베르누이 정리는 정상류, 비압축성·비점성(마찰이 없는) 흐름, 그리고 같은 유선(流線)상에 있는 점들 사이에서 성립하는 것이 기본 가정이다.

유선이 곡선이어도 성립하므로 흐름이 반드시 직선관을 흘러야 한다는 조건은 필요하지 않다.

절대압력은 게이지압력에 대기압을 더한 값이다: $P_{abs}=P_{gauge}+P_{atm}$.

게이지압 1.2MPa=1200kPa이고, 대기압 720mmHg를 kPa로 환산하면 $720\times\dfrac{101.325}{760}\approx96\ \mathrm{kPa}$이다.

따라서 절대압력은 $1200+96=1296\ \mathrm{kPa}$이 된다.

단면적이 넓어지면 연속방정식 $A_1V_1=A_2V_2$에 의해 유속이 느려진다. 냇물의 폭이 넓은 곳에서 유속이 느려지는 현상은 이 연속방정식으로 설명된다.

수차의 실제 출력(PS)은 유효낙차와 유량, 효율의 곱에 비례하여 $L=13.3\,\eta Q H$로 나타낼 수 있다(물의 비중량과 마력 환산상수가 반영된 값이 13.3이다).

이를 $H$에 대해 정리하면 $H=\dfrac{L}{13.3\eta Q}$가 된다.

펌프의 비교회전도(비속도)는 $n_s=n\,Q^{1/2}H^{-3/4}$로 정의되며, 유량의 제곱근에 비례하고 양정의 3/4제곱에 반비례하는 관계를 가진다.

층류는 레이놀즈수 약 2100 이하, 난류는 약 4000 이상에서 나타나며, 관 중심부의 유속은 포물선형 속도분포로 인해 평균유속보다 빠르다는 설명은 모두 옳다.

다만 최대속도에 대한 평균속도의 비는 난류가 층류보다 오히려 크다(층류는 약 0.5, 난류는 약 0.8 수준). 난류는 속도분포가 평탄해지기 때문으로, 이 비가 난류에서 더 작다는 설명은 틀린 내용이다.

유량은 $Q=A\times V=\dfrac{\pi}{4}D^2\times V$로 구한다.

$D=2.5\times10^{-3}\ \mathrm{m}$이므로 $A=\dfrac{\pi}{4}\times(2.5\times10^{-3})^2\approx4.91\times10^{-6}\ \mathrm{m^2}$이고, 여기에 $V=0.3\ \mathrm{m/s}$를 곱하면 $Q\approx1.47\times10^{-6}\ \mathrm{m^3/s}$가 된다.

두 개의 평행한 연직 평판 사이의 모세관 상승 높이는 원형관과 달리 $h_c=\dfrac{2\sigma\cos\beta}{\gamma t}$로 나타낸다(원형관의 경우 분모에 지름, 분자에 4가 들어가는 것과 구분된다).

질량유량은 $\dot m=\dfrac{2000\ \mathrm{kg}}{600\ \mathrm{s}}\approx3.33\ \mathrm{kg/s}$이고, 비중 1.0이므로 체적유량은 $Q=3.33\times10^{-3}\ \mathrm{m^3/s}$이다.

관의 단면적은 $A=\dfrac{\pi}{4}\times0.5^2\approx0.196\ \mathrm{m^2}$이므로, 평균 유속은 $V=\dfrac{Q}{A}\approx0.017\ \mathrm{m/s}$가 된다.

깊이에 따른 압력은 $P=\gamma h$로 구하며, 물의 비중량 $1000\ \mathrm{kgf/m^3}$과 깊이 2m를 대입하면 $P=2000\ \mathrm{kgf/m^2}=0.2\ \mathrm{kgf/cm^2}$이다.

표준대기압 약 $1.033\ \mathrm{kgf/cm^2}$를 더하면 절대압력은 $1.033+0.2\approx1.23\ \mathrm{kgf/cm^2}$가 된다.

수직 충격파를 지나면서 유동은 초음속에서 아음속으로 급격히 감속되며, 이 과정에서 압력과 밀도, 온도가 증가하고 비가역적인 과정이므로 엔트로피도 증가한다.

반대로 유속이 줄어들므로 마하수는 감소한다.

항력 F가 점성계수 μ, 지름 D, 속도 V의 함수로 주어지면 변수는 F, μ, D, V 총 4개이고, 기본차원은 질량(M), 길이(L), 시간(T) 3개이다.

버킹엄 파이 정리에 따라 무차원수의 개수는 $4-3=1$개가 되며, 이는 스토크스 법칙($F=3\pi\mu DV$)에서 하나의 무차원 조합만으로 관계가 표현되는 것과 일치한다.

연속방정식 $A_1V_1=A_2V_2$를 이용하면 $V_2=V_1\left(\dfrac{D_1}{D_2}\right)^2$이다.

$V_2=4\times\left(\dfrac{15}{20}\right)^2=4\times0.5625=2.25\ \mathrm{m/s}$가 된다.

전단응력은 $\tau=\dfrac{F}{A}$로 구한다. 넓이 $250\,\mathrm{cm^2}=0.025\,\mathrm{m^2}$, 힘 2N을 대입하면 $\tau=\dfrac{2}{0.025}=80\ \mathrm{N/m^2}$이다.

$1\,\mathrm{N}=1\,\mathrm{kg\cdot m/s^2}$이므로 $\mathrm{N/m^2}$은 $\mathrm{kg/(m\cdot s^2)}$과 같아 전단응력은 80이 된다.

축동력(PS)은 $L_s=\dfrac{\gamma QH}{75\eta}$로 구하며, 물의 비중량 $\gamma=1000\ \mathrm{kgf/m^3}$, 송출량 $Q=0.02\ \mathrm{m^3/s}$, 양정 $H=15\ \mathrm{m}$, 효율 $\eta=0.85$를 대입한다.

