열은 일로, 일은 열로 전환할 수 있다는 것은 에너지 보존의 관점에서 열과 일이 서로 등가로 변환된다는 것을 의미하며, 이는 열역학 제1법칙(에너지 보존의 법칙)의 내용이다.

제0법칙은 열평형, 제2법칙은 열의 이동 방향(비가역성)과 엔트로피 증가, 제3법칙은 절대영도에서의 엔트로피에 관한 법칙으로, 열과 일의 상호 전환을 설명하는 법칙과는 다르다.

지름 3 m인 구의 부피는 $V=\dfrac{4}{3}\pi r^3=\dfrac{4}{3}\pi (1.5)^3=4.5\pi\ \mathrm{m^3}$이다.

비체적은 부피를 질량으로 나눈 값이므로 $v=\dfrac{V}{m}=\dfrac{4.5\pi}{6}=\dfrac{3\pi}{4}\ \mathrm{m^3/kg}$이 된다.

그림의 T-S 선도는 증기원동소의 재열사이클이다. 낮은 압력 P₂의 응축기에서 나온 물이 급수펌프로 가압되어 1이 되고, 보일러에서 가열되어 포화수 2를 거쳐 포화증기 3이 된 뒤 과열기에서 3→4로 과열된다.

과열증기 4는 고압터빈에서 4→5로 팽창한 다음, 습분이 많아지기 전에 다시 보일러로 보내져 중간 압력에서 5→6으로 재가열된다. 선도에서 5에서 6으로 오른쪽 위로 올라가며 온도가 처음 과열 온도 수준까지 회복되는 정압 가열 구간이 바로 재열(reheat) 과정이다.

이어 6→7로 저압터빈에서 팽창한 뒤 7에서 응축기로 들어가 P₂ 선을 따라 응축된다. 따라서 3→4는 과열기에서의 과열, 2→3은 보일러에서의 증발, 7에서 1로 돌아가는 구간은 응축과 급수펌프 가압에 해당해 재열과 구분된다.

재열의 목적은 터빈 저압단의 습도를 낮춰 날개 침식을 막고 동시에 열효율을 높이는 데 있다.

필요한 열량은 $Q=mc\Delta T$로 구하며, 질량 120 kg, 비열 4.2 kJ/kg℃, 온도차 $80-20=60\,^{\circ}\mathrm{C}$를 대입한다.

따라서 $Q=120\times4.2\times60=30240\ \mathrm{kJ}$가 된다.

비탄산염 경도(황산염·염화물 등에 의한 경도)가 크면서 pH 조정이 불충분하여 보일러수의 pH가 충분히 상승하지 못하는 조건에서는, 상대적으로 낮은 pH에서도 용해도가 작은 황산칼슘(CaSO4) 형태로 스케일이 잘 생성된다.

탄산칼슘은 pH가 높아진 알칼리성 조건에서 주로 생성되는 스케일이므로, pH가 상승하지 않는 이 문제의 조건과는 맞지 않는다.

보일러 연소실 내에 미연소 가스가 축적된 상태에서 재점화되면 급격한 폭발이 일어날 수 있는데, 이때 노 내 압력이 급상승하면 문이 열려 폭발 압력을 외부로 배출시켜 동체 파손을 막는 안전장치가 방폭문이다.

안전밸브는 증기압력 과다 상승을, 가용전은 저수위로 인한 과열을, 화염검출기는 실화(불꺼짐) 여부를 감지하는 장치로 각각 폭발 압력 자체를 배출하는 기능과는 다르다.

탄소는 $\mathrm{C+O_2 \to CO_2}$ 반응으로 완전연소하므로, 탄소 1 kmol(12 kg)당 산소 1 kmol(22.4 Nm³)이 필요하다.

탄소 20 kg에 대한 이론산소량은 $\dfrac{20}{12}\times22.4 \approx 37.3\ \mathrm{Nm^3}$이며, 공기 중 산소 비율 0.21로 나누면 이론공기량은 $A_o=\dfrac{37.3}{0.21}\approx178\ \mathrm{Nm^3}$이 된다.

이상기체에서 음속은 $a=\sqrt{kRT}$로 나타나며, 여기서 $R$은 그 기체의 기체상수, $T$는 절대온도이다.

따라서 기체상수 $R$이 클수록 음속은 증가하며, 분자량이 클수록 $R$은 오히려 작아지므로 음속은 감소하고, 온도가 높을수록 음속은 증가한다.

또한 이상기체의 음속은 압력에 직접 의존하지 않으므로, 압력이 높을수록 음속이 감소한다는 설명도 옳지 않다.

건도(x)는 습증기 중에서 증기(기체) 상태가 차지하는 질량 비율을 나타내는 값으로, 포화수 상태는 $x=0$, 건포화증기 상태는 $x=1$로 정의된다.

습증기는 물과 증기가 함께 존재하는 상태이므로 건도는 이 두 값 사이, 즉 $0 < x < 1$의 범위로 표현된다.

첫 번째 과정은 정압 하에서 부피가 2배가 되는 팽창이므로, 압력이 일정하면 온도도 부피에 비례해 2배가 된다. 초기온도 $T_1=323\ \mathrm{K}$이므로 $T_2=646\ \mathrm{K}$이고, 이때의 전열량은 정압비열을 사용해 $Q_1=mc_p(T_2-T_1)=5\times0.75\times323\approx1211\ \mathrm{kJ}$이다.

두 번째 과정은 정적 하에서 압력이 2배가 되는 과정이므로 온도도 다시 2배가 되어 $T_3=1292\ \mathrm{K}$이며, 정적비열 $c_v=c_p-R=0.75-0.35=0.40\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$을 사용하면 $Q_2=mc_v(T_3-T_2)=5\times0.40\times646\approx1292\ \mathrm{kJ}$이다.

따라서 전 과정에서 전달된 전열량은 $Q_1+Q_2\approx1211+1292\approx2503\ \mathrm{kJ}$이 된다.

