산업위생관리기사 실기(필답형) 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

2021년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차

총 20문항 · 주관식 · A4 약 1장

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산업위생관리기사 실기(필답형) 기출문제모두CBT · moducbt.com

2021년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차

총 20문항 · 주관식 · 정답·해설 포함

문제 1

21-1

메틸에틸케톤(MEK)과 톨루엔이 각각 시간당 2 L씩 발생하는 작업장에 전체환기시설을 설치하려고 한다. 다음 조건을 보고 물음에 답하시오.

• 작업장은 21 ℃·1기압이다.

• 메틸에틸케톤의 분자량은 72.1, 비중은 0.805이다.

• 톨루엔의 분자량은 92.13, 비중은 0.866이다.

• 메틸에틸케톤의 노출기준은 200 ppm이고 작업장 농도는 150 ppm이다.

• 톨루엔의 노출기준은 100 ppm이고 작업장 농도는 50 ppm이다.

• 안전계수는 메틸에틸케톤 4, 톨루엔 5로 한다.

(1) 노출지수(EI)를 구하시오.

(2) 전체환기시설을 설치해야 하는지 판정하시오.

(3) 두 물질이 상가작용을 한다고 볼 때 필요한 전체환기량(m³/min)을 구하시오.

정답 및 해설

(1) 1.25

(2) 노출지수가 1을 넘으므로 노출기준을 초과한 것이며, 전체환기시설을 설치해야 한다

(3) 약 557.48 m³/min

[해설]

상가작용 물질은 각 농도를 자기 노출기준으로 나눈 값을 더해 노출지수를 구하고, 환기량도 물질별로 구해 합한다.

EI = 150/200 + 50/100 = 0.75 + 0.5 = 1.25

각 물질의 농도는 기준 이하지만 합한 노출지수가 1을 넘으므로, 노출기준 초과로 보고 전체환기시설을 설치해야 한다.

21 ℃ 몰부피 = 22.4 × (273 + 21)/273 = 24.123 L
MEK 증기 발생량 = 24.123 × (2 × 0.805 × 1,000) ÷ 72.1 = 538.67 L/hr
Q₁ = 538,670 mL/hr ÷ 200 × 4 ÷ 60 = 179.56 m³/min
톨루엔 증기 발생량 = 24.123 × (2 × 0.866 × 1,000) ÷ 92.13 = 453.50 L/hr
Q₂ = 453,500 mL/hr ÷ 100 × 5 ÷ 60 = 377.92 m³/min
Q = 179.56 + 377.92 = 557.48 m³/min

ppm은 mL/m³이므로 mL/hr를 노출기준으로 나누면 곧바로 m³/hr가 나온다.

혼동 주의 — 독립작용이면 더하지 않고 두 환기량 중 큰 쪽인 톨루엔 환기량을 택한다.

문제 2

21-1

검지관법은 공기 중에 있는 유해가스의 측정에 쓰인다. 이 방법이 지니는 장점을 네 가지 서술하시오.

정답 및 해설

① 사용이 간편해 비전문가도 쓸 수 있다

② 측정과 동시에 결과를 알 수 있다

③ 소형이라 휴대·운반이 쉽다

④ 산소가 부족한 밀폐공간에서도 쓸 수 있다

[해설]

검지관은 유리관 속 검지제가 가스와 반응해 색이 변한 길이로 농도를 바로 읽는 간이 측정법이다.

사용이 간편함 — 관의 양 끝을 자르고 펌프를 당기기만 하면 되므로 비전문가도 쓸 수 있다.
즉시 결과 — 실험실 분석 없이 측정과 동시에 관의 눈금에서 농도를 읽는다.
휴대성 — 작고 가벼워 들고 다니거나 옮기기 쉽다.
밀폐공간 사용 — 전원이 필요 없고 발색반응에 산소가 필요 없어 산소결핍 장소에서도 쓸 수 있다.

혼동 주의: 색 변화를 눈으로 읽어 개인오차가 크고 방해물질의 영향도 받으므로, 정밀 평가용이 아니라 선별용으로 쓴다.

문제 3

21-1

어떤 물질이 온도 130 ℃인 작업장에서 시간당 3 L씩 증발하고 있다. 다음 조건일 때 폭발을 막기 위한 실제 환기량(m³/min)을 구하시오.

• 작업장은 1기압이다.

• 폭발농도 하한치(LEL)는 1 %이다.

• 비중은 0.88, 분자량은 106이다.

• 안전계수는 10이다.

• 온도에 대한 보정상수는 0.7이다.

정답 및 해설

약 19.59 m³/min

[해설]

폭발방지 환기량은 발생한 증기를 폭발하한 아래로 희석하는 데 필요한 공기량이다. 21 ℃·1기압을 기준으로 정리한 식은 다음과 같다.

$Q=\dfrac{24.1\times S\times W\times C\times 10^{2}}{M\times \mathrm{LEL}\times B}\times\dfrac{1}{60}$

여기서 $S$ 는 비중, $W$ 는 시간당 사용량(L/hr), $C$ 는 안전계수, $M$ 은 분자량, LEL은 %로 넣은 폭발하한, $B$ 는 온도에 대한 보정상수다. 24.1은 21 ℃·1기압에서 기체 1몰의 부피(L)이고 $10^{2}$ 은 %로 넣은 LEL을 분율로 바꾸는 몫이다. $B$ 는 온도가 높을수록 폭발하한이 낮아지는 것을 반영하는 값으로, 여기서는 문제가 0.7로 지정해 주었다.

먼저 21 ℃ 기준 환기량을 구한다.

$Q_{21}=\dfrac{24.1\times 0.88\times 3\times 10\times 10^{2}}{106\times 1\times 0.7}\times\dfrac{1}{60}=14.29\ \mathrm{m^{3}/min}$

문제가 요구한 것은 실제 환기량이므로, 이 값을 작업장 온도인 130 ℃의 부피로 환산한다. 같은 몰수의 공기라도 온도가 오르면 부피가 커지므로 실제로 밀어내야 할 공기 부피는 그만큼 늘어난다.

