)는 열을 저장하지 않고 격벽을 사이에 두고 배기가스와 예열 대상 유체가 동시에 흐르며 연속적으로 열을 주고받는 방식으로, 평로의 대표적인 배열회수 장치와는 구분된다.

에너지이용 합리화법령상 연간 에너지사용량이 20만 티오이(TOE) 이상인 에너지다소비사업자의 사업장은 정기적으로 에너지진단을 받아야 한다.

이때 전체진단의 진단주기는 5년으로 정해져 있다.

에너지절약전문기업은 제3자로부터 위탁을 받아 에너지사용시설의 에너지절약을 위한 관리·용역사업, 에너지절약형 시설투자 사업 등을 하는 자로서 등록을 한 자를 말한다.

핵심은 '제3자 위탁'과 '등록' 두 요건이다.

• 자기 시설을 직접 개선하는 에너지다소비사업자 — 이 정의와 관계없다.
• 지정받은 진단기관 — 이 정의와 관계없다.
• 고효율 인증 기자재 제조업자 — 이 정의와 관계없다.

에너지이용 합리화법령상 에너지 수급안정을 위해 기후에너지환경부장관 및 산업통상부장관이 취할 수 있는 조치에는 지역별·주요 수급자별 에너지 할당, 에너지의 비축과 저장, 에너지사용기자재의 사용 제한·금지 등이 명시되어 있다.

에너지 공급설비에 대해서는 가동 및 조업의 조정과 같은 조치가 규정되어 있을 뿐, "정지명령"이라는 형태로 열거되어 있지는 않으므로 이 항목은 해당 조치에 포함되지 않는다.

최저소비효율기준은 일정 효율수준 이하(또는 일정 소비전력량 이상) 제품의 생산·판매를 제한하려고 설정한 기준이다.

효율 개선과 고효율 제품 보급을 위해 설정한다.

• 측정 소비효율과 기준의 비 — '최저소비효율 달성률'이다.
• 장래 도달할 평균 효율 목표 — 목표소비효율이다.
• 우수 제품 인증 — 고효율에너지기자재 인증 제도에 해당한다.

보온재는 열 손실을 최소화하기 위한 재료이므로 열전도율이 작고, 시공성과 경제성을 위해 비중이 작으며, 화재 위험을 줄이기 위해 불연성을 갖추어야 한다.

반면 흡수성이 크면 수분을 머금어 단열 성능이 크게 떨어지고 재료 열화·부식의 원인이 되므로, 보온재는 오히려 흡수성이 작아야 한다.

용선이 가진 보유열과 용선 속 불순물(탄소, 규소 등)이 산소와 반응하며 내는 산화열만으로 노 내 온도를 유지해 용강을 얻는 설비는 전로이다. 별도의 연료를 연소시키지 않는 것이 가장 큰 특징이다.

평로와 반사로는 연료를 연소시켜 노 내부를 가열하는 방식이고, 고로는 코크스를 연료 겸 환원제로 사용해 선철을 만드는 설비여서, 모두 전로와 원리가 다르다.

배관의 신축량은 $\Delta L = L \times \alpha \times \Delta t$로 구하며, 여기서 $L$은 관 길이, $\alpha$는 선팽창계수, $\Delta t$는 온도차이다.

$\Delta L = 7000\ \mathrm{mm} \times 0.000013\ \mathrm{mm/(mm\cdot^\circ C)} \times (360-20)\ ^\circ\mathrm{C} = 7000 \times 0.000013 \times 340 \approx 30.94\ \mathrm{mm}$가 된다.

이때 외경·내경(관 두께)은 신축량 계산에 관여하지 않고, 길이와 온도차, 선팽창계수만이 신축량을 결정하는 요소임에 유의해야 한다.

제시된 조문은 에너지다소비사업자의 신고 규정으로, 기후에너지환경부장관 및 시·도지사가 신고 내용을 확인할 필요가 있을 때 그 사업자에게 에너지를 공급한 자에게 공급량 자료 제출을 요구할 수 있도록 한 것이다. 괄호에는 에너지 공급자가 들어간다.