대체천연가스(SNG)는 나프타(납사) 등을 특수한 조건에서 분해하여 천연가스와 비슷한 성분과 발열량을 갖도록 제조한 가스이다.

액화천연가스(LNG)는 산지에서 생산된 천연가스를 그대로 냉각·액화한 것이고, 액화석유가스(LPG)는 석유 정제 과정에서 나오는 프로판·부탄을 압축·액화한 것이며, 나프타분해가스는 석유의 경질유분(나프타)을 ICI식·CRG식 등 개질장치로 분해해 만든 가스이므로, 나머지 설명은 명칭과 제조방법이 서로 뒤바뀌어 있다.

가스버너는 기체연료를 사용하기 때문에 연료와 공기의 혼합이 균일하여 연소 성능이 좋고 고부하 연소가 가능하며, 점화·소화 및 연소량 조절이 빠르고 용이하다는 장점이 있다.

또한 그을음이나 매연 발생이 적어 대기오염 대책 측면에서도 유리한데, 이러한 특성상 연소 조절 범위가 넓고 보수(정비)도 비교적 용이한 편이므로 조절범위가 좁고 보수가 어렵다는 설명은 가스버너의 특징과 반대되는 내용이다.

등온과정에서 이상기체의 단위 질량당 엔트로피 변화는 $\Delta s = R\ln\dfrac{V_2}{V_1}$로 구할 수 있다.

부피가 10 L에서 100 L로 10배 늘었으므로 $\Delta s = 0.26\times\ln 10 \approx 0.26\times2.303\approx0.6\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$이 된다.

사이클론집진장치는 함진 배기가스를 원통형 장치 내부로 접선 방향으로 유입시켜 회전운동(선회류)을 일으키고, 이때 발생하는 원심력으로 매진(분진) 입자를 벽면 쪽으로 밀어내 분리·포집하는 방식이다.

전기집진장치는 고전압에 의한 정전기력, 세정집진장치는 물과의 접촉, 여과집진장치는 필터를 이용해 분진을 제거하는 방식으로, 회전운동에 의한 원심분리 방식과는 원리가 다르다.

석탄의 공업분석에서는 시료를 가열해 수분, 회분, 휘발분을 차례로 측정하고, 전체에서 이들을 뺀 나머지를 고정탄소로 산출하는 4가지 항목을 기본으로 한다.

황분은 연료 중 유황 함유량을 별도로 측정하는 항목으로 공업분석이 아닌 원소분석(성분분석)에 해당하므로, 공업분석에서 필수적으로 측정하는 항목이 아니다.

기체연료가 완전연소할 때 발생하는 연소가스의 부피는 완전연소에 필요한 산소(공기)량과 비례하는 경향이 있다. 탄화수소는 분자 속 탄소·수소 원자수가 많을수록 완전연소에 더 많은 산소를 소비하고, 그만큼 생성되는 이산화탄소·수증기 및 공급된 질소를 포함한 연소가스량도 늘어난다.

같은 1$\mathrm{m^3}$이라도 부탄($\mathrm{C_4H_{10}}$)은 탄소 4개, 수소 10개를 포함해 여기 제시된 연료 중 분자 크기와 필요 산소량이 가장 커서, 완전연소 시 발생하는 연소가스량이 가장 많다.

반면 일산화탄소는 이미 산소를 하나 포함하고 있어 완전연소에 필요한 산소가 적고, 수소는 연소 후 수증기만 생성해 발생가스량이 상대적으로 작다. 프로판($\mathrm{C_3H_8}$)은 부탄보다 탄소·수소 수가 적어 부탄보다는 발생가스량이 적다.

기체연료는 공기와의 혼합이 균일하고 연소 속도 조절이 자유로워 연소온도 및 온도분포를 비교적 쉽게 조절할 수 있는 것이 특징이다. 따라서 "온도 및 온도분포의 조절이 어렵다"는 서술은 기체연료의 실제 특성과 반대된다.

기체연료는 확산·예혼합이 빨라 화염온도를 쉽게 상승시킬 수 있고, 회분이나 매연 등 유해성분이 연소 후 거의 남지 않는 장점이 있다. 다만 부피가 커서 다량 사용 시에는 저장·수송에 별도의 배관·압축설비가 필요해 불편한 단점이 있다.

이상기체 상태방정식 $PV = nRT$를 이용하면 체적을 구할 수 있다. 기체상수가 kJ/kmol·K 단위로 주어졌으므로 몰수는 kmol 그대로 대입하고, 온도는 절대온도로 환산하여 $T = 150 + 273 = 423\,\mathrm{K}$로 둔다.

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{0.4 \times 8.314 \times 423}{80} \approx 17.6\,\mathrm{m^3}$로 계산되어 약 17.5$\mathrm{m^3}$에 해당한다.

과열증기는 건포화증기를 일정한 압력(등압) 상태로 유지한 채 추가로 가열하여 온도만 상승시킨 증기를 말한다. 압력이 일정하므로 포화온도를 넘어서더라도 응축되지 않고 과열도만큼 온도가 올라간다.

압력을 함께 상승시키거나 압축을 가하는 방식은 과열증기의 정의와는 다르며, 핵심은 어디까지나 정압 조건에서의 온도 상승에 있다.

랭킨사이클은 물을 작동유체로 하는 증기 원동소의 기본 사이클로, 보일러에서 물이 증발해 증기(기체)가 되고 복수기에서 다시 응축되어 물(액체)로 돌아오는 과정을 포함하므로 작동유체의 상(phase) 변화가 일어난다.

오토사이클, 스털링사이클, 브레이턴사이클은 모두 공기(기체) 상태를 유지한 채 압축·팽창·가열·냉각이 이루어지는 공기표준 사이클로, 작동유체가 계속 기체 상태에 머물러 상변화가 없다.

그림의 블록선도는 목표치 → 설정부 → 비교부 → ⓐ → ⓑ → 제어대상으로 이어지고, 제어대상의 출력이 ⓒ를 거쳐 비교부로 되돌아오는 폐회로 구조다.