$Q_{130}=14.29\times\dfrac{273+130}{273+21}=\mathbf{19.59\ \mathrm{m^{3}/min}}$

온도 보정을 빠뜨리면 14.29 m³/min이 답이 되므로, 발문이 21 ℃ 기준 환기량을 묻는지 실제 환기량을 묻는지 반드시 확인해야 한다. 주어진 분자량 106과 비중 0.88은 크실렌의 물성에 해당한다.

문제 4

입자상 물질의 크기를 나타내는 방법 가운데 기하학적 직경(물리적 직경)의 종류를 3가지 쓰고, 각각의 의미를 간단히 설명하시오.

정답 및 해설

① 마틴직경 — 입자의 투영면적을 이등분하는 선의 길이

② 페렛직경 — 입자 투영상의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝까지 이은 선 가운데 가장 긴 길이

③ 등면적직경(헤이우드직경) — 입자의 투영면적과 같은 면적을 갖는 원의 직경

[해설]

기하학적(물리적) 직경은 현미경으로 본 입자의 투영상을 직접 재어 정하는 크기다.

마틴직경 — 투영면적을 이등분하는 선의 길이로, 실제보다 작게 평가되는 경향이 있다.
페렛직경 — 투영상의 양 끝을 잇는 가장 긴 선의 길이라 실제보다 크게 평가되는 경향이 있다.
등면적직경(헤이우드직경) — 투영면적과 넓이가 같은 원의 직경(D = √(4A/π))으로, 셋 중 가장 정확하다.

혼동 주의: 등면적직경과 헤이우드직경은 같은 것이다. 밀도 1 g/cm³인 구형 입자로 환산한 공기역학적 직경은 기하학적 직경에 속하지 않는다.

문제 5

유입손실계수가 0.65인 원형 후드의 직경이 20 cm이고 송풍량이 40 m³/min일 때, 후드의 정압(mmH₂O)을 구하시오.

(단, 표준공기(21 ℃, 1 atm)의 밀도(비중량)는 1.2 kg/m³(1.2 kgf/m³), 중력가속도는 9.8 m/s²이다.)

정답 및 해설

$A=\dfrac{\pi}{4}\times 0.2^{2}=0.0314\ \mathrm{m^2},\qquad V=\dfrac{40/60}{0.0314}=21.22\ \mathrm{m/s}$

$VP=\dfrac{1.2\times 21.22^{2}}{2\times 9.8}=27.57\ \mathrm{mmH_2O}$

$SP_h=VP\,(1+F)=27.57\times(1+0.65)=$ $45.49\ \mathrm{mmH_2O}$

(후드 안은 대기압보다 낮으므로 부호를 붙이면 −45.49 mmH₂O)

[해설]

후드 정압은 속도압과 유입손실의 합으로, SP_h = VP(1 + F)로 구한다.

A = π/4 × 0.2² = 0.0314 m²
V = (40/60) ÷ 0.0314 = 21.22 m/s
VP = 1.2 × 21.22² ÷ (2 × 9.8) = 27.57 mmH₂O
SP_h = 27.57 × (1 + 0.65) = 45.49 mmH₂O

후드 안은 음압이라 부호를 붙이면 −45.49 mmH₂O다. 혼동 주의: 주어진 값이 유입손실계수 F인지 유입계수 C_e인지 먼저 확인한다(C_e = √(1/(1+F)) = 0.78).

문제 6

산소부채(oxygen debt)에 대하여 다음 물음에 답하시오.

(1) 산소부채가 무엇인지 설명하시오.

(2) 산소부채가 일어날 때의 에너지 공급원을 2가지 쓰시오.

정답 및 해설

(1) 격렬한 작업으로 산소 공급이 수요를 따라가지 못해 생긴 산소 부족분을, 작업이 끝난 뒤 회복기에 안정 시보다 많은 산소를 계속 소비하여 갚는 현상

(2) ① ATP(아데노신삼인산)
② 크레아틴인산(CP)

[해설]

산소부채는 격렬한 작업 중 산소 공급이 수요를 따라가지 못해 생긴 부족분을, 작업 후 회복기에 안정 시 이상의 산소를 소비해 갚는 현상이다.

회복기에 더 쓰는 산소는 쌓인 젖산을 처리하고 소모된 에너지원을 다시 채우는 데 쓰인다.

ATP(아데노신삼인산) — 근육에 저장된 즉시 에너지원으로 가장 먼저 쓰이지만 몇 초 만에 바닥난다.
크레아틴인산(CP) — ADP에 인산을 넘겨주어 산소 없이 ATP를 빠르게 재생한다.

혼동 주의: 글리코겐의 혐기성 해당작용도 무산소 에너지원이지만 최종산물로 젖산이 쌓인다는 점이 다르다.

문제 7

21-1

주물공장에서 발생하는 분진을 유리섬유여과지로 채취하였다. 채취 전 여과지의 무게는 0.1 mg이었고, 개인시료채취기로 분당 4 L의 유량으로 100분간 채취한 뒤 건조시켜 무게를 다니 3 mg이었다. 이 작업장의 분진농도(mg/m³)를 구하시오.

정답 및 해설

7.25 mg/m³

[해설]

중량분석법에서 분진농도는 여과지에 늘어난 무게를 채취한 공기 부피로 나눈 값이다.

C = (W₂ − W₁) ÷ V
V = 4 L/min × 100 min = 400 L = 0.4 m³
C = (3 − 0.1) ÷ 0.4 = 7.25 mg/m³

혼동 주의: 채취 후 무게 3 mg을 그대로 쓰면 7.5가 나오므로 여과지 무게를 빼야 한다.