법에 직접 열거된 대상은 「한국전력공사법」에 따른 한국전력공사, 「한국가스공사법」에 따른 한국가스공사, 「도시가스사업법」에 따른 도시가스사업자, 「집단에너지사업법」에 따른 집단에너지사업자 및 한국지역난방공사다. 그 밖의 공급기관은 대통령령으로 정하는데, 문제에서 대통령령은 제외한다고 했으므로 법에 이름이 그대로 올라 있는 이들만 따지면 된다.

반면 한국가스안전공사는 가스의 안전관리·검사·기술지원을 담당하는 기관일 뿐 에너지를 판매·공급하는 주체가 아니다. 사업자별 공급량 자료 자체를 보유하지 않으므로 이 조문의 요구 대상이 될 수 없다. "에너지를 공급하는 곳인가, 안전을 관리하는 곳인가"로 갈라 보면 쉽게 구분된다.

에너지이용 합리화법에 따라 에너지관리지도 결과 에너지가 손실되는 요인을 줄일 필요가 있다고 인정되는 경우, 에너지다소비사업자에게 그 개선을 명할 수 있는 자는 기후에너지환경부장관이다.

시·도지사는 에너지다소비사업자의 신고를 접수하고, 한국에너지공단은 진단·지도 업무를 수행하지만 개선명령의 주체는 아니다.

진주암이나 흑요석(흑석) 등을 고온에서 소성·팽창시켜 다공질 구조로 만든 뒤, 접착제와 소량(3~15%)의 석면 등 무기질 섬유를 배합하여 성형한 고온용 무기질 보온재는 펄라이트(perlite) 보온재이다.

펄라이트는 원석을 급속 가열하면 내부 결정수가 기화하면서 입자가 크게 팽창해 가볍고 기공이 많은 경량 보온재가 된다.

규산칼슘 보온재는 석회질과 규산질을 주원료로 하는 별도의 성형 보온재이고, 세라믹화이버와 유리섬유 보온재는 섬유상 광물을 용융·방사하여 만드는 섬유질 보온재로 제조 원료와 공정이 다르다.

에너지이용 합리화법은 에너지 수급에 중대한 차질이 발생할 우려가 있을 때 기후에너지환경부장관 및 산업통상부장관이 취할 수 있는 조치로 에너지의 배급, 비축과 저장, 양도·양수의 제한 또는 금지 등을 구체적으로 열거하고, 그 밖의 사항은 대통령령으로 정하도록 위임하고 있다.

"기후에너지환경부령으로 정하는 사항"은 법이 실제로 위임한 하위법령의 형식과 다르므로, 나열된 조치 중 이 항목만 법에서 정한 수급안정 조치사항에 해당하지 않는다.

에너지이용 합리화법에 따라 검사대상기기관리자(현행 법령의 검사대상기기관리자)의 선임·해임·퇴직 등 신고사유가 발생하면 사용자(관리자)는 그 사유가 발생한 날로부터 30일 이내에 신고해야 한다.

7일·15일·60일은 이 법령에서 정한 신고기한과 다르므로, 규정된 신고기한은 30일이 맞다.

에너지이용 합리화법령상 보일러 등 특정열사용기자재의 설치·시공이나 세관을 업으로 하려는 자는 필요한 인력과 설비 등의 기준을 갖추어 시·도지사에게 등록하여야 한다.

한국에너지공단은 검사대상기기 검사·관리 업무를 담당하는 기관이고, 한국열관리시공협회는 관련 업계 단체일 뿐 등록기관은 아니다.

보온재의 최고안전사용온도는 재질의 내열 특성에 따라 다르며, 무기질 보온재인 펄라이트(팽창진주암)는 약 650℃ 수준까지 사용할 수 있어 제시된 보기 중 가장 높다.

