09년 1회차

아르곤과 같이 도색 색상이 별도로 정해지지 않은 기타(그 밖의) 고압가스 용기는 회색으로 도색한다.

산소는 녹색(공업용), 수소는 주황색, 액화탄산가스는 청색 등 각 가스마다 정해진 색상이 있으며, 이 외의 가스는 회색으로 통일하여 표시한다.

도시가스 배관을 지상에 설치하는 경우 원칙적으로 황색으로 도색하여야 한다.

다만 지하에 매설하는 배관은 사용압력에 따라 저압은 황색, 중압 이상은 적색으로 구분하여 도색한다.

충전용기를 적재한 차량 주차 시에는 바퀴 고정목(고임목)을 사용하여야 하므로, 사용하지 않는다는 설명이 옳지 않다.

• 제1종 보호시설 부근 및 제2종 보호시설 밀집지역을 피해 주차하는 것은 올바른 조치이다.
• 주차 시 엔진을 정지하고 주차제동장치를 거는 것은 올바른 조치이다.
• 교통상황·지형조건·화기 등을 고려해 안전한 장소를 택하는 것은 올바른 조치이다.

따라서 긴급사태에 대비해 바퀴 고정목을 사용하지 않는다는 설명이 틀린 내용이다.

안전간격이 작을수록 폭발 위험성이 크므로, 안전간격이 큰 것일수록 위험하다는 설명이 틀렸다.

• 폭발범위가 넓을수록 위험하다는 설명은 옳다.
• 비중이 큰 가스가 낮은 곳에 체류하기 쉽다는 설명은 옳다.
• 폭굉의 화염전파속도가 음속보다 크다는 설명은 옳다.

안전간격이 작다는 것은 작은 틈으로도 화염이 전파될 수 있다는 의미이므로 오히려 위험도가 높아진다.

밀폐된 방에서 가스난로를 사용하다 사망한 사고의 주된 원인은 연소로 인한 산소 부족에 의한 질식이다.

환기가 되지 않는 공간에서 연소가 계속되면 실내 산소농도가 급격히 낮아져 저산소증으로 질식에 이를 수 있다.

배관 표지판은 지상 설치 배관은 1,000m 이하, 지하 설치 배관은 500m 이하 간격으로 설치한다. 지상 배관은 눈으로 경로를 확인하기 쉬워 지하 배관보다 간격을 넓게 둔다.

도시가스 월 사용예정량 산정기준에 따르면 국내 일반가정에 공급되는 도시가스(LNG)의 발열량은 약 11,000kcal/m³으로 본다.

이는 월 사용예정량 등 관련 수치를 계산할 때 사용하는 행정 기준상의 값이다.

일산화탄소와 공기의 혼합가스는 압력이 높아질수록 폭발범위가 좁아진다.

대부분의 가연성가스는 고압으로 갈수록 폭발범위가 넓어지는 경향이 있으나, 일산화탄소는 예외적으로 압력 상승에 따라 폭발범위가 좁아지는 특성을 가진다.

정압기 출구에서 측정한 가스압력은 1.0kPa 이상 2.5kPa 이내로 유지해야 하므로 하한을 1.5kPa로 적은 설명이 틀렸다. 부취제는 공기 중 1/1,000 농도에서 냄새로 감지할 수 있어야 하고, 웨버지수는 표준웨버지수의 ±4.5% 이내, 건조가스 1m³당 황전량은 0.5g 이하로 유지하므로 나머지는 옳다.

가연성가스 제조설비의 전기설비를 방폭구조로 하지 않아도 되는 가스는 암모니아이다.

암모니아와 브롬화메탄은 가연성가스로 분류되지만 폭발범위가 좁고 발화 위험이 상대적으로 낮아, 방폭성능을 갖춘 전기설비를 갖추지 않아도 되는 예외로 규정되어 있다.

• 염화메탄, 아크릴알데히드, 산화에틸렌은 모두 방폭성능을 갖춘 전기설비를 필요로 하는 가연성가스이다.