되먹임 경로에 놓여 제어량을 측정해 비교부로 보내 주는 요소는 검출부이므로 ⓒ가 검출부다. 비교부가 만든 목표치와 제어량의 편차를 받아 어떤 동작신호를 낼지 연산하는 것은 조절부이므로 비교부 바로 뒤의 ⓐ가 조절부가 된다.

조절부의 신호를 받아 밸브·댐퍼처럼 실제로 조작량을 제어대상에 가하는 것이 조작부이므로 ⓑ가 조작부다. 정리하면 자동제어계는 검출 → 비교 → 조절 → 조작 → 제어대상의 순환으로 구성된다.

핵심 판별 기준은 두 가지다. 되먹임 선 위에 있으면 무조건 검출부이고, 제어대상 바로 앞에 붙어 실제 힘을 가하는 것이 조작부다. 나머지 하나가 자동으로 조절부가 된다.

바이메탈온도계, 백금저항온도계, 열전대온도계는 모두 측정 대상에 직접 접촉시켜 온도를 측정하는 접촉식 온도계이다.

반면 광고온계는 물체가 방사하는 빛(휘도)의 밝기를 표준광과 비교하여 온도를 구하는 비접촉식(방사식) 온도계로, 고온의 물체에 직접 닿지 않고도 온도를 측정할 수 있다.

보일러 열정산에서 출열은 공급된 열이 어떻게 쓰이고 손실되었는지를 나타내는 항목으로, 유효출열(발생증기 보유열) 외에 배기가스 손실열, 방산손실열과 함께 미연분에 의한 손실열이 포함된다.

연료의 현열, 연소용 공기의 현열, 노내 분입 증기의 보유열량은 모두 보일러에 공급되는 열, 즉 입열 항목에 속한다.

서미스터 온도계, 백금 저항온도계, 니켈 저항온도계는 모두 온도 변화에 따른 금속·반도체의 전기저항 변화를 이용하는 저항온도계이다.

반면 "CA"는 크로멜-알루멜(Chromel-Alumel, K형) 열전대의 조합을 가리키는 명칭으로, 저항 변화가 아니라 두 금속 접점의 열기전력을 이용하는 방식이므로 저항온도계에 속하지 않는다.

제어 기구요소에서 미세한 변위를 압력(배압) 신호로 바꾸는 역할은 노즐-플래퍼 기구가 담당하며, 스프링은 가해진 힘에 비례해 늘어나거나 줄어들면서 힘을 변위로 바꾸는 탄성요소이다. 따라서 스프링이 "노즐의 변위를 압력으로 변화시킨다"는 설명은 스프링 본연의 기능과 맞지 않는다.

파일럿 밸브는 작은 변위·유량 신호를 증폭해 큰 동력으로 전달하는 역할을 하고, 벨로즈는 주름통 구조로 압력을 변위로 바꾸며 스프링과 조합해 압력제한기·압력조절기 등에 쓰이고, 다이어프램은 얇은 박판이 외압에 따라 팽창·수축하며 압력변화를 위치변화로 바꾸는 요소로, 이 설명들은 모두 타당하다.

가스크로마토그래피는 시료를 이동상과 함께 분리관을 통과시켜 성분별 체류시간 차이로 분리하는 방식으로, 여러 성분의 가스를 동시에 분석할 수 있고 분리성능과 선택성이 뛰어나며, 기체는 물론 비점 300℃ 이하의 액체 시료 분석에도 활용된다.

오르자트 분석기는 흡수액을 이용한 화학적 용량분석법으로 단일 성분씩 순차 분석하며, 적외선 가스분석기와 도전율식 가스분석기는 각각 특정 성분이나 특정 물리적 성질에 특화된 분석 방식으로, 가스크로마토그래피만큼 다성분 동시 분리분석에 적합하지 않다.

제게르콘(Seger cone)은 여러 온도 등급의 원추형 시험체를 노 안에 함께 넣어, 가열에 따라 연화·굴곡되는 온도(내화도)를 육안으로 비교 판정하는 접촉식 온도계로, 내화물의 내화도 측정에 주로 사용된다.

백금저항온도계나 백금-백금·로듐 열전대온도계는 전기적 신호로 정밀한 온도값을 얻는 데는 유용하지만 내화물의 연화 거동 자체를 판정하는 용도는 아니며, 기체식압력온도계 역시 내화도 측정과는 거리가 멀다.

자동제어를 도입하면 생산성 향상과 원가 절감, 제품 품질의 균일화, 사람이 하기 어려운 위험하거나 정밀한 작업의 수행이 가능해지는 등의 이점이 있다.

반대로 "안전성 저해와 인건비 증가를 수반한다"는 설명은 자동제어의 실제 효과와 어긋난다. 자동제어는 오히려 인력에 의한 오조작 위험을 줄여 안전성을 높이고, 인력 소요를 줄여 인건비 절감에 기여하는 것이 일반적이다.

상당증발량은 실제 발생증기의 상태와 관계없이, 보일러가 낸 열량을 기준으로 환산하여 "표준상태에서 얼마만큼의 증기를 발생시킬 수 있는가"를 나타내는 지표이다. 표준상태는 표준대기압하에서 100℃의 포화수를 100℃의 포화증기로 증발시키는 조건으로 정의된다.

이는 물의 증발잠열(약 539kcal/kg)을 기준으로 실제 발생열량을 나눈 값에 해당하며, 급수온도가 100℃가 아니거나 발생증기가 포화증기가 아닌 경우에도 서로 다른 보일러의 증발능력을 동일한 기준으로 비교할 수 있게 해준다.

유체는 담는 용기의 형상에 따라 모양이 달라지고, 정지 상태에서는 전단력을 받지 않으며, 아무리 작은 전단력이라도 가해지면 저항하지 못하고 연속적으로 변형(유동)하는 성질을 가진다 — 이는 모두 유체의 정의에 부합하는 설명이다.