석면은 대체로 350~550℃, 폼글라스(발포유리)는 300℃ 안팎, 탄산마그네슘 계열은 250℃ 정도에서 안전사용온도가 제한되어 펄라이트보다 낮다.

공기예열기는 배가스의 폐열로 연소용 공기를 예열하여 연소효율을 높이고 필요한 과잉공기량을 줄일 수 있으며, 착화가 어려운 저질탄 연소에도 효과적이다.

다만 공기예열기를 거치면 유로에 저항체가 추가되는 것이므로 배기가스 저항은 오히려 늘어나는 것이 일반적이며, "저항이 줄어든다"는 설명은 실제와 반대되어 틀린 내용이다.

그을음(매연)은 연료가 불완전연소될 때 미연소 탄소분이 남아 발생하며, 통풍력 부족·연소실 온도 저하·연소장치 불량은 모두 불완전연소를 유발하는 대표적인 원인이다.

반면 연소실 면적이 큰 경우는 연소가스가 충분히 체류하며 완전연소될 여유를 주므로, 오히려 그을음 발생을 줄이는 방향으로 작용해 발생 원인으로 보기 어렵다.

보일러에 부착하는 압력계는 지시 오차를 줄이고 눈금을 읽기 쉽게 하기 위해 최고눈금이 보일러 최고사용압력의 1.5배 이상 3.0배 이하가 되는 것을 사용하도록 정하고 있다.

따라서 압력계 최고눈금은 최고사용압력의 최대 3.0배 이하여야 하며, 이보다 훨씬 큰 눈금판을 쓰면 실제 운전압력이 눈금 저구간에 몰려 정밀한 지시가 어려워진다.

보일러 열정산에서 출열 항목은 발생증기가 가지고 나가는 보유열, 배기가스에 의한 손실열, 불완전연소에 의한 손실열, 미연분에 의한 손실열, 방열손실 등으로 구성된다.

공기의 현열은 연소용 공기가 가지고 들어오는 열로서 입열 항목에 해당하므로 출열 항목이 아니다.

노통 보일러는 보유수량(동체 내 물의 양)이 많은 편이어서, 냉시동 시 증기가 발생하기까지 걸리는 소요시간이 오히려 길다는 특징을 가진다.

입형 보일러가 좁은 장소에 설치하기 유리한 점, 수관 보일러가 대용량·고압에 적합한 점, 관류 보일러가 드럼이 없어 초고압에 적합한 점은 모두 옳은 설명이다.

보일러의 일상점검은 급수배관 상태, 압력계 등 계기류 상태, 자동제어장치의 작동 여부 등 설비의 이상 유무를 매일 확인하는 활동이다.

연료의 수요량(사용예정량) 점검은 운전계획이나 구매관리에 관한 사항으로, 설비 자체의 일상점검 항목과는 성격이 다르다.

프라이밍·포밍은 보일러수 표면에서 기포가 과다하게 발생하거나 수분이 증기에 섞여 나가는 현상으로, 보일러수를 농축시키지 않고 불순물을 제거하며 과부하 운전을 피하는 것이 방지대책이 된다.

반대로 주증기 밸브를 급하게 열면 관내 압력이 급강하하면서 보일러수가 급격히 비등해 오히려 프라이밍을 유발하므로, 주증기 밸브는 서서히 여는 것이 올바른 대책이며 급히 개방하는 것은 방지책이 아니라 원인에 해당한다.

인젝터는 증기의 분사력으로 물을 밀어 넣는 급수장치이므로, 물이 빠져나갈 길을 먼저 확보한 뒤 → 물을 채우고 → 증기를 넣고 → 핸들로 유량을 조절하는 순서로 시동한다.

따라서 급수 출구관의 정지 밸브가 열려 있는지 확인 → 급수(흡수) 밸브를 연다 → 증기 밸브를 연다 → 핸들을 연다 순, 즉 ㉱ → ㉰ → ㉯ → ㉮ 가 옳다.