문제 8

임핀저·버블러와 같이 흡수액에 시료공기를 통과시켜 채취할 때, 흡수효율을 높이는 방법을 3가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 흡수액의 온도를 낮춰 포집된 오염물질이 다시 휘발하는 것을 막는다

② 임핀저(버블러)를 2개 이상 직렬로 연결한다

③ 채취유량(채취속도)을 낮춰 기포가 흡수액 속에 머무는 시간을 늘린다

[해설]

액체채취법의 흡수효율은 기포와 흡수액의 접촉시간을 늘리고, 녹아든 물질의 재휘발을 막을수록 높아진다.

흡수액 온도 낮추기 — 증기압이 떨어져 포집된 물질이 다시 날아가지 않는다(얼음물 중탕).
임핀저 2개 이상 직렬 연결 — 앞 용기를 빠져나간 물질을 뒤 용기가 다시 붙잡는다.
채취유량 낮추기 — 기포가 천천히 올라가 흡수액 속에 머무는 시간이 길어진다.

소결유리가 든 다공성 버블러로 기포를 잘게 쪼개 접촉면적을 늘리는 방법도 같은 원리다.

문제 9

21-1

덕트의 직경이 10 cm이고 공기의 유속이 2 m/s일 때 레이놀즈수를 구하시오. (단, 공기의 점성계수는 1.8 × 10⁻⁵ kg/m·s, 공기의 밀도는 1.2 kg/m³로 한다)

정답 및 해설

약 13,333.33

[해설]

레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비로, Re = ρVD/μ로 구하는 무차원수다.

Re = 1.2 × 2 × 0.1 ÷ (1.8 × 10^-5)
= 0.24 ÷ (1.8 × 10^-5) = 13,333.33

Re > 4,000이므로 난류이며, 단위는 모두 약분되므로 붙이지 않는다.

문제 10

어느 사무실에서 재순환 공기의 CO₂ 농도가 650 ppm, 급기의 CO₂ 농도가 450 ppm으로 측정되었다. 급기 중 외부 공기가 차지하는 비율(%)을 구하시오.

(단, 외부 공기의 CO₂ 농도는 300 ppm이다.)

정답 및 해설

$\text{외부공기}(\%)=\dfrac{C_{\text{재순환}}-C_{\text{급기}}}{C_{\text{재순환}}-C_{\text{외부}}}\times 100=\dfrac{650-450}{650-300}\times 100=\dfrac{200}{350}\times 100$

= 57.14 %

[해설]

급기는 재순환 공기와 외부 공기를 섞은 것이므로, CO₂의 물질수지로 외부 공기 비율을 구한다.
외부공기(%) = (C_재순환 − C_급기) ÷ (C_재순환 − C_외부) × 100
= (650 − 450) ÷ (650 − 300) × 100 = 200 ÷ 350 × 100
= 57.14 %

혼동 주의: 분자를 (급기 − 외부)로 잡으면 42.86 %가 나오는데, 이 값은 재순환 공기의 비율이다.

문제 11

다음 설명에 해당하는 고열장해(열중증)의 종류를 각각 쓰시오.

(1) 신체 내부의 체온조절 계통이 기능을 잃어 생기며, 체온이 지나치게 올라가면 사망에 이를 수 있어 수액을 되도록 빨리 공급해야 한다.

(2) 더운 환경에서 심한 육체작업을 하여 땀으로 빠져나간 염분을 충당하지 못해 생기며, 빠른 회복을 위해 염분과 수분을 공급해 주어야 한다.

정답 및 해설

(1) 열사병

(2) 열경련

[해설]

열중증은 원인에 따라 나뉜다. 체온조절중추가 마비되면 열사병이고 염분이 부족하면 열경련이다.

열사병 — 시상하부의 체온조절 기능이 멎어 땀이 나지 않고 체온이 40 ℃ 넘게 올라 사망할 수 있으므로, 즉시 체온을 내리고 수액을 공급한다.
열경련 — 땀으로 잃은 염분을 물로만 채워 혈중 염분이 묽어지면, 많이 쓴 근육에 통증을 동반한 경련이 온다.

혼동 주의: 열피로(열탈진)는 수분이 빠져 순환혈액량이 줄면서 생기는 탈진이다. 치명률이 가장 높은 것은 열사병이다.

문제 12

국소배기장치의 배출구를 설치할 때 따르는 이른바 ‘15-3-15 규칙’의 의미를 쓰시오.

정답 및 해설

① 15 — 배출구는 공기 유입구(흡입구)로부터 수평으로 15 m 이상 떨어뜨린다

② 3 — 배출구는 지붕 꼭대기나 공기 유입구보다 3 m 이상 높게 세운다

③ 15 — 배출되는 공기의 속도를 15 m/sec 이상으로 유지한다

[해설]

15-3-15 규칙은 국소배기로 뽑아낸 오염공기가 급기구나 창문으로 다시 들어오는 재유입을 막기 위한 배출구 설치 지침이다.

수평 15는 배출구를 공기 유입구에서 15 m 이상 떨어뜨려 그 사이에서 오염공기가 희석되게 한다는 뜻이다.
수직 3은 배출구를 지붕 꼭대기나 유입구보다 3 m 이상 높여 지붕 위 와류층을 벗어나게 한다는 뜻이다.
속도 15는 배출속도를 15 m/sec 이상으로 유지해 배기가 위로 치솟아 흩어지게 한다는 뜻이다.

같은 취지로 배출구에는 상승기류를 꺾는 빗물덮개(rain cap)를 씌우지 않는다.

문제 13

21-1

C5-dip 현상이 무엇인지 간단히 설명하시오.

정답 및 해설

소음성 난청의 초기 단계에서 4,000 Hz 부근의 청력만 유독 크게 떨어지는 현상

[해설]

C5-dip은 소음성 난청의 초기 신호다. 청력도에서 4,000 Hz 부근만 V자로 움푹 파이는 모양을 말한다.

