필요한 열량은 공식으로 구한다.
질량 10kg, 비열 , 온도차 를 대입한다.
로 계산된다.
상당증발량은 실제 증발량을 100℃ 포화수를 100℃ 건포화증기로 바꾸는 기준(잠열 539kcal/kg)으로 환산한 값이다.
공식은 이며, 증발량 3000kg/h, 발생증기 엔탈피 660kcal/kg, 급수엔탈피는 급수온도 60℃에서 약 60kcal/kg로 본다.
로 계산된다.
연소 속도는 연료가 산소와 반응하여 타 들어가는 속도, 즉 산화속도를 의미한다.
환원속도는 산소가 부족한 조건에서 일어나는 반대 반응의 속도이고, 착화속도는 불이 붙기 시작하는 빠르기이며, 열의 발생속도는 연소의 결과로 열이 나오는 빠르기를 가리키는 말이어서 연소 속도의 정의와는 구분된다.
기체연료는 오히려 공기와의 혼합이 자유로워 저부하부터 고부하까지 넓은 범위에서 안정적으로 연소할 수 있어, 저부하 연소만 가능하다는 설명은 옳지 않다.
매연 발생이 적고 대기오염이 적다는 점, 이론공기량에 가까운 공기로도 완전연소가 가능하다는 점, 자동제어가 편리하다는 점은 기체연료의 실제 특성과 맞다.
연료를 무화시키는 목적은 액체 연료를 미세한 입자로 만들어 단위 중량당 표면적을 오히려 크게 하는 데 있으므로, 표면적을 적게 한다는 설명은 옳지 않다.
표면적이 커지면 주위 공기와의 혼합이 고르게 되고, 연소효율이 향상되며, 연소실의 열부하도 높일 수 있다.
미분탄 연소는 연료 표면적이 매우 크고 연소속도가 빨라 완전연소에 가깝지만, 그만큼 비산재(플라이애시) 발생이 많아 집진장치가 반드시 필요하므로 집진장치가 필요 없다는 설명은 옳지 않다.
적은 과잉공기로도 완전연소가 가능한 점, 고온의 예열공기를 사용할 수 있는 점, 점화·소화 시 연료 손실이 적은 점은 화격자 연소 대비 미분탄 연소의 실제 장점이다.
연료의 연소 온도는 연료가 가진 열량, 즉 발열량의 영향을 가장 크게 받는다.
발화점·인화점은 불이 붙는 온도 조건을, 회분은 연소 후 남는 재의 양을 나타내는 값으로 연소 온도 자체를 결정하는 요인은 아니다.
보일러 열손실 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 배기가스 손실이다.
연소가스가 굴뚝으로 배출될 때 가지고 나가는 현열이 전체 손실의 대부분을 차지하며, 노벽 방열 손실이나 미연분·무화공기에 의한 손실은 이보다 비중이 작다.
기체연료는 별도의 기화·분해 과정 없이 공기와 섞이면서 타므로 확산연소 형태로 연소한다.
표면연소는 목탄·코크스처럼 고체 표면에서 직접 타는 형태, 분해연소는 석탄·목재 등이 열분해 가스를 내며 타는 형태, 증발연소는 등유·경유 등이 증발한 증기가 타는 형태로 각각 기체연료의 연소 형태와는 다르다.
아쿠아스탯(리미트 컨트롤)은 보일러수의 온도를 검출해 연소를 제어하는 장치이므로 감온부는 보일러 본체에 부착된다.
버너나 연도, 온수공급관은 각각 화염·배기가스·공급배관의 상태를 다루는 위치로 보일러수 온도 검출 지점과는 다르다.
온-오프 동작은 제어량이 목표값에서 정해진 양만큼 벗어나면 밸브를 열거나 닫는 단순한 개폐 동작으로 이루어진다.
출력이 조작량에 비례해 변화하는 것은 비례동작, 편차의 시간 적분에 비례해 조작량이 변하는 것은 적분동작, 편차의 시간 변화에 비례해 출력이 변하는 것은 미분동작의 특징이다.
2요소식 급수제어는 수위와 증기량 두 가지를 검출하여 급수량을 조절하는 방식이다.