출구 정지밸브를 확인하지 않은 채 증기를 먼저 넣으면 물이 나갈 곳이 없어 인젝터가 작동하지 않거나 급수가 역류·비등한다. 정지할 때는 이와 반대로 핸들 → 증기 밸브 → 급수 밸브 순으로 닫는다.

보일러의 과열은 전열면이 물로 충분히 덮이지 않거나 스케일 등으로 열전달이 방해될 때 발생하므로, 관수의 농축을 막고 순환을 원활히 하며 스케일 부착을 방지해야 과열을 막을 수 있다.

반대로 보일러 수위를 낮게 유지하면 전열면이 노출되어 국부적인 건조가열(과열)이 일어나기 쉬우므로, 이는 과열 방지책이 아니라 오히려 과열을 유발하는 조건이다.

보일러수를 알칼리성으로 유지하여 스케일 생성과 부식을 억제하기 위해 NaOH, Na2CO3, Na3PO4와 같은 알칼리성 약품을 pH 조절제로 사용한다.

반면 황산알루미늄(Al2(SO4)3)은 산성염으로서 수처리에서 주로 응집(침전)제로 쓰이는 물질이며, 보일러수에 투입하면 오히려 산성화와 부식을 유발할 수 있어 pH 조절용 약품으로는 적합하지 않다.

최고사용압력 0.7 MPa 이상인 보일러(이동식 제외)의 분출관에는 분출밸브 2개 또는 분출밸브와 분출코크를 직렬로 갖춘다.

• 분출밸브 크기 — 호칭지름 25 mm 이상(전열면적 10 m² 이하는 20 mm 이상)이어야 한다.
• 분출관 위치 — 침전물이 모이는 보일러 아랫부분에 단다.

2대 이상의 보일러가 분출관을 공동으로 쓰는 것은 보일러마다 체크밸브를 둔 경우에만 허용된다.

관류 보일러는 긴 관의 한쪽에서 급수를 밀어 넣어 가열·증발·과열을 차례로 일으키는 형식으로, 증기드럼과 물드럼이 없다.

그래서 보유수량이 적고 기동이 빠른 반면, 부하 변동에 대한 완충이 작아 급수와 연료를 정밀하게 맞추는 자동제어가 필수다.

관 안에서 물이 전부 증발하므로 불순물이 관벽에 남기 쉬워 수처리를 엄격히 해야 한다.

평면벽의 정상상태 전열식 $q = \dfrac{k\Delta t}{L}$을 벽 두께에 대해 풀면 $L=\dfrac{k\Delta t}{q}$가 된다. 열전도율 k=0.9 kcal/m·h·℃, 온도차 Δt=800−100=700℃, 단위면적당 열전달량 q=1400 kcal/m²·h를 대입하면 다음과 같다.

$L = \dfrac{0.9 \times 700}{1400} = 0.45\ \mathrm{m} = 45\ \mathrm{cm}$

인젝터는 보일러에서 나온 증기의 분사 에너지만으로 급수를 밀어 넣는 급수장치입니다. 회전체나 별도의 구동 동력이 전혀 필요 없다는 점이 가장 큰 특징이므로, 별도의 소요 동력이 필요하다고 서술한 설명이 틀린 내용입니다. 열효율이 좋다는 앞부분 자체는 맞는 서술이지만, 뒤에 붙은 동력 조건 때문에 전체가 옳지 않은 설명이 됩니다.

움직이는 기계 부품이 없어 구조가 간단하고, 증기가 급수와 직접 섞이면서 급수를 예열하는 효과까지 얻을 수 있어 소형·저압 보일러의 예비 급수장치로 사용됩니다.

다만 급수온도가 높으면 분사된 증기가 충분히 응축되지 못해 필요한 흡입력이 만들어지지 않으므로, 급수온도가 일정 수준 이상으로 올라가면 작동이 불가능해지는 한계도 함께 갖고 있습니다.

제시된 특징은 다량의 드레인을 연속 배출, 증기 누출이 거의 없음, 가동 시 공기빼기가 불필요, 수격작용에 다소 약함이다. 이는 기계식 트랩 중 플로트식(부자식) 트랩의 특징을 그대로 나열한 것이다.