그러나 분자 상호간의 거리와 운동범위는 고체보다 유체가 더 크다. 고체는 분자가 규칙적인 격자에 강하게 구속되어 있어 분자 간 거리와 자유운동 범위가 작은 반면, 유체는 분자 간 결합이 약해 상대적으로 더 자유롭게 움직인다. 따라서 "고체보다 작다"는 설명은 틀린 서술이다.

그림은 증기압력의 병렬제어 방식 구성도다. 보일러에서 나온 증기압력 신호가 되먹임되어 ( 1 )로 들어가고, ( 1 )의 출력이 배분기구를 거쳐 연료조절밸브와 공기댐퍼 두 갈래로 동시에 나뉘어 전달되는 구조다.

증기압력을 받아 목표 압력과 비교해 조작신호를 내보내는 ( 1 )은 압력조절기다. 연료조절밸브를 지나 보일러로 들어가는 ( 2 )는 연료공급량, 공기댐퍼를 지나 보일러로 들어가는 ( 3 )은 공기량이 된다.

병렬제어는 하나의 압력조절기 신호로 연료량과 공기량을 동시에 같은 비율로 움직여 공기비를 유지하는 방식이다. 구조가 단순한 대신 부하 변동이 급하면 연료와 공기의 응답 속도 차이 때문에 순간적으로 공기비가 흐트러질 수 있다.

이를 보완한 것이 연료량 신호를 기준으로 공기량을 뒤따르게 하거나(직렬제어), 증감 방향에 따라 우선순위를 두는 크로스리미트 방식이다.

그림에서 입력 R는 가산점에 (+)로 들어가고, 출력 C는 H를 지나 가산점에 (−)로 되먹여진다. 여기서 중요한 것은 가산점과 출력 사이의 전향 경로에 블록이 하나도 없다는 점이다. 즉 전향 전달함수는 1이다.

가산점의 출력이 곧 C이므로
$C=R-HC\;\Rightarrow\;C(1+H)=R$

따라서 등가 합성전달함수는
$\dfrac{C}{R}=\dfrac{1}{1+H}$

이는 부귀환 일반식 $\dfrac{G}{1+GH}$ 에 $G=1$ 을 대입한 결과와 같다. 전향 블록이 없다고 해서 H만 답으로 고르거나 분모·분자를 뒤집지 않도록, 반드시 C = R − HC 관계식을 세워 정리하는 습관이 필요하다.

흡입관에 걸리는 진공압력계 지시값은 대기압보다 낮은 정도를 나타내므로, 절대압력 = 대기압 − 진공압력으로 구한다.

$750\,\mathrm{mmHg} - 50\,\mathrm{mmHg} = 700\,\mathrm{mmHg}$이며, 표준대기압 $760\,\mathrm{mmHg} = 101.325\,\mathrm{kPa}$ 관계를 이용해 환산하면 $700 \times \dfrac{101.325}{760} \approx 93.3\,\mathrm{kPa} \approx 0.09\,\mathrm{MPa}$가 된다.

계통오차는 측정기기의 눈금 오차, 온도·압력 등 환경조건, 측정방법 등 일정한 원인이 반복적으로 작용해 발생하는 오차로, 같은 조건에서 반복 측정하면 항상 비슷한 방향과 크기로 나타나는 특징이 있다.

우연오차는 원인을 특정하기 어려운 우연적 요인에 의해 무작위로 발생하는 오차이고, 과실오차는 측정자의 부주의로 인한 오독·오기 등에서 비롯되는 오차로, 이들은 "일정한 원인에 의해 규칙적으로 생기는 오차"라는 설명과는 성격이 다르다.

경사관식 압력계는 액주관을 수평에 가깝게 기울여 설치함으로써, 같은 압력 변화에도 액주가 관을 따라 이동하는 거리(눈금 변화량)를 크게 확대해 읽을 수 있도록 만든 압력계로, 미세한 압력 차이를 정밀하게 측정하는 데 적합하다.

브르돈관식과 벨로즈식은 탄성체의 변형을 이용하는 방식으로 상대적으로 큰 압력 범위 측정에 쓰이고, 분동식은 표준 추의 무게로 압력을 교정하는 기준기 성격이 강해 미세압력의 상시 측정용으로는 경사관식만큼 적합하지 않다.

부르돈관은 압력을 받아 변형되었다가 압력이 사라지면 원래 형태로 되돌아오는 탄성을 이용하는 압력계 부품이므로, 인청동·스테인리스강·황동처럼 탄성이 크고 내식성이 있는 금속재료가 사용된다.

반면 납은 무르고 탄성이 거의 없어 변형 후 원형으로 복원되기 어려우므로 부르돈관의 재료로는 적합하지 않다.

국제단위계(SI)에서 미터(m), 켈빈(K), 칸델라(cd)는 각각 길이, 온도, 광도를 나타내는 기본단위(base unit)이다.

반면 라디안(rad)은 평면각을 나타내는 단위로, 호의 길이를 반지름으로 나눈 값(길이/길이)으로 정의되는 유도단위(derived unit)에 해당한다.

플로트식(부자식) 수위검출 방식은 액면 위에 뜬 부자(플로트)가 수위 변화에 따라 상하로 움직이는 것을 기계적으로 전달해 수위를 검출하는 방식으로, 구조가 간단해 보일러 수위 제어에 널리 사용된다.

직관식은 유리관을 통해 육안으로 수위를 직접 확인하는 방식이고, 압력식과 방사선식은 각각 정수두 압력차나 방사선 투과량 변화를 이용하는 방식으로, 부자가 상하로 움직이며 검출하는 방식과는 원리가 다르다.

3요소식 수위제어는 단일 수위 신호만으로는 발생하기 쉬운 급격한 부하 변동 시의 응답 지연이나 헌팅 문제를 보완하기 위해, 수위, 급수량, 증기량 세 가지 신호를 함께 검출하여 급수밸브의 개도를 제어하는 방식이다.