$L_s=\dfrac{1000\times0.02\times15}{75\times0.85}=\dfrac{300}{63.75}\approx4.7\ \mathrm{PS}$가 된다.

버킹엄 파이(π) 정리에 따르면 독립적인 무차원수의 개수는 전체 변수의 개수에서 기본차원의 개수를 뺀 값으로 구해진다.

이 문제에서 변수는 8개이고 기본차원은 질량(M), 길이(L), 시간(T)의 3개이므로 무차원량의 개수는 $8-3=5$개이다.

그림의 세로축은 양정·효율·동력, 가로축은 유량이다. 왼쪽 맨 위에서 출발해 유량이 늘수록 계속 낮아지는 B는 양정곡선이고, 낮은 값에서 출발해 단조 증가하다 완만해지는 A는 축동력곡선이다.

효율은 유량이 0인 체절운전에서 유효한 일을 하지 못하므로 0에서 출발하고, 유량이 늘면서 커지다가 어느 유량에서 최고효율점을 지난 뒤 다시 감소하는 위로 볼록한 산 모양을 그린다.

그림에서 원점에서 시작해 중간에서 최대가 된 뒤 다시 내려오는 C가 바로 이 형태이므로 효율곡선에 해당한다.

그림에서 위층은 비중 0.85인 기름이 40 cm, 아래층은 물이 90 cm 채워져 있고 용기 뚜껑이 열려 있으므로 기름 액면은 대기압이다. 따라서 밑바닥의 게이지압력은 두 액층이 만드는 압력의 합이다.

기름층: $P_1=0.85\times 1000\times 9.81\times 0.4=3335\ \text{Pa}$, 물층: $P_2=1000\times 9.81\times 0.9=8829\ \text{Pa}$ 이다.

합하면 $P=3335+8829\approx 12164\ \text{Pa}\approx 12.2\ \text{kPa}$ 이다.

이상기체 상태방정식 $Pv=RT$에서 밀도는 $\rho=\dfrac{P}{RT}$로 구한다.

온도를 절대온도로 바꾸면 $T=30+273=303\,K$이므로 $\rho=\dfrac{100}{0.26\times303}\approx1.27\,kg/m^3$이다.

정체온도와 정압비열, 유속의 관계는 $T_s=T+\dfrac{V^2}{2c_p}$이다.

온도차는 $\Delta T=40-20=20\,K$이므로 $V=\sqrt{2c_p\Delta T}=\sqrt{2\times1040\times20}\approx204\,m/s$이다.

그림의 설명은 사상(event)의 안전도를 사용해 시스템 전체의 안전도를 나타내는 모델이고, 귀납적이면서 정량적 분석기법이며, 재해의 확대요인 분석에 적합하다는 세 가지다.

초기사상에서 출발해 각 안전장치·방호수단의 성공/실패로 가지를 뻗어 나가며 각 경로의 확률을 곱해 결과별 발생확률을 구하는 사건수 분석(ETA)이 정확히 이 특징을 갖는다. 원인에서 결과로 진행하는 귀납적 기법이면서 확률값을 다루는 정량적 기법이고, 초기사상이 어떤 경로로 큰 재해로 번지는지를 따지므로 확대요인 분석에 쓰인다.

결함위험분석은 구성요소의 결함이 다른 부분에 미치는 영향을 살피는 기법, 작업안전분석은 작업 단계별 위험을 찾아내는 정성적 기법, 극치값 추정은 관측자료의 극값을 통계적으로 외삽하는 기법이므로 위 설명과 맞지 않는다.

랭킨 사이클은 보일러에서의 정압가열, 터빈에서의 단열(등엔트로피)팽창, 응축기에서의 정압방열, 펌프에서의 단열압축 순으로 진행되는 증기동력 사이클이다.

이 네 과정이 순환 반복되며 물-수증기를 작동유체로 하여 열을 일로 변환한다.

에틸렌의 완전연소 반응식은 $C_2H_4+3O_2 \rightarrow 2CO_2+2H_2O$이므로 에틸렌 1Sm³당 필요한 산소는 3Sm³이다.

공기 중 산소 비율이 21%이므로 이론공기량은 $\dfrac{3}{0.21}\approx14.3\,Sm^3$이다.

층류연소속도는 압력에 대한 의존성이 크지 않아 압력이 높아진다고 해서 연소속도가 급격히 커지지는 않는다.

연소속도는 이론혼합비보다 약간 과농(연료 과잉)한 조성에서 최대가 되고 초기온도가 상승하면 증가하며, 이산화탄소와 같은 불활성 성분을 첨가하면 연소범위가 좁아지는 것은 맞는 설명이다.

탱크에 고정된 기체(정적과정, 일이 없는 밀폐계)의 열량은 내부에너지 변화와 같다. $Q=m(u_2-u_1)$

$Q=10\times(502.3-418.6)=10\times83.7=837\,kJ$이다.

프로판의 완전연소 반응식은 $C_3H_8+5O_2 \rightarrow 3CO_2+4H_2O$이며, 이론공기량은 $\dfrac{5}{0.21}\approx23.81\,Sm^3$이다.

공기비 1.2를 적용한 실제공기량은 $23.81\times1.2\approx28.57\,Sm^3$이고, 이 중 질소는 $28.57\times0.79\approx22.57\,Sm^3$, 과잉산소는 $5\times0.2=1.0\,Sm^3$이다.

건연소가스량은 수증기를 제외한 성분의 합이므로 $CO_2+N_2+O_2=3+22.57+1.0\approx26.6\,Sm^3$이다.