수위 하나만 보는 단요소식과 달리 증기 유출량 변화를 미리 반영해 응답이 빠르며, 여기에 급수량까지 함께 검출하는 방식은 3요소식이다.
1파운드(lb)의 물을 1℃(14.5→15.5℃) 올리는 데 필요한 열량을 1로 정의한 단위는 CHU이다.
kcal은 물 1kg을 1℃, BTU는 물 1lb를 1°F 올리는 데 필요한 열량으로 정의되어 질량·온도 단위 조합이 서로 다르며, BOD는 열단위가 아니라 생물학적 산소요구량을 뜻한다.
보일러 전열면 외측에 붙은 그을음이나 재를 증기·공기 등을 분사해 제거하는 장치는 슈트 블로워이다.
어큐뮬레이터는 증기 저장·부하 대응 장치, 기수분리기와 사이클론 분리기는 증기 중 수분을 분리하는 장치로 그을음 제거와는 목적이 다르다.
보일러 형식 중 수관식 보일러는 전열면적을 넓게 구성할 수 있고 순환·열전달이 우수해 일반적으로 열효율이 가장 높은 편에 속한다.
노통연관식·연관식·노통식은 구조상 전열면적 확보에 한계가 있어 수관식보다 상대적으로 열효율이 낮다.
열용량은 어떤 물체 전체의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량으로, 단위는 이다.
는 비열, 은 잠열 등 단위 질량당 열량, 은 단위 부피당 열량을 나타내는 단위다.
1기압, 100℃ 건포화증기의 엔탈피는 약 639 kcal/kg이다.
100℃ 포화수의 엔탈피가 약 100kcal/kg이고 여기에 증발잠열 약 539kcal/kg을 더하면 이 된다.
파형 노통은 표면이 물결 모양으로 주름져 있어 같은 길이에서도 평형 노통보다 전열면적이 크다.
다만 주름 구조 때문에 공작이 어렵고 내외면 청소도 까다로우며, 외압에 대한 강도는 평형 노통보다 오히려 크다는 점에서 나머지 설명들은 옳지 않다.
증기보일러의 송기장치는 발생한 증기를 사용처로 보내는 계통의 장치로 기수분리기·주증기밸브·스팀헤더 등이 해당한다.
급수내관은 보일러 동체 내부로 급수를 끌어들이는 급수장치에 속하는 부품으로, 증기를 내보내는 송기장치와는 계통이 다르다.
과열증기는 응축 잠열이 아니라 현열로 열을 내주므로 방열이 진행될수록 증기 온도가 계속 떨어져 가열 표면의 온도를 일정하게 유지하기 어렵다. 따라서 이 설명은 과열증기의 장점이 될 수 없다.
반면 수분이 없어 관내 부식과 수격작용을 줄일 수 있는 점, 같은 양의 증기로 더 많은 열을 얻을 수 있는 점, 관내 마찰저항을 줄일 수 있는 점은 과열증기의 실제 장점이다.
1보일러마력은 100℃의 물 15.65kg을 1시간 동안 같은 온도(100℃)의 증기로 바꿀 수 있는 능력으로 정의된다.
이는 상당증발량 15.65kg/h에 해당하며, 여기에 증발잠열 539kcal/kg을 곱하면 시간당 약 8,435kcal의 열량과 같다.
수관식 보일러는 보유수량이 적어 부하가 급변하면 압력 변화가 오히려 크게 나타나므로, 압력 변화가 적다는 설명은 옳지 않다.
고압·대용량에 적합한 점, 관 내부를 순환시켜 보일러수 순환이 좋은 점, 관 하나가 파열되어도 피해가 적은 점은 수관식 보일러의 실제 장점이다.
보일러 열정산에서 입열 항목은 보일러로 들어오는 열량을, 출열 항목은 밖으로 나가는(손실되는) 열량을 뜻한다.
노내에 분입되는 증기가 지닌 열량은 외부에서 보일러 계통으로 공급되는 열이므로 입열 항목에 해당한다.
재의 현열, 발생 증기의 보유 열량, 배기가스의 보유 열량은 모두 보일러 밖으로 빠져나가는 출열 항목이다.