증기 발생량(부하) 변화를 미리 감지해 급수량을 선제적으로 조절함으로써, 수위 신호만 쓰는 1요소식보다 정밀하고 안정적인 제어가 가능하다.

초음파 유량계는 유체 속을 지나는 초음파가 유체의 흐름에 따라 도달 시간이나 주파수가 달라지는 성질을 이용하는데, 이 중 흐르는 유체에 부딪혀 반사되는 초음파의 주파수 변화를 측정해 유속을 구하는 방식은 도플러 효과를 응용한 것이다.

제백 효과와 펠티에 효과는 서로 다른 금속의 접합부에서 나타나는 열전 현상으로 온도 측정(열전대)이나 열전소자에 쓰이고, 바이메탈 효과는 열팽창계수가 다른 두 금속판의 휨을 이용하는 것으로, 모두 유량 측정과는 직접 관련이 없다.

가마(굴뚝)의 자연통풍력(부력)은 내부 고온가스와 외부 저온공기의 밀도 차이에서 비롯되며, 이 밀도차는 절대온도에 반비례하는 기체의 성질에 따라 $\left(\dfrac{1}{To} - \dfrac{1}{Tc}\right)$ 항으로 나타난다. 통풍력은 이 온도차 항에 가스의 밀도 $p$와 가마의 높이 $H$를 곱한 크기에 비례한다.

여기서 계수 273은 절대온도 0℃(273K)를 기준으로 기체의 밀도-온도 관계를 환산하는 상수이다. 밀도를 별도의 변수로 곱하지 않는 형태의 통풍력 식에서는 표준상태 공기의 밀도까지 계수 속에 포함시켜 355를 쓰지만, 밀도 $p$가 식에 명시되어 있는 경우에는 273을 곱해야 하므로 $273 \times p \times H\left(\dfrac{1}{To} - \dfrac{1}{Tc}\right)\mathrm{mmHg}$의 형태가 부력 계산식이 된다.

내화물은 사용 중 급격한 온도변화에도 파손이 적어야 하고, 팽창·수축이 작아야 하며, 사용온도에서 연화나 변형이 일어나지 않아야 하는 등의 물리·화학적 성질을 갖추어야 한다.

압축강도의 경우 사용온도뿐 아니라 상온에서도 충분히 커야 시공·운반·적재 과정에서 파손되지 않는다. 따라서 "상온에서는 압축강도가 작아도 좋다"는 설명은 내화물이 갖추어야 할 성질과 맞지 않는다.

열관류율은 전체 열저항의 역수다. 그림의 벽체 표에 따르면 실내측부터 ①콘크리트 250mm(열전도율 1.4), ②글라스울 100mm(0.031), ③석고보드 20mm(0.20) 순으로 쌓여 있고, 여기에 문제에서 준 내측 표면 열저항 0.05, 외측 표면 열저항 0.13을 더한다.

각 층의 열저항은 두께(m)를 열전도율로 나눈 값이다.
콘크리트 $\dfrac{0.25}{1.4}\approx 0.179$, 글라스울 $\dfrac{0.1}{0.031}\approx 3.226$, 석고보드 $\dfrac{0.02}{0.20}=0.10$

전체 열저항 $R=0.05+0.179+3.226+0.10+0.13\approx 3.685$ m²ㆍhㆍ℃/kcal 이므로
열관류율 $K=\dfrac{1}{3.685}\approx 0.27$ kcal/hㆍm²ㆍ℃

전체 열저항의 약 88%가 글라스울 100mm 한 층에서 나온다는 점이 이 문제의 요점이다. 계산에서는 표의 두께가 mm 단위이므로 반드시 m로 환산해 나누어야 하며, 표면 열저항 두 개를 빠뜨리지 않고 더해야 한다.

이 시험법에서 $W$는 건조무게, $W1$는 물속에서 충분히 흡수시킨 상태로 수중에서 잰 무게(부력 측정값), $W2$는 흡수 후 표면수분만 제거하고 공기 중에서 잰 무게이다. 물속에서의 무게 감소분인 $W - W1$은 아르키메데스 원리에 따라 개기공(open pore)을 제외한 실질 부피에 해당하는 물의 무게와 같다.

따라서 겉보기 비중은 건조무게를 이 실질 부피 상당의 무게로 나눈 $\dfrac{W}{W - W1}$로 구한다. 반면 $W2 - W1$은 개기공까지 포함한 전체 겉보기 부피에 해당하여 부피비중(bulk density) 계산에 쓰이는 값이므로 서로 다른 물리량이다.

레이놀즈수는 유체의 관성력과 점성력의 비로 정의되며, 그 값의 크기에 따라 유동이 층류인지 난류인지를 구분하는 대표적인 무차원수이다.

마하수는 유체 속도와 음속의 비로 압축성 여부를, 프란틀수는 운동량 확산과 열 확산의 비를, 넛셀수는 대류 열전달과 전도 열전달의 비를 나타내는 무차원수로, 층류·난류 판별과는 목적이 다르다.

입형(수직형) 보일러는 본체가 세워진 구조로 설치면적을 작게 차지할 수 있고, 연소실이 보일러 동체 내부에 있는 내분식 구조를 가지며, 구조상 내부 청소나 검사가 곤란한 단점이 있다.

그러나 전열면적과 동체 크기에 제약이 있어 대용량·고압용에는 적합하지 않고, 주로 소용량·저압용으로 사용된다는 점에서 "대용량, 고압용으로 사용된다"는 설명은 틀린 서술이다.

폴리에틸렌관은 열가소성 수지관이라 관 끝을 녹여 붙이는 융착 슬리브 이음, 관 끝을 테이퍼지게 가공해 맞추는 테이퍼 조인트 이음, 이음관 속에 관을 끼워 넣는 인서트 이음 등의 방식으로 접합하며, 그 밖에 플랜지 이음도 사용된다.

반면 콤포 이음은 폴리에틸렌관의 접합법에는 포함되지 않는 다른 관종용 이음법이므로, 폴리에틸렌관 이음법에 해당하지 않는다.