증기원동기(증기터빈 등)의 가장 기본이 되는 동력사이클은 랭킨 사이클이다.

보일러에서 정압가열, 터빈에서 단열팽창, 응축기에서 정압방열, 펌프에서 단열압축의 과정을 거치는 증기동력 사이클이다.

가연물이 되기 쉬운 조건은 활성화에너지(점화에너지)가 작을수록 유리하다. 활성화에너지가 작아야 적은 에너지로도 연소반응이 시작될 수 있기 때문이다.

반면 산소와의 친화력이 크고, 열전도율이 작아 열이 축적되기 쉬우며, 표면적이 클수록 산소와의 접촉면이 넓어져 가연물이 되기 쉬운 조건에 해당한다.

엔탈피와 엔트로피 사이에는 $dH=TdS+VdP$의 관계가 성립하며, 압력이 일정( $dP=0$ )하면 $dH=TdS$가 된다.

절대온도 $T$는 항상 양수이므로 엔트로피가 증가( $dS>0$ )하면 엔탈피도 함께 증가한다.

가역과정은 마찰이나 온도차 같은 비가역 요소 없이 무한히 느리게 진행되어 언제든 역방향으로 되돌릴 수 있는 이상적인 과정이다.

카르노 순환은 두 개의 등온과정과 두 개의 단열과정만으로 구성된 이상적인 사이클로, 가역과정의 대표적인 예로 다뤄진다.

반면 연료의 완전연소, 관내 유체의 마찰을 동반한 흐름, 실린더 내 급격한 팽창은 모두 비가역적 현상이다.

임계압력은 임계온도, 즉 아무리 압력을 높여도 액화가 가능한 최고 온도에서 기체를 액화시키는 데 필요한 최저 압력을 의미한다.

임계온도보다 낮은 온도에서는 임계압력보다 낮은 압력으로도 액화가 가능하지만, 임계온도에서는 반드시 임계압력 이상이어야 액화가 일어난다.

연소하한계(LFL)는 공기 중 연료(가연성 물질)의 농도를 기준으로 정의되는 값이며, 산소 농도를 기준으로 하는 개념이 아니다.

최소산소농도(MOC)는 화염이 전파되기 위해 필요한 최소한의 산소농도를 의미하며, 연소방정식의 산소 양론계수와 LFL의 곱으로 추산할 수 있다. 산소농도를 MOC 이하로 낮추는 이너팅을 통해 연료 농도와 무관하게 폭발·화재를 방지할 수 있다.

파라핀계(포화) 탄화수소는 탄소수가 증가할수록 분자량과 비점이 높아져 인화점이 높아지고, 연소범위는 좁아지며, 발열량은 커지는 경향을 보인다.

반면 착화점(발화점)은 탄소수가 증가할수록 낮아지는 경향을 보이므로, 착화점이 높아진다는 설명은 옳지 않다.

카르노 열펌프의 성적계수는 $COP_H=\dfrac{T_H}{T_H-T_L}$로 구하며, 온도는 절대온도(K)를 사용한다.

$T_H=103+273=376\,K$, $T_L=-23+273=250\,K$이므로 $COP_H=\dfrac{376}{376-250}=\dfrac{376}{126}\approx3$이다.

표면연소는 목탄, 코크스, 숯처럼 휘발분이 거의 없는 고체 연료가 화염 없이 적열된 표면에서 산소와 직접 접촉하여 타는 형태를 말한다.

화염을 길게 내며 타는 것은 분해연소·증발연소에 가까우며, 표면연소는 불꽃 없이 표면이 붉게 달아오르며 서서히 연소하는 것이 특징이다.

2차 연료는 석탄, 원유, 천연가스와 같이 자연 상태에서 그대로 얻어지는 1차 연료를 정제·가공 등의 화학적 처리를 거쳐 만든 연료를 말한다.

LPG는 원유의 정제 과정에서 분리·생산되는 연료이므로 2차 연료에 해당하며, 석탄·원유·천연가스는 자연에서 산출되는 1차 연료이다.

제시된 세 서술 중 ㉮는 단열 압축에 관한 것이다. 단열 과정에서는 $Q=0$이므로 열역학 제1법칙 $\Delta U = Q - W$에 따라 외부에서 가한 일이 그대로 내부에너지로 축적되고, 그 결과 기체의 온도가 상승한다. 옳은 설명이다.

㉯는 "엔트로피는 가역이면 항상 증가하고 비가역이면 항상 감소한다"고 했는데 방향이 정반대다. 고립계에서는 $\Delta S \ge 0$이며 가역 과정에서는 엔트로피가 변하지 않고(등엔트로피), 비가역 과정에서만 증가한다. 저절로 감소하는 경우는 없다.

㉰는 등온 팽창이다. 이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수 $U=U(T)$이므로 온도가 일정하면 $\Delta U = 0$이고, 팽창하면서 한 일만큼의 열을 외부에서 흡수한다. 역시 옳은 설명이다.

따라서 옳은 것은 ㉮와 ㉰ 두 가지를 묶은 것이다.

폭발위험장소를 구분하거나 시설을 설계할 때는 위험도가 높은 0종·1종 장소의 수와 범위를 최소화하는 것이 폭발위험 예방의 기본 원칙이다.

따라서 0종·1종 장소의 수와 범위가 최대가 되도록 한다는 설명은 이 원칙에 반하므로 옳지 않다.

점화원 주위에서 폭발성가스 분위기의 형성 가능성이나 점화원 자체를 제거하고, 비정상 운전 시에도 누출량을 최소화하도록 하는 것은 타당한 예방 원칙이다.

불활성가스(질소, 이산화탄소 등)를 첨가하면 상대적으로 산소 농도가 낮아지면서 연소반응이 억제되어 연소범위(폭발범위)는 좁아진다. 첨가량이 충분히 많아지면 연소범위가 소멸되어 연소가 일어나지 않게 된다.