액체가 일정 압력에 도달하면 액체와 기체의 경계가 사라지고 증발잠열이 0이 되는데, 이때의 압력을 임계압력이라 한다.
절대압력은 완전진공을 기준으로 압력을 나타내는 기준일 뿐이고, 포화압력(기화압력)은 그 온도에서 액체와 증기가 평형을 이루는 압력으로 임계점과는 다른 개념이다.
워싱턴펌프는 전기모터가 아니라 증기 자체의 힘으로 피스톤을 왕복시켜 급수하는 증기 직동식 펌프이므로, 전기모터로 작동한다는 설명은 옳지 않다.
환원기는 수두압과 증기압력을 이용하고, 인젝터는 보일러 증기의 에너지를 이용하며, 회전펌프는 날개의 회전에 의한 원심력을 이용한다는 설명은 각 장치의 원리와 맞다.
고압과 저압 배관 사이에서 고압측의 압력변화 및 증기 소비량에 관계없이 일정한 압력을 유지하는 기능을 하는 밸브는 감압밸브이다. 감압밸브는 고압 측의 변동하는 압력을 저압 측에서 요구하는 일정한 압력으로 자동으로 조절·감소시키는 역할을 한다. 안전밸브는 설정압력을 초과할 때만 개방되어 과압을 배출하는 용도이고, 온도조절밸브는 온도 제어용, 다이야프램밸브는 유량 차단용으로 압력을 일정하게 유지하지 않는다.
보일러의 급수장치는 하나가 고장 나도 급수가 끊기지 않도록 주펌프와 예비펌프 등 2개 이상 갖추도록 하는 것이 원칙이다.
분출장치·온도계·오일펌프는 이러한 이중화 요건이 급수장치만큼 일반적으로 요구되지는 않는다.
온수난방에서 개방식 팽창탱크는 온수가 넘치지 않도록 계통 내 가장 높은 방열기보다 높은 위치에 설치해야 한다.
고온수 난방설비에는 내부가 가압되는 밀폐식 팽창탱크를 사용하고, 일수관·통기관은 대기와 통하는 개방식에 설치하며, 팽창관에는 안전상 밸브를 설치하지 않는 것이 원칙이므로 나머지 설명은 옳지 않다.
보일러 설치·시공 기준상 보일러 외벽 온도는 주위 온도보다 30 ℃를 초과해서는 안 된다. 이는 작업자의 화상 등 안전사고를 예방하기 위한 규정이다.
이 수치는 출제 당시(2003년) 설치·시공 기준을 근거로 한 것으로, 현행 규정은 개정 이력을 별도로 확인해야 한다.
강철제 증기보일러의 수압시험압력은 최고사용압력이 4.3 kgf/cm² 초과 15 kgf/cm² 이하인 경우 최고사용압력의 1.3배에 3 kgf/cm²를 더한 값으로 정한다.
최고사용압력이 10 kg/cm²이므로
따라서 수압시험 압력은 16 kg/cm²이다.
분출밸브의 최고사용압력은 보일러 최고사용압력의 1.25배 또는 보일러 최고사용압력에 15kg/cm2를 더한 압력 중 작은 값 이상이어야 한다. 어느 경우에도 7kg/cm2 이상이어야 한다.
가동 중인 보일러를 정지할 때는 연료·공기 공급을 먼저 차단하고 주증기밸브를 닫는 순서로 진행하며, 정지 직후 방출밸브를 열어 보일러수를 급히 취출하는 것은 올바른 조치가 아니다.
- 연료 공급을 멈추는 것은 정상적인 정지 절차이다.
- 연료용 공기 공급을 멈추는 것도 정상적인 정지 절차이다.
- 주증기 밸브를 닫는 것도 정상적인 정지 절차이다.
보일러가 아직 고온·고압 상태인데 방출밸브를 열어 보일러수를 취출하면 급격한 압력 변화와 열충격을 일으킬 수 있어 정지 시 조치로 부적절하다.
보일러수의 분출(blow-down)은 관수 중 불순물의 농축을 막고 스케일 부착과 pH 이상을 방지하기 위한 조치이며, 저수위를 방지하는 목적과는 무관하다.