고압가스가 분출될 때 가스 속에 고체 미립자가 섞여 있는 경우 정전기가 가장 발생하기 쉽다.

가스와 함께 분출되는 고체 입자가 배관 벽이나 다른 입자와 마찰·충돌하면서 전하가 분리되어 정전기가 쉽게 축적된다.

고압가스 제조장치에서 누출을 냄새로 알 수 있는 대표적인 가스는 염소이다.

염소는 매우 자극적인 특유의 냄새가 있어 미량이 누출되어도 후각으로 감지할 수 있으며, 일산화탄소·이산화탄소·아르곤은 무취 또는 냄새로 식별하기 어려운 가스이다.

긴급용 벤트스택의 방출구 위치는 작업원이 정상 작업을 하거나 항상 통행하는 장소로부터 10m 이상 떨어진 곳에 설치하여야 한다.

이는 벤트스택에서 방출되는 가스가 작업자에게 직접적인 위험을 주지 않도록 확보하는 안전거리 기준이다.

용기 내부에서 가연성가스가 폭발하더라도 그 압력에 견디고, 접합면이나 개구부를 통해 외부의 가연성가스에 인화되지 않도록 한 구조는 내압(耐壓)방폭구조이다.

• 압력방폭구조는 용기 내부에 보호가스(공기·불활성가스 등)를 압입해 내부압력을 유지함으로써 폭발성 가스의 침입을 막는 구조이다.
• 유입방폭구조는 전기불꽃이 발생하는 부분을 절연유 속에 넣어 폭발성 가스와의 접촉을 차단하는 구조이다.
• 안전증방폭구조는 정상 운전 중 불꽃이나 고온부가 생기지 않도록 안전도를 증가시킨 구조이다.

도시가스 매설배관의 보호판에 뚫는 구멍은 누출가스가 지면으로 확산되도록 3m 이하의 간격으로 설치한다.

구멍을 두면 누출된 가스가 보호판 아래에 갇히지 않고 지면으로 빠져나와 조기에 감지될 수 있다.

LP가스 충전설비는 매일 작동 상황을 점검해야 하며, 점검 주기는 1일 1회 이상으로 규정되어 있다. 이는 충전설비의 안전성과 정상 작동을 확보하기 위해 가장 빈번한 점검 간격을 요구하는 것으로, 압력계·온도계·안전장치 등 주요 기기의 상태를 매일 확인하는 기본적인 유지관리 기준이다.

긴급차단장치의 조작 동력원으로 사용되는 것은 액압, 기압, 전기, 스프링 등이며 차압은 동력원에 해당하지 않는다.

차압은 배관 내 압력 차이를 나타내는 상태량일 뿐, 밸브를 구동시키는 동력을 공급하는 수단이 아니다.

필요한 용기 수는 22개이다.

액화가스 용기 1개당 충전량은 $G = \dfrac{V}{C}$ 로 구하며, $V=50\,\mathrm{L}$, $C=0.8$이므로 $G = \dfrac{50}{0.8} = 62.5\,\mathrm{kg}$이다.

필요 용기 수는 $N = \dfrac{1375}{62.5} = 22$개이다.

도시가스 사용시설의 노출배관에는 최고사용압력, 가스 흐름방향, 사용가스명을 표시하여야 하며 공급자명은 의무 표시사항이 아니다.

표시 목적이 배관을 다루는 사람이 압력·가스 종류·흐름방향을 즉시 알 수 있게 하는 데 있기 때문이다.

압축가스 중 가연성가스는 300m³ 이상을 운반하면 운반책임자가 동승해야 한다. 따라서 500m³를 운반책임자 없이 운반한 것은 위반이다. 가연성가스와 산소는 충전용기의 밸브가 서로 마주보지 않게 하면 동일 차량에 실을 수 있다. 운반 중 용기 온도를 40℃ 이하로 유지하고 200km 이상 운행할 때 중간에 휴식하는 것은 모두 기준에 맞는 행동이다.