외이도가 3,000~4,000 Hz 소리를 공명으로 키우고, 고주파를 맡는 유모세포가 달팽이관 입구 쪽에 있어 먼저 손상된다. 대화음역(500~2,000 Hz)의 청력은 아직 남아 있어 본인이 알아채기 어려우므로, 소음 특수건강진단에서 4,000 Hz 청력을 꼭 확인한다.

문제 14

21-1

자유공간에 있는 무지향성 점음원의 음향출력이 0.1 W일 때, 이 음원에서 75 m 떨어진 지점의 음압수준(dB)을 구하시오.

정답 및 해설

61.50 dB

[해설]

자유공간의 점음원은 음향파워레벨(PWL)에서 거리감쇠 20log r과 상수 11을 빼서 음압수준을 구한다.

PWL = 10log(W/10^-12) = 10log(0.1/10^-12) = 110 dB
SPL = PWL − 20log r − 11
= 110 − 20log75 − 11 = 110 − 37.50 − 11
= 61.50 dB

혼동 주의: 바닥 위에 놓인 반자유공간 음원이면 상수가 8이 되어 결과가 3 dB 커진다.

문제 15

21-1

다음 유기용제의 소변 중 대사산물을 각각 쓰시오.

(1) 벤젠

(2) 톨루엔

정답 및 해설

(1) 페놀

(2) o-크레졸

[해설]

유기용제는 간에서 대사되어 소변으로 나온다. 그래서 생물학적 모니터링에서는 원래 물질 대신 대사산물을 지표로 잰다.

벤젠 — 체내에서 산화되어 페놀이 된 뒤 소변으로 배설된다.
톨루엔 — 벤젠고리에 수산기가 붙어 o-크레졸이 되며, 톨루엔 노출을 잘 가려내는 지표다.

혼동 주의: 톨루엔의 또 다른 대사산물인 마뇨산은 음식 속 벤조산으로도 늘어나 특이성이 낮다. 크실렌의 대사산물은 메틸마뇨산이다.

문제 16

작업장 공기 중에 사염화탄소가 7,500 ppm 존재한다. 이때 공기와 사염화탄소 혼합기체의 유효비중을 소수점 넷째 자리까지 구하시오.

(단, 사염화탄소의 비중은 5.7, 공기의 비중은 1.0이다.)

정답 및 해설

$7{,}500\ \mathrm{ppm}=0.0075,\qquad 1-0.0075=0.9925$

$S=(5.7\times 0.0075)+(1.0\times 0.9925)=0.04275+0.9925=$ $1.0353$

[해설]

혼합기체의 유효비중은 각 성분의 비중을 부피분율로 가중평균해 구한다.

7,500 ppm = 7,500 × 10^-6 = 0.0075
공기 분율 = 1 − 0.0075 = 0.9925
S = (5.7 × 0.0075) + (1.0 × 0.9925)
= 0.04275 + 0.9925 = 1.0353

혼동 주의: 공기 분율을 1로 두면 1.0428이 나와 틀린다.

문제 17

21-1

휘발성 유기화합물(VOC)의 다음 두 처리방법에 대해 각각의 특징을 2가지씩 쓰시오.

(1) 불꽃연소법

(2) 촉매산화법

정답 및 해설

(1) ① 고농도 VOC 처리에 유리하다
② 연소온도가 높아 연료비가 많이 들고 질소산화물이 많이 생긴다

(2) ① 저농도 VOC 처리에 유리하다
② 낮은 온도에서 처리하므로 연료 소모와 질소산화물 발생이 적다

[해설]

두 방법 모두 VOC를 태워 CO₂와 H₂O로 바꾼다. 차이는 연소 온도와 촉매 사용 여부다.

불꽃연소법의 농도 적합성 — VOC 자체가 연료 구실을 할 만큼 고농도일 때 경제적이다.
불꽃연소법의 단점 — 고온을 유지하느라 연료비가 많이 들고, 공기 중 질소가 산화되어 질소산화물(NO_x)이 많이 생긴다.
촉매산화법의 농도 적합성 — 백금·팔라듐 같은 촉매로 낮은 온도에서도 산화되므로 저농도 배기 처리에 유리하다.
촉매산화법의 장점 — 저온에서 처리해 연료 소모가 적고 질소산화물도 적게 생긴다.

외우는 요령: 고농도는 불꽃연소, 저농도는 촉매산화다. 촉매산화법은 황·납 같은 촉매독에 약하다.

문제 18

세로 400 mm, 가로 850 mm인 장방형 직관 덕트 안을 공기가 300 m³/min으로 흐르고 있다. 덕트 길이 5 m 구간에서 생기는 압력손실(mmH₂O)을 구하시오.

(단, 관마찰계수는 0.02, 공기의 밀도(비중량)는 1.2 kg/m³이다.)

정답 및 해설

$D=\dfrac{2\times 0.4\times 0.85}{0.4+0.85}=0.544\ \mathrm{m},\qquad V=\dfrac{300/60}{0.4\times 0.85}=14.71\ \mathrm{m/s}$

$\Delta P=0.02\times\dfrac{5}{0.544}\times\dfrac{1.2\times 14.71^{2}}{2\times 9.8}=$ $2.43\ \mathrm{mmH_2O}$

[해설]

장방형 덕트의 마찰 압력손실은 원형관 식의 D 자리에 상당직경을 넣어 구하고, 유속은 실제 단면적으로 구한다.

D = 2ab/(a+b) = (2 × 0.4 × 0.85)/(0.4 + 0.85) = 0.544 m
V = Q/A = (300/60)/(0.4 × 0.85) = 14.71 m/s
ΔP = f × (L/D) × γV²/(2g)
= 0.02 × (5/0.544) × (1.2 × 14.71²)/(2 × 9.8)
= 2.43 mmH₂O

혼동 주의: 상당직경으로 원형 단면적을 만들어 유속을 구하면 답이 어긋난다.

문제 19

21-1

다음 조건의 작업장에 전체환기시설을 설치할 때 필요환기량(m³/min)을 구하시오.