- 관수의 농축을 방지하는 것은 분출의 목적이다.
- 동 저부의 스케일 부착을 방지하는 것도 분출의 목적이다.
- 관수의 pH를 조절하는 것도 분출의 목적이다.
오히려 분출은 보일러수를 배출시키는 조작이므로 과도하게 시행하면 수위가 낮아질 위험이 있어, 저수위 방지와는 반대되는 개념이다.
보일러 동 저부에 진흙 모양으로 퇴적하는 침전물은 급수 중에 녹아 있던 칼슘·마그네슘 등 염류분이 슬러지 형태로 가라앉은 것이다.
산분·알카리분·유지분은 관수의 부식이나 포밍 등 다른 장해와 관련이 크며, 동 저부의 진흙 형태 침전물 성분과는 거리가 있다.
증기보일러의 수면계는 2개 이상을 설치하고 항상 서로의 수위를 비교하여 일치하는지 확인하는 것이 올바른 점검 방법이다.
- 수면계 1개만 점검하는 것은 고장 시 오판 위험이 있어 부적절하다.
- 급수량만으로 수위를 대신 판단하는 것은 실제 수위와 오차가 생길 수 있어 부적절하다.
- 증발이 활발할 때만 점검하는 것은 상시 감시 원칙에 맞지 않는다.
보일러 내면을 염산으로 산세정할 때 세정액의 표준 처리 조건은 온도 60±5 ℃, 처리시간 4~6시간 정도이다.
온도를 지나치게 높게(90℃대) 하면 세정액의 부식성이 커져 모재를 손상시킬 위험이 있고, 처리시간이 지나치게 짧으면 스케일 제거가 충분하지 않으므로 이 조합이 가장 적합하다.
포밍(foaming)은 보일러수 표면에 거품이 발생해 증기와 함께 넘어가는 현상으로, 급수 중에 섞인 유지(油脂) 성분이 가장 큰 원인이다.
유지분은 보일러수의 표면장력을 떨어뜨려 거품이 쉽게 생기고 잘 꺼지지 않게 만들기 때문에 포밍을 직접적으로 유발한다.
pH, 경도 성분, 용존산소는 각각 부식이나 스케일 등 다른 장해와 관련이 크며, 포밍과의 직접적 연관성은 유지 성분보다 작다.
보일러 급수의 외처리 방법 중 이온교환법은 수지에 이온을 화학적으로 교환·흡착시켜 경도 성분을 제거하는 방식으로, 화학적 처리 방법에 해당한다.
- 여과법은 불순물을 물리적으로 걸러내는 처리이다.
- 탈기법은 물리적으로 용존가스를 제거하는 처리이다.
- 증류법은 물을 가열·증발시켜 정제하는 물리적 처리이다.
보일러 청정(내부 청소) 작업 시에는 급수내관, 취출밸브, 수위검출기와 같은 부속 기기를 분리하여 점검·청소하지만, 연관은 보일러 몸체에 고정 설치된 전열관이므로 청정 작업을 위해 별도로 분리하지 않는다.
가성취화는 고농도 알칼리(NaOH)가 강재의 결정입계를 침식해 균열을 일으키는 현상이다. 이를 막는 억제제로 질산나트륨, 인산나트륨, 탄닌, 리그닌을 쓴다. 수산화나트륨과 탄산나트륨은 오히려 알칼리도를 높인다.
보일러에서 발생한 증기가 수분을 많이 함유한 채로 증기관을 통해 송기되는 현상을 캐리오버(carry over)라고 한다.
- 프라이밍은 보일러수가 물방울 형태로 튀어 올라 증기에 섞이는 현상으로, 캐리오버를 유발하는 원인 중 하나이다.
- 포밍은 수면에 거품이 생기는 현상으로 역시 캐리오버의 원인이 될 수 있다.
즉 프라이밍·포밍이 원인이 되어 나타나는 결과가 캐리오버이며, 문제에서 묻는 것은 이 결과 현상 자체이다.
수면계에 수위가 보이지 않을 때는 저수위인지 만수위인지 판단하기 어려우므로, 가장 먼저 연료 공급을 차단하여 보일러를 안전 상태로 만드는 것이 최우선 응급조치이다.