보일러 본체는 증기 또는 온수를 발생시키는 부분이며, 절탄기·공기예열기는 배기가스 폐열을 회수해 보일러 열효율을 높이는 부속장치이고, 연소열이 보일러수에 전달되는 면을 전열면이라 부른다는 설명은 모두 타당하다.

다만 "관 속에 물이 흐르고 외부의 연소가스에 의해 가열되는 관"은 수관(水管)에 대한 설명이다. 반대로 연관(煙管)은 관 속으로 고온의 연소가스가 흐르고 관 외부를 물이 감싸며 가열되는 구조이므로, 제시된 설명은 연관이 아니라 수관에 해당한다.

디스크 트랩은 증기와 응축수가 오리피스를 통과할 때 발생하는 유속·압력(운동에너지) 차이를 이용해 밸브 디스크를 개폐하는 방식으로, 온도차가 아닌 유체역학적 원리로 작동하는 열역학적 트랩으로 분류된다.

플로트 트랩과 버킷 트랩은 응축수의 부력 차이를 이용하는 기계식 트랩이고, 바이메탈 트랩은 온도에 따른 금속의 변형을 이용하는 온도조절식 트랩으로, 열역학적 트랩과는 작동 원리가 다르다.

샤모트질, 반규석질, 납석질 내화물은 모두 주성분이 규산(SiO2)이나 산화알루미늄 계통으로, 산에는 강하지만 염기성 물질과는 반응하기 쉬운 산성내화물로 분류된다.

돌로마이트질 내화물은 산화칼슘(CaO)과 산화마그네슘(MgO)을 주성분으로 하는 내화물로, 산성내화물이 아니라 염기성 내화물에 속한다.

머플로는 가열실과 연소실 사이에 격벽(머플)을 두어 연소가스가 제품에 직접 닿지 않도록 하는 간접 가열로이며, 열원으로는 주로 가스가 사용되고 소형 부품의 담금질·뜨임 가열 등에 이용된다.

다만 이러한 격벽 구조는 연소가스의 직접 접촉을 막기 위한 것일 뿐, 로 내부를 진공 분위기로 만드는 것과는 무관하다. 머플로 내부는 통상 대기(또는 조절된 가스) 분위기이지 높은 진공 상태가 아니다.

탄산마그네슘 보온재는 물 반죽 상태로 시공하며, 안전사용온도가 약 250℃ 이하로 비교적 저온용 보온재에 속하고, 방습 가공을 하면 습기가 많은 옥외 배관에도 사용할 수 있다는 설명은 타당하다.

다만 배합비는 탄산마그네슘 약 85%에 석면 약 15%를 섞는 것이 일반적이며, 제시된 설명처럼 "석면 85%, 탄산마그네슘 15%"로 비율이 뒤바뀐 것은 틀린 서술이다.

워싱턴펌프는 증기기관과 같은 원리로, 증기의 압력에너지를 실린더 속 피스톤에 직접 작용시켜 그 힘으로 반대편의 급수용 피스톤을 밀어내는 왕복동식 비동력(직동식) 급수펌프이다.

볼류트펌프와 터빈펌프는 전동기 등 외부 동력으로 회전날개를 돌려 유체를 이송하는 원심펌프이고, 프로펠러펌프는 축류 회전날개를 이용하는 동력펌프로, 증기의 압력을 직접 이용하는 비동력 펌프와는 구동 방식이 다르다.

보염기(스태빌라이저)는 연료와 공기를 강제로 선회시켜 화염 주위에 저압부(순환류)를 형성함으로써 착화와 화염의 안정적인 유지를 돕는 장치로, 선회 방식에 따라 축류식, 반경류식, 혼류식 선회기로 구분된다.

"대류식 선회기"는 보염기의 분류 명칭으로 사용되지 않는 용어로, 실제 보염기 종류에는 해당하지 않는다.

분출(blow down)은 보일러수 중 일부를 배출하여 관수 농축을 막고, 그 결과로 스케일 생성과 프라이밍·포밍 발생을 억제하는 것이 목적이다.

그러나 분출은 관수 일부를 버리는 조작이므로 지나치게 실시하면 오히려 수위가 낮아질 위험이 있으며, 저수위 운전을 방지하는 기능과는 무관하다. 저수위 방지는 급수장치·수위제어장치의 역할이다.

터널요(tunnel kiln)는 원료를 실은 대차가 긴 터널 형태의 가마를 이동하면서 소성되는 연속식 요로, 구간이 예열대 → 소성대 → 냉각대의 순서로 구성된다.

건조는 소성 이전에 별도의 건조실(건조기)에서 이루어지는 공정이며, 터널요 자체의 구성 구간(대)에는 포함되지 않는다.

노통연관 보일러는 내분식 노통과 다수의 연관을 함께 갖춘 구조로, 전열면적이 넓어 노통 단독 보일러보다 열효율이 높고, 패키지형으로 제작·반입되어 설치 공사기간과 비용을 절약할 수 있으며, 노통이 몸통 안에 들어 있는 내분식이어서 노벽을 통한 방산 열손실도 적다.

반면 증기 발생에 걸리는 시간이 비교적 긴 것은 보유수량이 많기 때문이지 증발량이 많아서가 아니다. 증발량이 많다는 것은 그만큼 열교환이 활발하다는 뜻이므로 오히려 증기발생 소요시간을 짧게 만드는 요인이어서, "증발량이 많아 증기발생 소요시간이 길다"는 서술은 앞뒤 인과가 맞지 않는다.

갤로웨이관(galloway tube)은 노통 보일러에서 노통 내부에 노통 축과 직각 방향으로 가로질러 설치하는 관으로, 전열면적을 늘리는 동시에 관 내부로 보일러수가 흐르게 하여 물의 순환을 촉진하고, 노통 자체를 지지·보강하는 역할도 겸한다.