• 작업장은 21 ℃·1기압이다.

• 톨루엔을 시간당 3 kg 사용한다.

• 톨루엔의 분자량은 92, 노출기준은 100 ppm이다.

• 안전계수는 6이다.

정답 및 해설

약 786.62 m³/min

[해설]

전체환기의 필요환기량은 발생 증기량을 노출기준까지 희석하는 공기량에 안전계수를 곱해 구한다.

몰부피 = 22.4 × (273 + 21) / 273 = 24.12 L
G = 24.12 L × 3,000 g/hr ÷ 92 g = 786.62 L/hr = 0.78662 m³/hr
Q = G ÷ 노출기준 × K ÷ 60
= 0.78662 ÷ (100 × 10^-6) × 6 ÷ 60
= 786.62 m³/min

혼동 주의: 사용량이 kg으로 주어졌으므로 비중을 쓰지 않으며, 사용량이 L로 주어질 때만 비중을 곱해 질량으로 바꾼다.

문제 20

21-1

「작업환경측정 및 정도관리 등에 관한 고시」에서 정한 가스상 물질의 시료채취방법을 4가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 직접채취방법

② 고체채취방법

③ 액체채취방법

④ 냉각응축채취방법

[해설]

작업환경측정 및 정도관리 등에 관한 고시의 용어 정의에 따르면 가스상 물질은 다음 네 방법으로 채취한다.

직접채취방법은 시료공기를 채취백이나 진공플라스크에 그대로 담아 오는 방법이다.
고체채취방법은 활성탄관·실리카겔관 같은 고체 흡착제에 흡착시키는 방법이다.
액체채취방법은 임핀저·버블러에 담긴 흡수액에 녹여 잡는 방법이다.
냉각응축채취방법은 냉각관으로 온도를 낮춰 증기를 응축시켜 받는 방법이다.

혼동 주의: 여과채취방법은 입자상 물질용이므로 가스상 물질의 채취방법에 넣지 않는다.

산업위생관리기사 실기(필답형) 기출문제모두CBT · moducbt.com

2021년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차

총 20문항 · 주관식 · 정답·해설 포함

문제 1

21-1

메틸에틸케톤(MEK)과 톨루엔이 각각 시간당 2 L씩 발생하는 작업장에 전체환기시설을 설치하려고 한다. 다음 조건을 보고 물음에 답하시오.

• 작업장은 21 ℃·1기압이다.

• 메틸에틸케톤의 분자량은 72.1, 비중은 0.805이다.

• 톨루엔의 분자량은 92.13, 비중은 0.866이다.

• 메틸에틸케톤의 노출기준은 200 ppm이고 작업장 농도는 150 ppm이다.

• 톨루엔의 노출기준은 100 ppm이고 작업장 농도는 50 ppm이다.

• 안전계수는 메틸에틸케톤 4, 톨루엔 5로 한다.

(1) 노출지수(EI)를 구하시오.

(2) 전체환기시설을 설치해야 하는지 판정하시오.

(3) 두 물질이 상가작용을 한다고 볼 때 필요한 전체환기량(m³/min)을 구하시오.

정답 및 해설

(1) 1.25

(2) 노출지수가 1을 넘으므로 노출기준을 초과한 것이며, 전체환기시설을 설치해야 한다

(3) 약 557.48 m³/min

[해설]

상가작용 물질은 각 농도를 자기 노출기준으로 나눈 값을 더해 노출지수를 구하고, 환기량도 물질별로 구해 합한다.

EI = 150/200 + 50/100 = 0.75 + 0.5 = 1.25

각 물질의 농도는 기준 이하지만 합한 노출지수가 1을 넘으므로, 노출기준 초과로 보고 전체환기시설을 설치해야 한다.

ppm은 mL/m³이므로 mL/hr를 노출기준으로 나누면 곧바로 m³/hr가 나온다.

혼동 주의 — 독립작용이면 더하지 않고 두 환기량 중 큰 쪽인 톨루엔 환기량을 택한다.

문제 2

21-1

검지관법은 공기 중에 있는 유해가스의 측정에 쓰인다. 이 방법이 지니는 장점을 네 가지 서술하시오.

정답 및 해설

① 사용이 간편해 비전문가도 쓸 수 있다

② 측정과 동시에 결과를 알 수 있다

③ 소형이라 휴대·운반이 쉽다

④ 산소가 부족한 밀폐공간에서도 쓸 수 있다

[해설]

검지관은 유리관 속 검지제가 가스와 반응해 색이 변한 길이로 농도를 바로 읽는 간이 측정법이다.

사용이 간편함 — 관의 양 끝을 자르고 펌프를 당기기만 하면 되므로 비전문가도 쓸 수 있다.
즉시 결과 — 실험실 분석 없이 측정과 동시에 관의 눈금에서 농도를 읽는다.
휴대성 — 작고 가벼워 들고 다니거나 옮기기 쉽다.
밀폐공간 사용 — 전원이 필요 없고 발색반응에 산소가 필요 없어 산소결핍 장소에서도 쓸 수 있다.

혼동 주의: 색 변화를 눈으로 읽어 개인오차가 크고 방해물질의 영향도 받으므로, 정밀 평가용이 아니라 선별용으로 쓴다.

문제 3

21-1

어떤 물질이 온도 130 ℃인 작업장에서 시간당 3 L씩 증발하고 있다. 다음 조건일 때 폭발을 막기 위한 실제 환기량(m³/min)을 구하시오.

• 작업장은 1기압이다.

• 폭발농도 하한치(LEL)는 1 %이다.

• 비중은 0.88, 분자량은 106이다.

• 안전계수는 10이다.

• 온도에 대한 보정상수는 0.7이다.

정답 및 해설

약 19.59 m³/min

[해설]

폭발방지 환기량은 발생한 증기를 폭발하한 아래로 희석하는 데 필요한 공기량이다. 21 ℃·1기압을 기준으로 정리한 식은 다음과 같다.