반면 압력과 온도가 높아지거나 산소농도가 증가하면 반응이 활발해져 연소범위가 넓어지는 것이 일반적이다.

증기운폭발(VCE)은 누출된 가연성 증기가 대기 중에 넓게 퍼져 구름을 형성한 뒤 점화되는 현상으로, 연소에너지의 대부분이 복사열이나 화재로 소실되고 폭풍파로 전환되는 비율은 상대적으로 작아 폭발효율이 낮은 편이다.

이 때문에 증기운에 의한 재해는 폭굉보다 화재로 나타나는 경우가 많으며, 증기운의 크기가 클수록 점화확률은 커지고 조성이 양론비에 가까울수록 폭굉 가능성이 높아진다.

용기용 밸브는 가스 충전구의 나사 형식에 따라 A형, B형, C형으로 구분한다. 이 중 충전구가 암나사로 되어 있는 것은 B형이다.

A형은 충전구가 수나사로 되어 있고, C형은 충전구에 나사가 없는 형식이다. 참고로 가연성가스(암모니아·메틸아민 제외)의 충전구 나사는 왼나사, 그 밖의 가스는 오른나사로 한다.

비교회전도(비속도)는 펌프의 형식을 특징짓는 지표로, 일반적으로 터빈펌프(디퓨저펌프)가 벌류트펌프·사류펌프·축류펌프에 비해 가장 작은 비교회전도 값을 갖는다.

비교회전도는 대체로 터빈펌프 → 벌류트펌프 → 사류펌프 → 축류펌프 순으로 커지는 경향을 보인다.

플레어스택으로 보내는 가스에 액체 성분(응축액)이 섞여 있으면 화염이 불안정해지거나 액적이 비산할 수 있으므로, 이를 미리 분리·제거하기 위해 Knock-out drum(녹아웃 드럼)을 설치한다.

Seal drum은 역화 방지를 위한 봉인 역할을, Flame arrestor는 화염이 배관 내부로 역행하는 것을 차단하는 역할을 하는 등 서로 다른 목적의 설비이다.

아세틸렌은 구리, 은, 수은 등의 금속과 반응하여 폭발성이 있는 아세틸라이드를 생성하는 것이지, 철이나 니켈과 반응하여 금속 카르보닐을 생성하는 것이 아니다. 금속 카르보닐은 일산화탄소가 철·니켈 등과 반응하여 생성되는 별개의 물질이다.

반면 건조 상태의 염소가스에는 탄소강을 사용할 수 있고, 9% 니켈강은 저온취성에 강해 LNG 저장설비 등에 사용되며, 수증기가 포함된 탄산가스 배관에는 내식성이 좋은 18-8 스테인리스강을 사용하는 것이 타당하다.

원심펌프의 규격은 관례적으로 흡입구경×송출구경 순서로 표시한다.

따라서 흡입구경이 100mm, 송출구경이 90mm인 펌프는 이 순서에 맞게 표기한다.

저압배관의 압력손실은 배관 마찰저항, 배관의 입상(높이차), 밸브·엘보 등 부속품에 의한 손실 등 배관 자체의 흐름 저항에서 비롯된다.

압력계나 유량계 같은 계측기의 불량은 측정값의 오차를 유발할 뿐, 배관을 흐르는 가스 자체의 압력손실 원인은 아니다.

그림의 조건은 LPG가 총발열량 $H_1=24000\,\mathrm{kcal/m^3}$, 비중 $d_1=1.55$, 사용압력 $P_1=2.8\,\mathrm{kPa}$, 노즐구경 $D_1=0.3\,\mathrm{mm}$이고, LNG(도시가스)가 $H_2=6000\,\mathrm{kcal/m^3}$, $d_2=0.65$, $P_2=1.0\,\mathrm{kPa}$이다.

연소기의 열량을 같게 유지하려면 $H\,D^2\sqrt{P/d}$가 같아야 하므로 $D_2 = D_1\sqrt{\dfrac{H_1\sqrt{P_1/d_1}}{H_2\sqrt{P_2/d_2}}}$이며, 웨버지수 $WI=H/\sqrt{d}$로 쓰면 $D_2 = D_1\sqrt{\dfrac{WI_1\sqrt{P_1}}{WI_2\sqrt{P_2}}}$가 된다.

값을 넣으면 $WI_1 = \dfrac{24000}{\sqrt{1.55}} \approx 19277$, $WI_2 = \dfrac{6000}{\sqrt{0.65}} \approx 7442$이므로 $D_2 = 0.3\sqrt{\dfrac{19277\times\sqrt{2.8}}{7442\times\sqrt{1.0}}} = 0.3\sqrt{4.33} \approx 0.62\,\mathrm{mm}$다.

즉 발열량이 작고 압력도 낮은 도시가스로 바꾸면 같은 열량을 내기 위해 노즐을 약 두 배로 키워야 하며, 구경은 약 0.6 mm가 된다.

이음매 없는 용기의 밸브 부착부 나사는 정밀한 나사산 치수를 확인해야 하므로 플러그게이지를 사용하여 측정한다.

버니어 캘리퍼스나 평형수준기, 링게이지는 나사산의 피치·유효지름 등을 정밀 검사하는 용도로는 적합하지 않다.

용접용기는 강판을 프레스 성형한 뒤 용접하여 제작하므로 제조비용이 적게 들어 저렴하다. 따라서 용접으로 인하여 고가라는 설명은 옳지 않다.

반면 이음매 없는 용기는 만네스만법·에르하르트식·딥드로잉법 등으로 통짜 강재를 가공해 만들기 때문에 이음매가 없어 고압에 잘 견디지만, 제조 공정이 까다로워 값이 비싸고 두께공차가 큰 편이다. 이에 비해 용접용기는 두께공차가 작다는 특징이 있다.