냉수를 곧바로 공급하거나 증기를 보충하는 조치는 오히려 급격한 열충격이나 압력 이상을 유발할 수 있어 부적절하며, 자연냉각만으로는 위험 상황에 즉시 대응하기 어렵다.
와이어 브러시, 튜브 크리너, 스케일 커터는 보일러를 정지한 상태에서 내부에 직접 부착된 스케일·그을음을 제거하는 데 사용하는 청소 공구이다.
반면 슈트 블로워는 보일러 가동 중에 연소가스 통로 쪽의 그을음을 증기나 공기로 불어내는 장치로, 내부 청소용 공구와는 용도와 사용 시점이 다르다.
점식(pitting)은 보일러수에 녹아 있는 용존산소가 국부적으로 작용해 금속 표면을 부식시키는 현상이므로, 급수 중의 산소 등 용존가스를 제거하는 것이 가장 효과적인 방지법이다.
- 브리딩 스페이스는 오히려 충분히 확보해야 하며, 좁게 하면 반복 굽힘 응력이 집중되어 구식(그루빙)이 생기기 쉽다.
- 급수의 pH를 7 이하(산성)로 유지하는 것은 오히려 부식을 촉진시킨다. 급수는 약알칼리로 관리하는 것이 원칙이다.
- 용해 고형분 제거는 스케일 방지에는 도움이 되지만 점식의 직접적 원인인 용존산소 문제를 해결하지는 못한다.
보일러 폭발사고는 주로 강도·구조상의 결함, 급수설비 불량, 저수위 운전 등 보일러 자체의 안전 여건이 무너졌을 때 발생한다.
캐리오버는 증기에 수분이 섞여 나가는 품질 문제로, 배관 워터해머나 증기 품질 저하를 일으킬 수는 있어도 보일러 동체 자체의 폭발 원인으로 직접 연결되는 현상은 아니다.
보일러실에서 발생하는 유류화재(B급 화재)에는 유류 표면을 거품으로 덮어 공기를 차단하는 포말 소화기가 가장 적합하다.
- 수조부 펌프 소화기는 물을 방사하는 방식이라 유류화재에는 오히려 불이 번질 위험이 있다.
- 산·알칼리 소화기도 물을 기반으로 하는 소화기로 유류화재에는 적합하지 않다.
- 분말 소화기도 유류화재에 사용할 수 있으나, 유면 전체를 덮어 질식소화하고 재발화까지 억제하는 효과 면에서는 포말이 더 적합한 것으로 본다.
상용 보일러의 점화 전 점검사항은 수면계 수위 확인, 노내 환기·통풍 확인, 부속품 및 부속장치 확인과 같이 매 점화 시마다 반복적으로 실시하는 항목이다.
소다끓이기(알칼리 세관) 및 내부부식 확인은 신설 보일러의 초기 가동이나 정기적인 보수·정비 시에 실시하는 별도의 작업으로, 매번의 점화 전 준비사항과는 성격이 다르다.
인화성 액체를 사용하는 열매체 보일러는 매체 누출 시 화재 위험이 크므로, 방출밸브 또는 방출관을 밀폐식 구조로 하거나 보일러실 밖의 안전한 장소로 방출시키도록 하는 것이 원칙이다.
보일러실 내부로 그대로 방출하거나 개방식 구조로 설치하면 인화성 증기가 실내에 체류해 화재·폭발 위험이 커지므로 적절하지 않다.
온수난방은 물의 현열로 열을 나르는 방식이어서, 잠열을 이용하는 증기난방에 비해 같은 열량을 보내는 데 필요한 순환 유량이 훨씬 많다. 따라서 배관 직경을 증기난방보다 크게 잡아야 하므로, 배관 직경이 증기난방에 비해 작아도 된다는 설명은 틀린 내용이다.
- 난방부하 변동에 따라 온도 조절이 용이한 것은 온수난방의 실제 특징이다.
- 현열을 이용해 쾌적한 난방을 제공하는 것도 온수난방의 특징이다.
- 증기난방과 달리 응축수로 인한 워터해머가 발생하지 않는 것도 맞는 특징이다.