파형노통은 노통 자체의 강도를 높이고 전열면적을 늘리기 위한 주름 형상이고, 아담슨 조인트는 평형노통을 이어 붙일 때 열팽창을 흡수하고 강도를 보강하기 위해 플랜지 모양으로 접합한 이음이며, 거싯 스테이는 경판을 동체에 지지·보강하는 부재로 각각 갤로웨이관과는 설치 위치와 기능이 다르다.

플레어(flare) 접합은 동관 끝을 나팔 모양으로 넓혀 이음쇠에 압착 결합하는 방식으로, 용접이 어려운 비교적 가는 관(20mm 이하)에 주로 적용되는 기계적 이음법이다.

관경이 커질수록 관 끝을 균일하게 넓히기 어렵고 누설 위험이 커지므로, 소구경 동관에 한정해서 사용한다.

인젝터는 증기의 분사력을 이용해 급수를 밀어 넣는 급수장치로, 별도의 펌프나 모터 같은 동력이 필요 없는 것이 가장 큰 특징이다. 이 때문에 구조가 간단하고 소형이며 설치 공간을 적게 차지하고, 조작이 단순해 시동과 정지도 쉽다.

따라서 "별도의 소요 동력이 필요하다"는 설명은 인젝터의 무동력이라는 본질적 특징과 반대되므로 틀린 내용이다.

수소취화(hydrogen embrittlement)는 금속 내부로 침투한 수소가 결정입계에 모여 취성을 유발, 재료에 균열(crack)을 발생시키는 부식 형태이다.

점식(pitting)은 국부적으로 구멍이 파이는 부식, 틈새부식은 좁은 틈에서 발생하는 부식, 탈성분부식은 합금 중 특정 성분만 선택적으로 용출되는 부식으로, 모두 균열을 동반하는 부식과는 성격이 다르다.

보일러 외부청소는 전열면 외부(가스가 닿는 쪽)에 붙은 그을음·재 등을 제거하는 작업으로, 물을 이용한 수세법, 증기를 분사하는 스팀 쇼킹법, 물을 고압 분사하는 워터 쇼킹법 등 물리적인 방법이 쓰인다.

산세법은 산 용액으로 스케일을 용해·제거하는 화학적 세관 방법으로, 보일러 내부(수측)에 대해 실시하는 내부청소 방법이므로 외부청소에는 해당하지 않는다.

중유 연소 시 연료 중 황(S) 성분이 산화되어 생성되는 아황산가스(SO₂)는 저온부에서 수분과 결합해 황산(H₂SO₄)으로 전화되어 전열면과 연도를 부식시키는 저온부식의 주원인이다.

공기와 이산화탄소는 부식성이 거의 없고, 황화수소는 중유 연소가스에서 문제되는 대표 성분이 아니므로, 중유보일러 저온부식의 원인으로는 아황산가스가 지목된다.

에너지이용 합리화법 시행규칙의 교육과정별 교육기간 규정에서 에너지관리자에 대한 교육기간은 1일로 정하고 있다.

같은 규정에서 시공업 기술인력 과정, 검사대상기기 조종자 과정의 교육기간도 각각 1일로 정해져 있어, 이들 법정 교육은 모두 하루 과정으로 운영된다. 다만 교육과정·기간에 관한 세부 규정은 개정될 수 있으므로 실제 수강 시에는 시행 당시의 기준을 확인해야 한다.

에너지이용합리화법에 따라 에너지 이용효율을 높이기 위해 건축물의 단위 면적당 에너지사용목표량 등을 관계 행정기관의 장과 협의하여 정하고 고시하는 주체는 산업통상자원부장관이다.

환경부장관, 시·도지사, 국무총리는 각각 다른 소관 사무를 담당하며, 에너지 사용목표량 고시 권한은 에너지이용합리화 업무를 총괄하는 산업통상자원부장관에게 있다.

보일러 운전 중 소화(불이 꺼짐)는 연소장치의 기계적 고장, 통풍장치 고장에 따른 공기 부족, 연료 중 수분 혼입이나 통풍 교란처럼 연소에 필요한 조건(연료·공기·화염 안정성)이 무너질 때 발생한다.

스트레이너가 막히면 펌프 흡입 쪽 유동이 제한되어 급유량이 줄고 급유압력은 오히려 낮아지는 방향으로 작용하므로, "급유온도가 상승하여 압력이 갑자기 올라간다"는 설명은 스트레이너 막힘의 실제 영향과 맞지 않아 소화 원인으로 보기 어렵다.

에너지법에서 "에너지공급자"는 에너지를 생산·수입·전환·수송·저장 또는 판매하는 사업자를 말하며, 여기에는 에너지 수입사업자, 지정사업자, 전환사업자 등이 포함된다.

반면 에너지사용시설의 소유자는 에너지를 생산·공급하는 쪽이 아니라 사용(수요)하는 쪽에 해당하므로 에너지공급자의 범주에 들어가지 않는다.

수용액이 산성인지 알칼리성(염기성)인지는 수소이온농도를 나타내는 지표인 pH로 판단한다. pH 7을 기준으로 그보다 작으면 산성, 크면 알칼리성이다.

°dH는 경도(독일식) 단위, ppm과 ppb는 농도(비율)를 나타내는 단위로, 산·알칼리성 판정과는 직접 관련이 없다.

보일러 급수 중 용해된 고형물(이온 상태의 불순물)은 입자 형태가 아니어서 거르거나 가라앉혀 제거할 수 없으므로, 이온교환수지 등을 이용해 화학적으로 이온을 분리·제거하는 탈염 처리가 필요하다.

여과, 응집침전, 침강분리는 물속에 부유하는 고형 입자(현탁물)를 걸러내거나 가라앉혀 제거하는 물리적 처리 방법으로, 이온 상태로 녹아 있는 용해 고형물에는 효과가 없다.

보일러는 최대 사용량에 충분한 전열면적과 원활한 관수 순환을 갖추도록 설계해야 하고, 운전·보수·청소가 쉽도록 검사구·맨홀 등을 두며, 노벽은 급격한 온도변화를 피해 서냉되고 연소실은 완전연소가 가능한 충분한 체적을 갖추어야 한다.