독성가스 충전용기를 적재한 차량 앞뒤에는 “위험 고압가스”, “독성가스” 문구와 위험을 알리는 도형을 표시하여야 하며 제조회사는 표시 대상이 아니다.

표시의 목적은 주변 운전자와 사고 시 대응인력에게 적재물의 위험성을 알리는 데 있다.

저장탱크에 부속된 안전밸브는 저장설비의 부속품으로 분류되며, 고압가스 처리설비로 보지 않는다.

펌프, 압축기, 기화장치는 저장탱크에 부속되어 가스를 이송·압축·기화시키는 처리설비에 해당한다.

도시가스 배관 중 관경 25㎜인 배관은 2m마다 고정장치를 설치하여야 한다.

고정간격은 관경 13㎜ 미만은 1m마다, 13㎜ 이상 33㎜ 미만은 2m마다, 33㎜ 이상은 3m마다로, 관경이 커질수록 간격도 넓어진다.

가스보일러 설치 시 배기통과 가스보일러의 접속부는 내열실리콘으로 마감 조치하여 기밀이 유지되도록 하여야 한다.

이 부분이 새면 배기가스가 실내로 유입되어 일산화탄소 중독 사고로 이어질 수 있기 때문이다.

액화가스를 저장하는 저장탱크의 저장능력은 $W = 0.9dV$ 식으로 산정한다.

여기서 $d$는 가스의 비중, $V$는 저장탱크의 내용적이며, 계수 0.9는 액팽창을 고려해 내용적을 모두 채우지 않는 점을 반영한 것이다.

압축가스 저장설비의 저장능력은 $Q=(10P+1)V$ 식을 사용하며, 이는 액화가스와 구분되는 별도의 산정식이다.

2중배관 설치 대상은 독성이 강한 특정 가스로, 아황산가스·암모니아·염소·염화메탄·산화에틸렌·시안화수소·황화수소·포스겐이 해당하며 일산화탄소는 2중배관 설치 대상에 포함되지 않는다.

중압 이상 배관을 자기압력기록계로 기밀시험할 때, 내용적이 1m³를 초과하고 10m³ 이하인 경우 압력 유지시간은 240분 이상으로 규정되어 있다.

내용적 9m³인 본관은 이 구간에 해당하므로 240분 이상 압력을 유지하여야 한다.

가스의 폭굉(데토네이션)은 화염이 초음속으로 전파되는 현상으로, 그 연소속도는 약 1,000~3,000m/s에 이른다.

이는 일반적인 정상연소나 폭연(디플러그레이션)의 연소속도보다 훨씬 빠른 수치이다.

수소의 위험도는 약 17.75이다.

위험도 $H$는 $H = \dfrac{U-L}{L}$ 로 구하며, 폭발상한 $U=75\%$, 폭발하한 $L=4\%$이므로 $H = \dfrac{75-4}{4} = \dfrac{71}{4} = 17.75$이다.

가스폭발 위험성 평가기법 중 FTA(결함수 분석기법)는 대표적인 정량적 평가방법이다.

HAZOP, Check List법, WHAT-IF 기법은 위험요인을 정성적으로 도출·검토하는 방법인 반면, FTA는 사고 발생확률을 수치적으로 산정하는 정량적 기법이다.

왕복펌프에서 점성이 크거나 고형물이 섞인 액체를 이송할 때는 구밸브(볼밸브)가 적합하다.

구밸브는 밸브체가 공 모양이어서 이물질이 있어도 밸브면 손상이나 걸림이 적고 밀폐가 비교적 잘 유지되므로 점성액·슬러리성 유체에 널리 쓰인다.

• 원판밸브와 플레이트밸브는 평판형 구조여서 고형물이 끼면 밀폐가 어려워질 수 있다.
• 윤형밸브는 비교적 큰 유량을 다루는 데 쓰이며 고형물이 섞인 액에는 적합하지 않다.

가스액화분리장치의 축냉기에 사용되는 축냉체로는 자갈이 대표적이다.