$Q=\dfrac{24.1\times S\times W\times C\times 10^{2}}{M\times \mathrm{LEL}\times B}\times\dfrac{1}{60}$

먼저 21 ℃ 기준 환기량을 구한다.

$Q_{21}=\dfrac{24.1\times 0.88\times 3\times 10\times 10^{2}}{106\times 1\times 0.7}\times\dfrac{1}{60}=14.29\ \mathrm{m^{3}/min}$

$Q_{130}=14.29\times\dfrac{273+130}{273+21}=\mathbf{19.59\ \mathrm{m^{3}/min}}$

문제 4

입자상 물질의 크기를 나타내는 방법 가운데 기하학적 직경(물리적 직경)의 종류를 3가지 쓰고, 각각의 의미를 간단히 설명하시오.

정답 및 해설

① 마틴직경 — 입자의 투영면적을 이등분하는 선의 길이

② 페렛직경 — 입자 투영상의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝까지 이은 선 가운데 가장 긴 길이

③ 등면적직경(헤이우드직경) — 입자의 투영면적과 같은 면적을 갖는 원의 직경

[해설]

기하학적(물리적) 직경은 현미경으로 본 입자의 투영상을 직접 재어 정하는 크기다.

마틴직경 — 투영면적을 이등분하는 선의 길이로, 실제보다 작게 평가되는 경향이 있다.
페렛직경 — 투영상의 양 끝을 잇는 가장 긴 선의 길이라 실제보다 크게 평가되는 경향이 있다.
등면적직경(헤이우드직경) — 투영면적과 넓이가 같은 원의 직경(D = √(4A/π))으로, 셋 중 가장 정확하다.

혼동 주의: 등면적직경과 헤이우드직경은 같은 것이다. 밀도 1 g/cm³인 구형 입자로 환산한 공기역학적 직경은 기하학적 직경에 속하지 않는다.

문제 5

유입손실계수가 0.65인 원형 후드의 직경이 20 cm이고 송풍량이 40 m³/min일 때, 후드의 정압(mmH₂O)을 구하시오.

(단, 표준공기(21 ℃, 1 atm)의 밀도(비중량)는 1.2 kg/m³(1.2 kgf/m³), 중력가속도는 9.8 m/s²이다.)

정답 및 해설

$A=\dfrac{\pi}{4}\times 0.2^{2}=0.0314\ \mathrm{m^2},\qquad V=\dfrac{40/60}{0.0314}=21.22\ \mathrm{m/s}$

$VP=\dfrac{1.2\times 21.22^{2}}{2\times 9.8}=27.57\ \mathrm{mmH_2O}$

$SP_h=VP\,(1+F)=27.57\times(1+0.65)=$ $45.49\ \mathrm{mmH_2O}$

(후드 안은 대기압보다 낮으므로 부호를 붙이면 −45.49 mmH₂O)

[해설]

후드 정압은 속도압과 유입손실의 합으로, SP_h = VP(1 + F)로 구한다.

A = π/4 × 0.2² = 0.0314 m²
V = (40/60) ÷ 0.0314 = 21.22 m/s
VP = 1.2 × 21.22² ÷ (2 × 9.8) = 27.57 mmH₂O
SP_h = 27.57 × (1 + 0.65) = 45.49 mmH₂O

후드 안은 음압이라 부호를 붙이면 −45.49 mmH₂O다. 혼동 주의: 주어진 값이 유입손실계수 F인지 유입계수 C_e인지 먼저 확인한다(C_e = √(1/(1+F)) = 0.78).

문제 6

산소부채(oxygen debt)에 대하여 다음 물음에 답하시오.

(1) 산소부채가 무엇인지 설명하시오.

(2) 산소부채가 일어날 때의 에너지 공급원을 2가지 쓰시오.

정답 및 해설

(2) ① ATP(아데노신삼인산)
② 크레아틴인산(CP)

[해설]

산소부채는 격렬한 작업 중 산소 공급이 수요를 따라가지 못해 생긴 부족분을, 작업 후 회복기에 안정 시 이상의 산소를 소비해 갚는 현상이다.

회복기에 더 쓰는 산소는 쌓인 젖산을 처리하고 소모된 에너지원을 다시 채우는 데 쓰인다.

ATP(아데노신삼인산) — 근육에 저장된 즉시 에너지원으로 가장 먼저 쓰이지만 몇 초 만에 바닥난다.
크레아틴인산(CP) — ADP에 인산을 넘겨주어 산소 없이 ATP를 빠르게 재생한다.

혼동 주의: 글리코겐의 혐기성 해당작용도 무산소 에너지원이지만 최종산물로 젖산이 쌓인다는 점이 다르다.

문제 7

21-1

정답 및 해설

7.25 mg/m³

[해설]

중량분석법에서 분진농도는 여과지에 늘어난 무게를 채취한 공기 부피로 나눈 값이다.

C = (W₂ − W₁) ÷ V
V = 4 L/min × 100 min = 400 L = 0.4 m³
C = (3 − 0.1) ÷ 0.4 = 7.25 mg/m³

혼동 주의: 채취 후 무게 3 mg을 그대로 쓰면 7.5가 나오므로 여과지 무게를 빼야 한다.

문제 8

임핀저·버블러와 같이 흡수액에 시료공기를 통과시켜 채취할 때, 흡수효율을 높이는 방법을 3가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 흡수액의 온도를 낮춰 포집된 오염물질이 다시 휘발하는 것을 막는다

② 임핀저(버블러)를 2개 이상 직렬로 연결한다

③ 채취유량(채취속도)을 낮춰 기포가 흡수액 속에 머무는 시간을 늘린다

[해설]

액체채취법의 흡수효율은 기포와 흡수액의 접촉시간을 늘리고, 녹아든 물질의 재휘발을 막을수록 높아진다.