연소실 역시 유지관리 차원에서 물청소 등 청소가 가능한 구조로 설계되어야 하므로, "물청소를 할 수 없는 구조로 설계한다"는 설명은 앞서 언급한 청소·보수 용이성 원칙과 배치되어 틀린 내용이다.

역화(back fire)를 막기 위해서는 실화(불이 꺼짐) 후 재점화할 때 노 내부에 남아 있을 수 있는 미연소가스를 완전히 배출시키기 위해 충분히 환기(프리퍼지)한 뒤에 점화해야 한다.

착화를 서서히 하거나 공기보다 연료를 먼저 공급하는 것, 댐퍼를 닫은 채로 점화하는 것은 오히려 미연소가스가 쌓여 역화를 유발하는 잘못된 조작이다.

효율관리기자재에 대해 산업통상자원부장관이 고시할 수 있는 사항은 에너지 소비효율(또는 사용량)의 표시, 소비효율 등급기준 및 등급표시, 소비효율(또는 사용량)의 측정방법, 최저소비효율 또는 최대사용량 기준이다.

측정방법의 대상은 기자재의 "소비효율 또는 사용량"이며 "생산량"이 아니므로, "에너지의 소비효율 또는 생산량의 측정방법"이라는 설명은 고시 대상과 어긋나 가장 거리가 먼 내용이다.

에너지법에서 "에너지사용자"는 에너지사용시설의 소유자 또는 관리자를 뜻한다. 즉 에너지를 쓰는 쪽(수요자)을 가리키는 용어이므로, 이를 "에너지시설의 판매자 또는 공급자"라고 설명한 것은 틀렸다. 에너지를 생산·수입·전환·수송·저장 또는 판매하는 사업자는 에너지공급자이다.

나머지 용어는 정의 그대로여서, "에너지"는 연료·열 및 전기를, "에너지사용기자재"는 열사용기자재나 그 밖에 에너지를 사용하는 기자재를, "에너지사용시설"은 에너지를 사용하는 공장·사업장 등의 시설이나 에너지를 전환하여 사용하는 시설을 말한다.

에너지이용합리화법은 국가·지방자치단체 등이 추진해야 할 에너지의 효율적 이용과 온실가스 배출 저감을 위한 조치를 정하면서, 그 구체적인 내용은 대통령령으로 정하도록 위임하고 있다.

산업통상자원부령, 고용노동부령, 환경부령은 각 부처 소관의 세부 시행규칙에 활용되는 형식이지만, 이 조항에서 구체적 내용을 위임받는 것은 대통령령이다.

VCI(Volatile Corrosion Inhibitor, 기화성 방청제)는 백색 분말 형태로 흡습성이 없으며, 상온에서 서서히 승화하여 발생한 증기가 금속 표면에 흡착함으로써 강재의 부식을 억제하는 방청 약품이다. 주로 보일러 휴지 시 건조보존법 등에 사용된다.

생석회와 실리카겔, 활성알루미나는 수분을 흡수하는 흡습성 건조제(제습제)로, 승화성이나 부식 억제 방식이 VCI와 다르다.

증기의 건도(x)는 습증기 중 증기(기체) 성분이 차지하는 질량 비율을 나타내며, x=0은 증기 성분이 전혀 없이 전량이 액체 상태인 포화수임을 의미한다.

x가 0과 1 사이이면 습증기, x=1이면 건포화증기이고, 건포화증기를 더 가열해 포화온도보다 높인 상태가 과열증기이므로, x=0은 이들과 구분되는 포화수 상태를 가리킨다.

급수 중 불순물이 전열면 벽에 단단히 달라붙지 않고 물의 흐름이 약한 동체 저부에 가라앉아 쌓이는 부드러운 침전물을 슬러지라고 한다.

스케일은 전열면 등에 고착되는 경질 부착물이고, 부유물은 물속에 떠 있는 상태의 불순물이며, 슬래그는 연소 후 남는 회분이 용융·응고된 물질로, 모두 저부 침전물을 뜻하는 슬러지와는 개념이 다르다.

소다끓이기(soda boiling)는 신설 보일러의 내부에 남은 유지분·녹 등을 제거하기 위해 탄산나트륨, 수산화나트륨, 제3인산나트륨 등 알칼리성 약품을 넣고 끓이는 작업이다.

염화나트륨(NaCl)은 일반 소금으로 알칼리성이 없어 유지분 제거나 방청 효과가 없으며, 오히려 염소이온으로 부식을 유발할 수 있어 소다끓이기 약품으로 사용하지 않는다.

보일러를 정상 정지할 때는 여열로 인한 압력 상승을 확인하고, 노벽·전열면이 급랭되지 않도록 조치하며, 작업 종료 시점까지 필요한 증기를 남긴 상태로 서서히 정지시켜야 한다.

정지 시 수위는 상용수위보다 낮지 않게(오히려 다소 높게) 급수한 상태에서 정지해야 냉각 중 수위 저하에 대비할 수 있으므로, "상용수위보다 낮게 급수한 후 드레인 밸브를 연다"는 설명은 이 원칙에 반해 틀린 내용이다.

증발관처럼 열부하가 큰 부위의 국부 과열점에서는 보일러수가 계속 증발하면서 수산화나트륨(NaOH) 등 알칼리 성분의 농도가 비정상적으로 진해지고 pH가 크게 높아져, 금속 표면을 침식하는 알칼리 부식이 발생한다.

염화마그네슘에 의한 부식은 가수분해로 생긴 산성 성분에 의한 부식이고, 증기분해에 의한 부식은 고온에서 수증기가 철과 반응하는 별개의 기구이며, 산세척은 스케일을 제거하기 위한 세관 작업(잔류산 처리 불량 시 부식이 생길 수는 있음)이므로, 고농도 알칼리에 의한 이 현상과는 원인이 다르다.