단열재는 열의 전달을 최소화해야 하므로 열전도도가 작아야 하며, 화재 위험을 줄이기 위해 불연성 또는 난연성이어야 하고, 저장 물질과 반응하지 않도록 화학적으로 안정해야 한다.

밀도는 오히려 작을수록 단열 성능과 경량화에 유리하므로, 밀도가 클 것이라는 조건은 단열재의 구비조건으로 적절하지 않다.

산소압축기에는 물 또는 10% 이하의 묽은 글리세린수를 사용해야 하며, 진한 글리세린수나 유지성 윤활유는 산소와 반응해 발화·폭발 위험이 있어 사용할 수 없다.

따라서 “15% 이상의 글리세린수”라는 설명은 허용 농도 기준과 어긋나 틀린 내용이다.

반면 공기압축기의 양질의 광유, 염소압축기의 진한 황산, 염화메탄 압축기의 화이트유는 각 가스의 반응성을 고려한 올바른 윤활유 사용례이다.

액화석유가스의 부취제는 가스가 누출되었을 때 공기 중 혼합비율이 용량으로 1000분의 1 상태에서도 냄새로 감지할 수 있도록 첨가하여야 한다.

이는 가연성 가스가 폭발 하한계에 이르기 훨씬 이전에 사람이 누출을 인지할 수 있도록 정한 최소 감지 기준이다.

압력배관용 탄소강관은 350℃ 이하에서 비교적 높은 압력의 배관에 사용되며, 규격 기호는 SPPS이다.

이와 구분되는 것으로 고압배관용 탄소강관은 SPPH, 고온배관용 탄소강관은 SPHT의 기호를 사용하며, 사용 압력과 온도 조건에 따라 강관의 종류와 기호가 나뉜다.

LP가스(프로판·부탄)는 물에는 잘 녹지 않고, 유기용제류에는 잘 용해되는 성질을 가진다.

따라서 “물에 대한 용해성이 크다”는 설명은 실제와 반대되어 틀린 내용이다.

증발잠열이 크고 공기보다 무거우며(비중 약 1.5~2), 액상 상태에서는 물보다 가벼운(비중 약 0.5) 것은 LP가스의 일반적 특성으로 옳다.

겔 또는 몰리큘라-시브는 강한 흡착력을 가진 다공성 물질로, 중압식 공기분리장치에서 원료 공기 중의 수분과 함께 이산화탄소를 흡착 제거하는 데 주로 사용된다.

이산화탄소를 미리 제거하지 않으면 저온의 액화·정류 과정에서 드라이아이스 형태로 고화되어 배관이나 밸브를 막을 수 있기 때문이다.

탄소강은 저온에서 저온취성(냉취성)이 발생해 충격에 약해지므로 저온장치의 재료로는 부적당하다.

반면 구리, 니켈강, 알루미늄합금은 저온에서도 연성과 인성을 비교적 잘 유지하여 저온장치용 재료로 널리 쓰인다.

서징(surging)은 펌프를 특정 저유량 영역에서 운전할 때 송출압력과 송출유량이 주기적으로 변동하며 진동·소음을 동반하는 불안정 현상을 말한다.

캐비테이션(증기 발생), 수격작용(급격한 유속 변화에 의한 압력변화) 등 다른 이상현상과는 발생 원리가 다르므로 혼동하지 않아야 한다.

천연가스를 냉각·액화한 LNG는 상압에서 끓는점이 약 -162℃로 매우 낮아 초저온 저장설비와 단열, 기화 설비 등이 필요하고 관리가 복잡하다.

LPG는 프로판·부탄이 주성분으로 상온에서도 비교적 쉽게 액화되므로 관리 난이도가 낮고, SNG·나프타 역시 LNG와 같은 초저온 저장을 필요로 하지 않는다.

압축가스(질소) 용기에서 내압시험압력(TP), 최고충전압력(FP), 안전밸브 작동압력(AP) 사이에는 $TP = \dfrac{5}{3}FP$, $AP = 0.8\,TP$의 관계가 성립한다.

TP가 25MPa이므로 $FP = 25 \times \dfrac{3}{5} = 15\text{MPa}$이고, $AP = 25 \times 0.8 = 20\text{MPa}$이다.

따라서 최고충전압력 15MPa, 안전밸브 작동압력 20MPa로 짝지어진 것이 옳다.

도시가스 압송기는 저압으로 공급된 가스를 승압시켜 보내는 설비로 터보형, 회전형, 피스톤형 등으로 구분된다.

막식형은 가스계량기(가스미터)의 한 형식에 해당하며, 압송기의 종류에는 포함되지 않는다.

고압가스용 가스히트펌프 제조에 사용하는 재료의 허용전단응력은 설계온도에서의 허용인장응력 값의 80%로 정한다.

이는 재료의 전단강도가 인장강도보다 낮다는 점을 반영하여 설계 안전율을 확보하기 위한 기준이다.

고압가스 운반차량(차량에 고정된 탱크)에 설치하는 다공성 벌집형 알루미늄합금박판(폭발방지제)은 두께 114mm 이상으로 하고, 삽입 시 부피의 2~3%를 압축하여 설치하여야 한다.

규정된 두께와 압축률에 미달하면 충돌·전복 등의 사고 시 탱크 내 액면 요동과 폭발 확산을 억제하는 효과가 떨어진다.

자동차 용기 충전시설에서 충전기 상부의 캐노피(닫집 모양 지붕)는 공지 면적의 2분의 1 이하가 되도록 설치하여야 한다.