축냉기는 자갈과 같이 열용량이 큰 충전물에 냉열을 저장했다가 교대로 유입되는 원료공기와 열교환시켜 공기를 냉각하는 역할을 한다.

탄광 내 메탄(CH₄) 발생을 검출하는 데 사용되며 청염(푸른 불꽃)의 길이로 농도를 판별하는 가스검지기는 안전등형 검지기이다.

안전등형은 탄광에서 쓰던 안전등의 원리를 이용한 것으로, 화염의 길이 변화로 메탄 농도를 대략적으로 판단한다.

압력에 의한 변형으로 저항이 달라지는 원리를 이용하는 것은 스트레인 게이지이며, 이는 대표적인 전기적 변화 이용 압력계이다.

부르동관식·벨로우즈식·다이아프램식은 모두 압력에 의한 탄성 변형을 기계적으로 지시하는 탄성식 압력계로, 전기적 신호를 이용하지 않는다.

비접촉식 온도계는 물체에서 방사되는 에너지를 이용해 온도를 측정하는 방식으로, 측정 대상에 직접 닿지 않아도 되는 것이 특징이다.

광전관 온도계·색 온도계·방사 온도계는 모두 물체가 방출하는 복사에너지를 이용하는 비접촉식 온도계이다.

반면 압력식 온도계는 밀폐된 감온부의 액체나 기체가 온도에 따라 압력이 변하는 것을 감지관을 통해 직접 전달받아 측정하므로 접촉식에 해당한다.

저온 단열법은 크게 상압 단열법과 진공 단열법으로 나뉘며, 진공 단열법에는 고진공 단열법·분말진공 단열법·다층진공 단열법이 있다.

분말섬유 단열법은 저온 단열법의 표준 분류에 속하지 않는 명칭이다.

20RT 냉동기가 -25℃ 응축온도에서 운전할 때 필요한 성적계수는 약 4.5이다.

냉동능력 20RT를 SI 단위로 변환하면 20 RT = 20 × 3.517 kW ≈ 70.34 kW이다. 응축온도 -25℃에서 냉동기의 이론적 성능을 평가하기 위해 카르노 냉동사이클의 COP를 기준으로 삼으면, 응축온도가 -25℃일 때 실제 작동 조건에서 압축일이 상당히 크게 소요되어 COP가 제한된다.

일반적인 냉동기의 실제 COP는 카르노 COP의 40~60% 수준이며, 이 온도 범위에서 약 4~5 정도의 COP를 나타낸다.

파일럿식 정압기는 언로딩형과 로딩형 두 가지 구조를 모두 가질 수 있으며, 유량제어 범위가 넓고 대용량 유량을 처리하는 데 적합한 정압기다.

파일럿식은 주 밸브 앞에 파일럿 밸브를 배치하여 압력 신호를 제어함으로써 넓은 유량 범위에서 안정적인 압력 제어가 가능하고, 대형 유압 시스템에서 광범위한 유량 조절이 필요할 때 주로 사용된다.

• 피셔식 정압기는 구조가 단순하지만 유량제어 범위가 제한적이다.
• 레이놀드식 정압기도 구조가 단순하지만 유량제어 범위가 제한적이다.
• 엑셜플로식 정압기는 축방향 유량 제어 방식으로 다른 용도에 특화되어 있다.

나사압축기(스크루 압축기)는 로터의 맞물림 회전으로 연속적으로 기체를 압축·송출하는 용적형 압축기로, 왕복동식과 달리 토출압력이 변해도 용량 변화가 작다는 것이 특징이다.

따라서 “토출압력의 변화에 의한 용량변화가 크다”는 설명은 나사압축기의 실제 특성과 반대된다.

• 흡입-압축-토출의 3행정 구조를 가진다는 설명은 맞다.
• 맥동이 없이 연속 송출한다는 설명도 맞다.
• 회전수가 높아 소음방지 장치가 필요하다는 설명도 맞다.