흡수액 온도 낮추기 — 증기압이 떨어져 포집된 물질이 다시 날아가지 않는다(얼음물 중탕).
임핀저 2개 이상 직렬 연결 — 앞 용기를 빠져나간 물질을 뒤 용기가 다시 붙잡는다.
채취유량 낮추기 — 기포가 천천히 올라가 흡수액 속에 머무는 시간이 길어진다.

소결유리가 든 다공성 버블러로 기포를 잘게 쪼개 접촉면적을 늘리는 방법도 같은 원리다.

문제 9

21-1

덕트의 직경이 10 cm이고 공기의 유속이 2 m/s일 때 레이놀즈수를 구하시오. (단, 공기의 점성계수는 1.8 × 10⁻⁵ kg/m·s, 공기의 밀도는 1.2 kg/m³로 한다)

정답 및 해설

약 13,333.33

[해설]

레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비로, Re = ρVD/μ로 구하는 무차원수다.

Re = 1.2 × 2 × 0.1 ÷ (1.8 × 10^-5)
= 0.24 ÷ (1.8 × 10^-5) = 13,333.33

Re > 4,000이므로 난류이며, 단위는 모두 약분되므로 붙이지 않는다.

문제 10

어느 사무실에서 재순환 공기의 CO₂ 농도가 650 ppm, 급기의 CO₂ 농도가 450 ppm으로 측정되었다. 급기 중 외부 공기가 차지하는 비율(%)을 구하시오.

(단, 외부 공기의 CO₂ 농도는 300 ppm이다.)

정답 및 해설

$\text{외부공기}(\%)=\dfrac{C_{\text{재순환}}-C_{\text{급기}}}{C_{\text{재순환}}-C_{\text{외부}}}\times 100=\dfrac{650-450}{650-300}\times 100=\dfrac{200}{350}\times 100$

= 57.14 %

[해설]

혼동 주의: 분자를 (급기 − 외부)로 잡으면 42.86 %가 나오는데, 이 값은 재순환 공기의 비율이다.

문제 11

다음 설명에 해당하는 고열장해(열중증)의 종류를 각각 쓰시오.

(1) 신체 내부의 체온조절 계통이 기능을 잃어 생기며, 체온이 지나치게 올라가면 사망에 이를 수 있어 수액을 되도록 빨리 공급해야 한다.

(2) 더운 환경에서 심한 육체작업을 하여 땀으로 빠져나간 염분을 충당하지 못해 생기며, 빠른 회복을 위해 염분과 수분을 공급해 주어야 한다.

정답 및 해설

(1) 열사병

(2) 열경련

[해설]

열중증은 원인에 따라 나뉜다. 체온조절중추가 마비되면 열사병이고 염분이 부족하면 열경련이다.

열사병 — 시상하부의 체온조절 기능이 멎어 땀이 나지 않고 체온이 40 ℃ 넘게 올라 사망할 수 있으므로, 즉시 체온을 내리고 수액을 공급한다.
열경련 — 땀으로 잃은 염분을 물로만 채워 혈중 염분이 묽어지면, 많이 쓴 근육에 통증을 동반한 경련이 온다.

혼동 주의: 열피로(열탈진)는 수분이 빠져 순환혈액량이 줄면서 생기는 탈진이다. 치명률이 가장 높은 것은 열사병이다.

문제 12

국소배기장치의 배출구를 설치할 때 따르는 이른바 ‘15-3-15 규칙’의 의미를 쓰시오.

정답 및 해설

① 15 — 배출구는 공기 유입구(흡입구)로부터 수평으로 15 m 이상 떨어뜨린다

② 3 — 배출구는 지붕 꼭대기나 공기 유입구보다 3 m 이상 높게 세운다

③ 15 — 배출되는 공기의 속도를 15 m/sec 이상으로 유지한다

[해설]

15-3-15 규칙은 국소배기로 뽑아낸 오염공기가 급기구나 창문으로 다시 들어오는 재유입을 막기 위한 배출구 설치 지침이다.

수평 15는 배출구를 공기 유입구에서 15 m 이상 떨어뜨려 그 사이에서 오염공기가 희석되게 한다는 뜻이다.
수직 3은 배출구를 지붕 꼭대기나 유입구보다 3 m 이상 높여 지붕 위 와류층을 벗어나게 한다는 뜻이다.
속도 15는 배출속도를 15 m/sec 이상으로 유지해 배기가 위로 치솟아 흩어지게 한다는 뜻이다.

같은 취지로 배출구에는 상승기류를 꺾는 빗물덮개(rain cap)를 씌우지 않는다.

문제 13

21-1

C5-dip 현상이 무엇인지 간단히 설명하시오.

정답 및 해설

소음성 난청의 초기 단계에서 4,000 Hz 부근의 청력만 유독 크게 떨어지는 현상

[해설]

C5-dip은 소음성 난청의 초기 신호다. 청력도에서 4,000 Hz 부근만 V자로 움푹 파이는 모양을 말한다.

문제 14

21-1

자유공간에 있는 무지향성 점음원의 음향출력이 0.1 W일 때, 이 음원에서 75 m 떨어진 지점의 음압수준(dB)을 구하시오.

정답 및 해설

61.50 dB

[해설]

자유공간의 점음원은 음향파워레벨(PWL)에서 거리감쇠 20log r과 상수 11을 빼서 음압수준을 구한다.

PWL = 10log(W/10^-12) = 10log(0.1/10^-12) = 110 dB
SPL = PWL − 20log r − 11
= 110 − 20log75 − 11 = 110 − 37.50 − 11
= 61.50 dB

혼동 주의: 바닥 위에 놓인 반자유공간 음원이면 상수가 8이 되어 결과가 3 dB 커진다.

문제 15

21-1

다음 유기용제의 소변 중 대사산물을 각각 쓰시오.