캐노피가 지나치게 넓어 상부 공간을 밀폐된 구조로 만들면 누출가스가 체류하기 쉬워지므로 이를 방지하기 위한 기준이다.

최고충전압력의 정의상 아세틸렌가스 충전용기는 15℃에서 용기에 충전할 수 있는 가스압력 중 최고압력을 기준으로 하며, 25℃가 아니다.

압축가스(아세틸렌 제외)는 35℃ 기준, 초저온용기는 상용압력 중 최고압력, 저온용기 외의 용기로서 액화가스를 충전하는 용기는 내압시험압력의 3/5배로 정의되는 것은 옳은 설명이다.

가연성가스가 대기 중에 누출되어 공기와 넓게 혼합된 뒤 지연 착화되어 폭발하는 형태를 증기운폭발(Vapor Cloud Explosion)이라 하며, 주로 폭발압력(폭풍압)에 의한 구조물·인명 피해가 특징이다.

대구 지하철공사장 도시가스 폭발사고가 이러한 증기운폭발의 대표적 예로 꼽힌다.

BLEVE는 가열된 액화가스 저장용기의 급격한 파열에 의한 폭발, 분해폭발은 아세틸렌 등 자기분해성 가스의 폭발, 분진폭발은 가연성 분진에 의한 폭발로 각각 발생 기구가 다르다.

저장탱크에 의한 LPG 사용시설의 기밀시험은 상용압력 이상의 기체 압력으로 실시하며, 가스누출검지기로 시험하여 누출이 검지되지 않으면 합격으로 판정한다. 지하매설 배관을 3년마다 기밀시험하도록 한 것도 옳은 설명이다.

다만 기밀시험에 필요한 조치는 안전관리총괄자가 아니라 안전관리책임자가 하도록 정하고 있으므로, 이를 안전관리총괄자의 업무로 설명한 것은 틀린 내용이다.

LPG용 용접용기의 스커트에는 내부에 물이나 가스가 고이지 않도록 통기구멍을 두며, 그 통기 면적은 용기 내용적에 따라 정해진다.

내용적 20L 이상 25L 미만은 300mm² 이상, 25L 이상 50L 미만은 500mm² 이상, 50L 이상은 1000mm² 이상으로 한다.

내용적 100L인 용기는 50L 이상 구간에 해당하므로 통기 면적은 1000mm² 이상이어야 한다.

고압가스 제조 시 산소 중 가연성가스(아세틸렌, 에틸렌, 수소는 제외)의 용량이 전체 용량의 4% 이상인 경우에는 압축하지 아니한다.

프로판가스는 이 제외 대상에 해당하지 않으므로, 산소 중 프로판 비율이 4%를 넘으면 압축 자체가 금지된다.

지하에 설치하는 지역정압기는 안전조작에 필요한 장소의 조도가 150룩스 이상이 되도록 조명설비를 설치하여야 한다.

충분한 조도를 확보해야 밸브 조작, 계기 점검 등의 안전관리 작업을 시야가 확보된 상태에서 수행할 수 있다.

고압가스 품질검사에서 산소는 동·암모니아 시약을 사용한 오르사트(오르잣트)법으로 시험하며, 순도가 99.5% 이상이어야 한다.

참고로 수소는 피로갈롤 또는 하이드로설파이드 시약을 사용해 98.5% 이상, 아세틸렌은 발연황산 시약 등을 사용해 98% 이상이어야 하는 것과 구분된다.

고압가스설비를 이음쇠로 접속할 때, 상용압력이 19.6MPa 이상이 되는 곳의 나사는 반드시 나사게이지로 검사한 것을 사용하여야 한다.

고압 조건에서는 나사부의 작은 결함도 누출·파손 사고로 이어질 수 있어 저압부보다 엄격한 검사 기준이 적용된다.

염소가스의 제독제로는 가성소다수용액, 탄산소다수용액, 소석회(석회유) 등 알칼리성 물질이 사용되어 염소를 중화·흡수한다.

물은 염소를 일부 흡수할 수는 있으나 중화 반응이 없어 제독 효과가 낮으므로 염소의 제독제로는 적당하지 않다.

고압가스 저장탱크를 지하에 설치할 때 저장탱크실에 사용하는 레디믹스콘크리트는 설계강도 21MPa 이상 23.5MPa 이하의 범위로 하므로, 상한값은 23.5MPa이다.

이 밖에 굵은 골재의 최대치수 25mm, 물-결합재비 50% 이하 등의 규격이 함께 적용되어 탱크실의 강도와 수밀성을 확보한다.

금속플렉시블 호스는 내압시험, 내구시험, 염수분무시험(내식성 확인) 등을 통해 압력 저항성과 내구성, 부식 저항성을 검증받아야 한다.

반면 출구압력측정시험설비는 압력조정기와 같이 압력을 조절·조정하는 기기에 필요한 설비로, 단순 배관 연결용인 플렉시블 호스 제조에는 요구되지 않는다.

액화석유가스 용기 충전시설에서 로딩암을 실내에 설치하는 경우에는 누출가스가 실내에 체류하지 않도록 환기구를 설치하며, 환기구 면적의 합계는 바닥면적의 6% 이상으로 하여야 한다.

LP가스는 공기보다 무거워 바닥에 체류하기 쉬우므로, 충분한 환기 면적 확보가 폭발 예방의 핵심 조건이 된다.

가스누출 경보기의 검지부는 누출가스를 정확히 감지할 수 있어야 하므로, 주위 온도나 복사열에 의한 온도가 40℃ 이하로 유지되는 곳에 설치하여야 한다.

증기·물방울·기름이 접촉하는 곳, 온도가 40℃를 넘는 곳, 누출가스의 유통이 원활하지 못한 곳, 차량·작업 등으로 파손될 우려가 있는 곳은 오작동이나 손상 우려가 있어 검지부 설치 장소로 부적합하다.