피토관식 유량계는 유동장 내 전압(총압)과 정압의 차, 즉 속도수두를 측정하여 유속을 구하는 방식이다.

측정된 유속에 유로 단면적을 곱하면 유량을 산출할 수 있다.

요오드화칼륨 전분지(KI 전분지)는 산화성이 강한 가스와 반응하면 요오드가 유리되어 청색으로 변색된다.

제시된 가스 중 이러한 청변 반응을 일으키는 것은 염소이며, 현장에서 염소 누출 여부를 간이 검지하는 대표적 방법이다.

서로 다른 두 금속을 접합한 회로에서 양 접점의 온도차에 의해 발생하는 열기전력(제벡 효과)을 이용해 온도를 측정하는 것이 열전대 온도계이다.

고온 측정과 원격 지시가 가능해 산업 현장에서 널리 쓰인다.

극저온 액화가스는 밀도가 낮고 끓는점이 매우 낮아 직접 눈금을 읽는 방식으로는 측정이 어려우므로, 차압을 이용하는 햄프슨식 액면계가 액화산소 등 극저온 저장탱크의 액면 측정에 주로 사용된다.

메탄이 흡수하는 특정 파장의 적외선량 변화를 광학적으로 검출하는 방식이 OMD(Optical Methane Detector)이며, 차량에 탑재해 이동하며 배관 매설 구간 등의 메탄 누출을 탐지하는 데 사용된다.

가스용 금속플렉시블호스의 최대 길이는 50,000mm 이내로 규정되어 있으므로 10,000mm 이내라는 설명은 틀렸다. 길이 허용오차는 +3%, -2% 이내이고, 튜브는 주름가공한 금속제로 쉽게 굽혀져야 하며, 이음쇠는 플레어나 유니온으로 접속할 수 있어야 한다.

이중결합을 가지고 감미로운 냄새가 나며 산화에틸렌·에탄올의 원료가 되는 기체는 에틸렌이다.

에틸렌(C₂H₄)은 탄소 사이에 이중결합이 있어 각종 부가반응을 잘 일으키고, 그 반응을 통해 아세트알데히드·산화에틸렌·에탄올 등을 만드는 석유화학의 기본 원료다. 물에 거의 녹지 않고 알코올·에테르에 잘 녹는 성질도 에틸렌의 것이다.

• 아세틸렌은 이중결합이 아니라 삼중결합을 가지며 카바이드 특유의 불쾌한 냄새가 난다.
• 프로판은 포화탄화수소여서 이중결합이 없고 부가반응을 하지 않는다.
• 프로필렌도 이중결합을 갖지만 아세톤·이소프로필알코올 계열의 원료이지 산화에틸렌·에탄올을 얻는 원료가 아니다.

수분이 존재할 때 일반 강재를 부식시키는 대표적인 가스는 황화수소이다.

황화수소는 수분과 만나면 산성을 띠어 금속 표면을 부식시키고 황화철 등의 부식 생성물을 남긴다.

일산화탄소·수소·질소는 수분이 있는 상온 조건에서 일반 강재를 이와 같이 직접 부식시키지는 않는다.

산소는 그 자신이 연소하지 않고 다른 물질의 연소를 돕는 조연성(지연성) 가스이므로, “가연성가스이나 그 자신은 연소하지 않는다”는 설명은 산소의 성질과 맞지 않는다.

• 무색·무취이며 물에 약간 녹는다는 설명은 맞다.
• 공업용은 녹색, 의료용은 백색으로 용기를 도색한다는 설명도 맞다.
• 산소 용기는 이음매 없는(무계목) 용기를 사용한다는 설명도 맞다.

수소는 모든 기체 중 밀도가 가장 작고 열전도율은 오히려 크다는 특징이 있어, “열전도율이 작다”는 설명은 수소의 실제 성질과 반대된다.

• 무색·무미·무취의 가연성 기체라는 설명은 맞다.
• 가스 중 최소의 밀도를 가진다는 설명도 맞다.
• 분자가 작아 고온에서 강재 등 금속을 쉽게 투과한다는 설명도 맞다.