플로트식은 응축수 수위가 올라가면 부자(float)가 떠오르며 밸브를 열어 응축수만 연속적으로 배출한다. 배출구가 항상 물에 잠겨 수봉(水封) 상태를 유지하므로 증기가 새지 않고, 부하 변동에도 즉시 대응해 대용량 처리에 적합하다. 또한 몸체에 자동 에어벤트가 함께 내장되어 기동 시 공기가 저절로 빠지므로 별도의 공기빼기 조작이 필요 없다.

다만 부자가 얇은 금속 구(球)여서 수격작용(워터해머)이나 동결에 약해 한 번 찌그러지면 부력을 잃고 기능이 정지한다는 약점이 있다.

같은 기계식이라도 버킷형은 응축수를 모았다가 간헐적으로 내보내고 기동 시 공기빼기가 필요하며, 바이메탈식은 온도차로, 디스크식은 재증발 증기의 열역학적 작용으로 작동해 응축수를 어느 정도 냉각시킨 뒤 배출한다는 점에서 구분된다.

프라이밍·포밍이 발생하면 연소량을 줄이고 증기 취출을 서서히 하며, 수위를 안정시킨 뒤 블로우다운으로 보일러수 농도를 낮추는 조치를 취해야 한다.

안전밸브를 전개하면 관수의 급격한 압력 강하로 오히려 격렬한 비수(캐리오버)를 유발할 수 있어, 프라이밍·포밍 발생 시 취해야 할 조치로 적절하지 않다.

저온부식은 연료 중 황(S) 성분이 연소 시 SO3로 산화되고, 이것이 배기가스 중 수분과 결합해 황산(H2SO4) 이슬을 형성하면서 전열면을 부식시키는 현상이다.

따라서 황분이 많은 연료를 사용하는 것은 오히려 SO3 생성량을 늘려 저온부식을 촉진하므로 방지책이 될 수 없다.

과잉공기를 줄여 SO2→SO3 전환을 억제하거나, 첨가제로 노점온도를 낮추거나, 배기가스 온도를 노점 이상으로 유지하는 것은 모두 실제로 저온부식을 막는 방법이다.

배관의 압력손실은 다르시-바이스바흐 식 $\Delta P = f \dfrac{L}{D}\dfrac{\rho v^2}{2}$로 나타낼 수 있다. 이 식에서 압력손실은 관마찰계수와 유속의 제곱에 비례하고, 관의 길이(L)에도 비례하며, 관의 내경(D)에는 반비례한다.

따라서 "관의 길이에 반비례한다"는 설명은 실제 관계(길이에 비례)와 반대이므로 틀린 설명이다.

보일러수는 스케일·부식을 모두 억제할 수 있는 약알칼리성으로 관리하는 것이 일반적이며, 대략 pH 11 전후가 적정 범위로 제시된다.

산성(pH 5 전후)에 가까우면 금속 부식이 촉진되고, pH 14에 가까운 강알칼리성은 가성취화 등 다른 손상을 유발할 수 있어 적절하지 않다.

향류 접속이므로 한쪽 끝에서는 더운 유체 65℃와 찬 유체(출구) 53℃가 만나 $\Delta T_1 = 65-53 = 12\,^\circ\mathrm{C}$, 다른 쪽 끝에서는 더운 유체(출구) 25℃와 찬 유체(입구) 20℃가 만나 $\Delta T_2 = 25-20 = 5\,^\circ\mathrm{C}$가 된다.

대수평균온도차는 $\mathrm{LMTD} = \dfrac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\Delta T_1/\Delta T_2)} = \dfrac{12-5}{\ln(12/5)} \approx 8.0\,^\circ\mathrm{C}$이다.

단위면적당 열교환량은 $q = K \times \mathrm{LMTD} = 69 \times 8.0 \approx 552\,\mathrm{kcal/m^2\cdot h}$로 계산된다.