독성가스 운반책임자 동승 기준에서 허용농도가 100만분의 200 이하인 독성가스는 압축가스는 10m³ 이상, 액화가스는 100kg 이상을 운반할 때 운반책임자를 동승시켜야 한다.

따라서 액화 독성가스를 “10kg 이상”이라고 한 설명은 기준 수량과 달라 틀린 내용이다.

가연성가스와 조연성가스를 같은 적재함에 싣지 않는 것, 차량 앞뒤에 붉은 글씨로 경계표시를 하는 것, 압축 독성가스 10m³ 이상 시 운반책임자를 동승시키는 것은 모두 옳은 기준이다.

단열압축은 기체를 급격히 압축할 때 온도가 상승해 발화원이 될 수 있고, 액체나 가스의 급격한 유동·분출은 정전기를 발생시켜 발화원이 될 수 있다.

반면 액체의 감압(압력을 낮추는 것)은 오히려 단열팽창에 의한 온도 하강을 동반하므로 발화원이 되기 어렵다.

절대압력은 $P_{abs} = P_{atm} - P_{vac}$로 구한다.

$P_{abs} = 100 - 15 = 85\text{kPa}$이므로 이 용기 속 기체의 절대압력은 85kPa이다.

그림의 문장은 초저온 용기의 충격시험 기준이다. 시험편 3개를 규정 온도 이하로 냉각한 뒤, 충격치의 최저값과 3개 평균값을 모두 만족해야 합격으로 본다.

기준 수치는 시험편 온도 -150 ℃ 이하, 충격치 최저 20 J/cm² 이상, 평균 30 J/cm² 이상이다. 괄호에는 이 순서대로 들어간다.

초저온 용기는 -50 ℃ 이하의 액화산소·액화질소·액화아르곤 등을 담으므로, 극저온에서 재료가 취성 파괴를 일으키지 않는지 확인하기 위해 이처럼 낮은 온도에서 충격시험을 실시한다.

기체크로마토그래프의 크로마토그램에서 시료 주입 시점부터 각 성분의 피크가 검출될 때까지 걸린 시간을 체류시간(머무름시간, retention time)이라 한다.

성분마다 고정상과의 친화도 차이로 체류시간이 달라지며, 이 차이를 이용해 서로 다른 성분을 분리·구별할 수 있다.

ECD(전자포착검출기, Electron Capture Detector)는 방사선원에서 방출된 전자가 운반가스를 이온화시켜 만든 자유전자를, 전자친화력이 있는 화합물(할로겐화합물 등)이 포착하면서 전류가 감소하는 원리를 이용한다.

이러한 특성 때문에 잔류농약, PCB 등 환경오염물질 분석에 널리 이용된다.

TCD는 열전도도 차이, FID는 이온화 전류, FPD는 인·황 화합물의 발광을 이용하는 검출기로 원리가 다르다.

T형(구리-콘스탄탄) 열전대는 사용온도범위가 비교적 낮아(약 -200~350℃), 열전대 중 가장 저온 영역에서 연속 사용하기에 적합하다.

R형, S형은 백금-백금로듐 계열로 고온(약 1600℃ 부근)까지 사용 가능하고, L형은 철-콘스탄탄 계열로 주로 중·고온 영역에서 사용된다.

용적식 유량계는 일정한 용적의 공간에 유체를 채웠다가 배출하는 과정을 반복하며 회전수를 적산해 체적유량을 직접 측정하는 방식으로, 정도가 높고 고점도 유체에도 적용할 수 있다.

유속식·전자식·면적식 유량계는 유속이나 차압, 자기장 등 간접적인 물리량을 측정해 유량을 환산하는 방식이라는 점에서 차이가 있다.

절대습도는 습공기 중에 포함된 건조공기 1kg에 대한 수증기의 중량(kg/kg)으로 정의된다.

습공기 1m³당 수증기의 체적을 나타낸 것이 아니며, 포화습도비나 수증기 분압비로 정의되는 것은 각각 비교습도·상대습도 등 다른 습도 개념에 해당한다.

가스미터는 계량 원리에 따라 실측식(직접식)과 추량식(간접식)으로 나뉜다. 실측식은 일정 부피의 계량실에 가스를 채웠다가 배출하는 것을 반복하며 부피를 직접 세는 방식으로, 건식(막식), 습식, 회전식(루츠미터)이 여기에 속한다.

반면 벤투리식은 유체가 좁아진 관을 지날 때 발생하는 차압을 측정해 유량으로 환산하는 추량식 계량기이므로, 실측식에 해당하지 않는다.

스트레인게이지는 금속선이나 반도체 소자가 늘어나거나 압축되는 변형(strain)을 받으면 그 전기저항이 변화하는 현상을 이용한 센서이다.

압력을 받는 다이어프램에 게이지를 부착하면 압력에 비례해 게이지가 변형되고, 이때 나타나는 미세한 저항 변화를 브리지 회로 등으로 검출하여 압력값으로 환산한다.

반도체식 가스누출검지기는 금속산화물 반도체 표면에 가스 분자가 흡착·반응하면서 전기전도도가 달라지는 원리를 이용한다. 소자 구조가 단순하고 작아 소형·경량화가 가능하며 응답속도도 빠른 편이다.

다만 가연성가스 외에도 여러 환원성 가스에 반응하는 등 선택성이 낮아 특정 가스만 검지한다고 보기는 어렵고, 미량가스에도 비교적 민감하게 반응해 감도 자체는 우수한 편이다.

비례대역(Proportional Band)은 출력이 최소에서 최대까지 변하는 데 필요한 측정값의 변화폭이 전체 조절범위에서 차지하는 비율로 정의된다.