(1) 벤젠

(2) 톨루엔

정답 및 해설

(1) 페놀

(2) o-크레졸

[해설]

유기용제는 간에서 대사되어 소변으로 나온다. 그래서 생물학적 모니터링에서는 원래 물질 대신 대사산물을 지표로 잰다.

벤젠 — 체내에서 산화되어 페놀이 된 뒤 소변으로 배설된다.
톨루엔 — 벤젠고리에 수산기가 붙어 o-크레졸이 되며, 톨루엔 노출을 잘 가려내는 지표다.

혼동 주의: 톨루엔의 또 다른 대사산물인 마뇨산은 음식 속 벤조산으로도 늘어나 특이성이 낮다. 크실렌의 대사산물은 메틸마뇨산이다.

문제 16

작업장 공기 중에 사염화탄소가 7,500 ppm 존재한다. 이때 공기와 사염화탄소 혼합기체의 유효비중을 소수점 넷째 자리까지 구하시오.

(단, 사염화탄소의 비중은 5.7, 공기의 비중은 1.0이다.)

정답 및 해설

$7{,}500\ \mathrm{ppm}=0.0075,\qquad 1-0.0075=0.9925$

$S=(5.7\times 0.0075)+(1.0\times 0.9925)=0.04275+0.9925=$ $1.0353$

[해설]

혼합기체의 유효비중은 각 성분의 비중을 부피분율로 가중평균해 구한다.

7,500 ppm = 7,500 × 10^-6 = 0.0075
공기 분율 = 1 − 0.0075 = 0.9925
S = (5.7 × 0.0075) + (1.0 × 0.9925)
= 0.04275 + 0.9925 = 1.0353

혼동 주의: 공기 분율을 1로 두면 1.0428이 나와 틀린다.

문제 17

21-1

휘발성 유기화합물(VOC)의 다음 두 처리방법에 대해 각각의 특징을 2가지씩 쓰시오.

(1) 불꽃연소법

(2) 촉매산화법

정답 및 해설

(1) ① 고농도 VOC 처리에 유리하다
② 연소온도가 높아 연료비가 많이 들고 질소산화물이 많이 생긴다

(2) ① 저농도 VOC 처리에 유리하다
② 낮은 온도에서 처리하므로 연료 소모와 질소산화물 발생이 적다

[해설]

두 방법 모두 VOC를 태워 CO₂와 H₂O로 바꾼다. 차이는 연소 온도와 촉매 사용 여부다.

불꽃연소법의 농도 적합성 — VOC 자체가 연료 구실을 할 만큼 고농도일 때 경제적이다.
불꽃연소법의 단점 — 고온을 유지하느라 연료비가 많이 들고, 공기 중 질소가 산화되어 질소산화물(NO_x)이 많이 생긴다.
촉매산화법의 농도 적합성 — 백금·팔라듐 같은 촉매로 낮은 온도에서도 산화되므로 저농도 배기 처리에 유리하다.
촉매산화법의 장점 — 저온에서 처리해 연료 소모가 적고 질소산화물도 적게 생긴다.

외우는 요령: 고농도는 불꽃연소, 저농도는 촉매산화다. 촉매산화법은 황·납 같은 촉매독에 약하다.

문제 18

세로 400 mm, 가로 850 mm인 장방형 직관 덕트 안을 공기가 300 m³/min으로 흐르고 있다. 덕트 길이 5 m 구간에서 생기는 압력손실(mmH₂O)을 구하시오.

(단, 관마찰계수는 0.02, 공기의 밀도(비중량)는 1.2 kg/m³이다.)

정답 및 해설

$D=\dfrac{2\times 0.4\times 0.85}{0.4+0.85}=0.544\ \mathrm{m},\qquad V=\dfrac{300/60}{0.4\times 0.85}=14.71\ \mathrm{m/s}$

$\Delta P=0.02\times\dfrac{5}{0.544}\times\dfrac{1.2\times 14.71^{2}}{2\times 9.8}=$ $2.43\ \mathrm{mmH_2O}$

[해설]

장방형 덕트의 마찰 압력손실은 원형관 식의 D 자리에 상당직경을 넣어 구하고, 유속은 실제 단면적으로 구한다.

혼동 주의: 상당직경으로 원형 단면적을 만들어 유속을 구하면 답이 어긋난다.

문제 19

21-1

다음 조건의 작업장에 전체환기시설을 설치할 때 필요환기량(m³/min)을 구하시오.

• 작업장은 21 ℃·1기압이다.

• 톨루엔을 시간당 3 kg 사용한다.

• 톨루엔의 분자량은 92, 노출기준은 100 ppm이다.

• 안전계수는 6이다.

정답 및 해설

약 786.62 m³/min

[해설]

전체환기의 필요환기량은 발생 증기량을 노출기준까지 희석하는 공기량에 안전계수를 곱해 구한다.

혼동 주의: 사용량이 kg으로 주어졌으므로 비중을 쓰지 않으며, 사용량이 L로 주어질 때만 비중을 곱해 질량으로 바꾼다.

문제 20

21-1

「작업환경측정 및 정도관리 등에 관한 고시」에서 정한 가스상 물질의 시료채취방법을 4가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 직접채취방법

② 고체채취방법

③ 액체채취방법

④ 냉각응축채취방법

[해설]

작업환경측정 및 정도관리 등에 관한 고시의 용어 정의에 따르면 가스상 물질은 다음 네 방법으로 채취한다.

직접채취방법은 시료공기를 채취백이나 진공플라스크에 그대로 담아 오는 방법이다.
고체채취방법은 활성탄관·실리카겔관 같은 고체 흡착제에 흡착시키는 방법이다.
액체채취방법은 임핀저·버블러에 담긴 흡수액에 녹여 잡는 방법이다.
냉각응축채취방법은 냉각관으로 온도를 낮춰 증기를 응축시켜 받는 방법이다.

혼동 주의: 여과채취방법은 입자상 물질용이므로 가스상 물질의 채취방법에 넣지 않는다.