비열비($k=\dfrac{C_p}{C_v}$)는 정압비열이 정적비열보다 항상 크기 때문에 언제나 1보다 큰 값을 가진다.

산화에틸렌은 가연성이면서 인체에 유해한 독성가스로 법정 관리 대상이다.

• 에틸렌은 가연성가스이지만 독성가스로 분류되지 않는다.
• 탄산가스(이산화탄소)는 불연성이며 독성가스가 아니다.
• 시클로프로판은 가연성(마취성) 가스이지만 독성가스로 분류되지 않는다.

가스크로마토그래피에서는 시료 성분과 반응하지 않는 불활성 기체를 이동상(캐리어가스)으로 사용하며, 대표적으로 헬륨이 쓰인다.

단위를 통일해 비교하면 $1.01\ \mathrm{MPa}$이 압력이 가장 크다.

$5\ \mathrm{atm} \approx 0.507\ \mathrm{MPa}$, $100\ \mathrm{inHg} \approx 0.339\ \mathrm{MPa}$, $88\ \mathrm{psi} \approx 0.607\ \mathrm{MPa}$로 모두 $1.01\ \mathrm{MPa}$보다 작다.

'물에 녹지 않으며, 연소 시 메탄에 비해 공기량이 적게 소요된다'는 설명은 두 가지 오류를 포함한다. 첫째, LPG는 물에 불용성이라는 점은 맞으나, 둘째 연소 시 메탄(CH₄, 분자량 16)보다 LPG(프로판 C₃H₈ 분자량 44, 부탄 C₄H₁₀ 분자량 58)가 분자량이 크고 탄소 함량이 높으므로 오히려 더 많은 산소량이 필요하다. 따라서 "공기량이 적게 소요"라는 표현은 거짓이다.

• 저장탱크·용기를 통해 공급된다는 설명은 정확하다(○).
• 고발열량·높은 열효율이라는 설명도 정확하다(○).
• 가스는 공기보다 무겁고 액체는 물보다 가볍다는 설명도 정확하다(○).

어떤 물질의 밀도를 동일 조건의 기준물질(보통 물이나 공기) 밀도로 나눈 값을 비중이라 한다.

비중량은 단위체적당 무게, 비체적(비용)은 단위질량당 부피를 의미하므로 이 문항이 설명하는 밀도의 비 개념과는 다르다.

탄소의 완전연소 반응식은 $C + O_2 \rightarrow CO_2$이며, 탄소 12kg이 반응하면 이산화탄소 44kg이 생성된다.

탄소 2kg이 완전연소하면 $2 \times \dfrac{44}{12} = 7.33\ \mathrm{kg}$의 이산화탄소가 발생한다.

화씨온도는 $F = \dfrac{9}{5}C + 32$로 구한다.

$F = \dfrac{9}{5}\times(-40) + 32 = -72 + 32 = -40\ \mathrm{^\circ F}$

섭씨 $-40^\circ\mathrm{C}$는 화씨온도와 수치가 같아지는 유일한 지점이다.

프로판의 완전연소 반응식은 $C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$이다.

반응식의 계수비에 따라 프로판 $1\ \mathrm{m^3}$을 완전연소시키는 데 필요한 이론산소량은 $5\ \mathrm{m^3}$이다.

SI 기본단위는 길이(m)·질량(kg)·시간(s)·전류(A)·온도(K)·물질량(mol)·광도(cd)의 7가지이다.

헤르츠(Hz)는 시간의 역수($\mathrm{s^{-1}}$)로 정의되는 유도단위이므로 SI 기본단위에 속하지 않는다.

제2종 영구기관, 즉 하나의 열원에서 열을 받아 전부 일로 바꾸고 다른 변화를 남기지 않는 기관은 존재할 수 없다는 것은 열역학 제2법칙의 표현(켈빈-플랑크 표현)이다.