전체 조절범위는 $80-60=20$℃이고, 측정 온도의 변화폭은 $76-73=3$℃이므로

$P.B = \dfrac{3}{20}\times100 = 15\,\%$

오리피스를 통한 유량은 $Q = C \cdot A \cdot \sqrt{2gh}$로 나타낼 수 있다. 여기서 $Q=0.6\,m^3/min = 0.01\,m^3/s$, $C=0.6$, $h=10\,m$이다.

$\sqrt{2 \times 9.8 \times 10} = 14\,m/s$이므로 필요한 단면적은 $A = \dfrac{Q}{C\sqrt{2gh}} = \dfrac{0.01}{0.6\times14} \approx 1.19\times10^{-3}\,m^2$이다.

이로부터 지름은 $d = \sqrt{\dfrac{4A}{\pi}} = \sqrt{\dfrac{4\times1.19\times10^{-3}}{3.14}} \approx 0.039\,m = 3.9\,cm$로 계산된다.

오르자트(Orsat) 가스분석기는 시료 가스를 흡수액이 담긴 피펫에 통과시켜 성분별로 흡수시키고, 그 부피 감소량을 뷰렛으로 읽으며, 뷰렛의 압력을 대기압과 맞추기 위해 수준병을 이용해 액면을 조절하는 구조로 이루어진다.

컬럼(분리관)은 가스크로마토그래피에서 성분을 분리하는 장치의 명칭으로, 흡수법을 이용하는 오르자트 분석기의 구성요소는 아니다.

습식가스미터는 회전 드럼이 액체(물) 속에 잠긴 상태로 가스 부피를 측정하기 때문에 계량이 정확하지만, 액체를 담을 공간이 필요해 설치공간이 크고 수위를 일정하게 유지하는 관리가 필요하다는 특징을 가진다.

이 때문에 습식가스미터는 주로 기준기나 실험실용으로 사용되며, 일반 가정용으로는 구조가 간단하고 소형인 막식(건식) 가스미터가 주로 쓰인다.

국제표준(ISO 5167 등)에서 규정하는 차압식 유량계의 1차 장치에는 관 내부에 삽입되어 유체의 흐름을 조여 차압을 발생시키는 오리피스 플레이트, 노즐, 벤투리 노즐 등이 있다.

써모웰(thermo well)은 온도 센서를 유체와 직접 접촉시키지 않고 보호하기 위해 배관에 삽입하는 보호관으로, 차압을 발생시키는 1차 장치가 아니다.

피토관으로 유속을 측정할 때는 앞쪽에 충분한 직관구간을 두어 흐름을 안정시켜야 하는데, 실제 규정되는 직관길이는 관지름의 2배보다 훨씬 긴 수준이 필요하다. 이 때문에 "관지름 2배 이상"이라는 조건은 실제 요구 조건에 비해 지나치게 짧아 오차의 원인이 된다.

나머지 설명은 타당하다. 유속이 낮은 유체(약 5m/s 이하)에서는 동압 자체가 작아 측정이 어렵고, 관 내부 흐름의 충격을 받으므로 충분한 강도가 필요하며, 피토관 두부는 흐름 방향에 평행하게 삽입해야 정확한 동압을 측정할 수 있다.

가스미터의 고장은 크게 부동(계량은 되나 지침이 움직이지 않음), 불통(가스가 통과하지 않음), 기차불량(계량치와 실제 유량의 오차가 규정 사용공차를 벗어남), 감도불량(소량의 가스 흐름에 반응하지 않음) 등으로 구분된다.

이 중 규정된 사용공차를 초과하는 고장은 계량 오차 자체가 문제인 경우이므로 기차불량에 해당한다.

임펄스(충격) 입력은 매우 짧은 시간 동안 무한대에 가까운 크기로 작용하는 입력을 의미하며, 이러한 입력에 대해 시스템이 나타내는 출력을 충격응답이라 한다.

스텝응답은 일정한 크기로 유지되는 입력, 정현응답은 사인파 형태의 입력에 대한 응답이라는 점에서 충격응답과 구분된다.

석유제품의 비중을 나타낼 때는 흔히 API도를 사용하며, API도가 클수록 비중이 작은(가벼운) 유류임을 나타낸다.

Baume도나 Twaddell도는 주로 화학공업에서 액체 비중을 표시할 때 사용되는 다른 단위체계로, 석유제품의 표준 비중 표시법으로는 API도가 널리 쓰인다.

초산납(아세트산납) 용액을 여지에 적셔 만드는 시험지는 연당지이며, 황화수소(H₂S)와 반응하면 황화납의 검은색으로 변색되어 H₂S 검지에 사용된다.

염화파라듐지는 별도의 시약(염화파라듐)으로 제조하며 일산화탄소(CO) 검지에 사용되는 시험지로, 초산납으로 만드는 연당지와는 구분된다.

헴펠(Hempel)식 가스분석법은 성분에 따라 흡수법과 연소법을 조합해 사용한다. CO₂, C₂H₄, O₂ 등은 흡수액에 흡수시켜 부피 감소로 정량하지만, 수소(H₂)와 메탄(CH₄)은 흡수액으로 제거되지 않으므로 별도로 연소시켜 그 전후 부피 변화로 정량하는 연소법을 사용한다.

열선식(열선유량계)은 가열된 열선(또는 서미스터)이 유체에 의해 냉각되는 정도로 유량을 측정하는 방식으로, 대표적으로 토마스식(Thomas meter)이 이에 해당한다.

델타식과 에뉴바식은 차압식(피토관 응용)에 가까운 유량계이고, 스웰(스월)식은 유체에 선회류를 발생시켜 그 주파수로 유량을 구하는 방식이므로 열선식과는 원리가 다르다.