부싱, 레듀셔, 이경티는 지름이 서로 다른 관을 연결할 때 사용하는 이음쇠이다.
반면 니플은 같은 지름의 관을 직선으로 연결할 때 사용하는 짧은 관 이음쇠로, 관지름이 다른 관을 연결하는 용도와는 거리가 있다.
증기보일러의 안전밸브는 스프링의 탄성력으로 설정 압력을 조절하는 스프링식 안전밸브가 구조가 간단하고 취급이 편리해 가장 널리 사용된다.
중추식·지렛대식은 추나 지렛대의 무게로 압력을 설정하는 방식으로 대형·저압 설비 등 제한적인 곳에 쓰이며, 복합식 역시 특수한 경우에 국한되어 스프링식만큼 범용적이지 않다.
가스를 연료로 사용하는 보일러의 연료 배관은 안전상 노출 배관 시공을 원칙으로 하며, 부득이하게 매설하는 경우에 한해 이음매 없는 동관·스테인리스강관 등을 사용하도록 한다.
따라서 배관을 매몰 시공을 원칙으로 한다는 설명은 원칙과 예외가 뒤바뀐 것으로 틀린 내용이며, 이는 출제 당시(2003년) 가스시설 기준을 근거로 한 것이다.
노통, 관판, 연소실과 같은 원통형·평판형 부재는 내부의 화염이나 외부 압력에 의해 압축응력을 받아 압궤(찌그러짐)가 발생하기 쉬운 구조이다.
수관은 내부에 증기·물이 흐르며 주로 내압을 받는 관이므로, 과열 등으로 인한 팽출·파열이 문제되는 경우가 많고 압축에 의한 압궤와는 거리가 있다.
벽체를 통한 시간당 손실열량은 열관류율×면적×온도차로 구한다.
특정열사용기자재 가운데 '기관'에는 강철제·주철제 보일러, 온수보일러, 구멍탄용 온수보일러, 축열식 전기보일러 같은 보일러류와 태양열집열기가 들어간다. 1종 압력용기는 '기관'이 아니라 '압력용기'로 따로 구분된다.
에너지이용 합리화법령상 대통령령으로 정하는 기준량 이상의 에너지를 사용하는 자는 시·도지사에게 신고하도록 규정되어 있다(출제 당시 2003년 기준).
이는 지역별 에너지 사용 실태를 관할 지방자치단체가 파악·관리하기 위한 제도이며, 세부 신고 사항·기준량은 개정될 수 있으므로 현행 규정은 별도로 확인이 필요하다.
검사대상기기의 검사는 크게 제조단계의 제조검사(용접검사, 구조검사)와 설치·사용단계의 검사로 나뉜다.
설치검사, 개조검사, 설치장소 변경검사는 이미 제작이 끝난 기기를 설치하거나 사용 중 변경 사항이 생겼을 때 받는 검사로, 제조검사와는 단계가 다르다. 이는 출제 당시(2003년) 검사 체계를 기준으로 한 설명이다.
보일러의 계속사용검사는 검사유효기간 만료 10일 전까지 신청서를 제출하도록 하는 것이 출제 당시(2003년) 기준이었다.
검사 종류별 신청 기한은 법령 개정에 따라 달라질 수 있으므로, 현재 적용되는 정확한 기한은 최신 법령을 통해 확인해야 한다.
검사에 불합격한 검사대상기기를 사용한 자에게는 출제 당시(2003년) 기준으로 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금에 해당하는 벌칙이 적용되었다.
검사 불합격 기기의 사용을 금지하는 것은 미검증 상태의 보일러로 인한 안전사고를 예방하기 위한 조치이며, 벌칙 수준은 법령 개정에 따라 달라질 수 있다.
에너지 수급안정을 위한 비상조치는 에너지의 비축·저장, 사용 제한·금지, 배급 등과 같이 한정된 에너지를 효율적으로 아끼고 배분하기 위한 억제·조정 성격의 조치이다.
에너지 판매시설의 확충은 오히려 공급 인프라를 확대하는 조치로, 수급 위기 상황에서 즉각적으로 시행하는 비상조치의 성격과는 맞지 않는다.