15년 3회차

고압가스 안전관리법에서 압축·액화 등으로 처리할 수 있는 가스의 용적이 1일 100m³ 이상인 사업소는 압력계를 2개 이상 비치하도록 규정하고 있습니다. 이는 주요 압력 측정지점마다 예비 장치를 갖춰 안전성을 확보하기 위한 기준입니다.

고압가스 충전용기는 40℃ 이하의 온도를 유지해야 한다. 이는 고압가스 충전 시 용기 내 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지하기 위한 안전 기준으로, 용기가 높은 온도에 노출되면 기체의 분자 운동이 활발해져 압력이 급증하고 용기 폭발의 위험이 커지기 때문이다.

액화가스 용기의 충전량은 $G=\dfrac{V}{C}$ 로 구한다. 여기서 $V$는 용기 내용적(L), $C$는 가스별 충전 정수(암모니아 1.86)다.

용기 1개당 충전 가능 질량은 $G=\dfrac{50}{1.86}=26.9\,\mathrm{kg}$이다.

따라서 필요한 용기 수는 $\dfrac{200}{26.9}=7.44$, 올림하여 8개다.

충전 정수는 밀도가 아니라 나누는 상수라는 점에 주의한다. $50\times 1.86=93\,\mathrm{kg}$처럼 곱하면 안전 여유 없이 과충전 값을 얻게 되어 틀린 계산이 된다.

해저에 설치하는 배관은 원칙적으로 다른 배관과 30m 이상의 수평거리를 유지해야 하므로 20m 이상이라는 설명은 틀리다. 또한 다른 배관과 원칙적으로 교차하지 않아야 한다. 두 개 이상을 동시에 설치할 때는 서로 접촉하지 않도록 조치한다. 부양하거나 이동할 우려가 있으면 이를 방지하는 조치를 한다.

「스택에서 방출된 가스가 지상에서 폭발한계에 도달하지 아니하도록 할 것」은 플레어스택의 기준으로 부적합하다. 플레어스택의 목적은 가스를 완전연소시키는 것이지, 미연소 상태로 지상에 방출하여 폭발한계 회피를 보장하는 방식이 아니기 때문이다.

플레어스택은 도시가스 제조시설에서 긴급 상황 시 과잉 가스를 안전하게 연소·처리하는 설비이며, 그 기준은 안전성과 환경성을 모두 고려해야 한다. 연소능력, 내열 재료·구조, 폭발방지 조치는 모두 플레어스택이 갖춰야 할 기본적이고 필수적인 안전 기준이다.

초저온 용기는 -50℃ 이하인 액화가스를 충전하기 위한 용기로서 용기 내의 가스온도가 상용의 온도를 초과하지 않도록 한 용기로 정의된다. 1번은 임계온도 기준이 아니라 충전 온도 기준으로 정의해야 하고, 2번은 초저온 용기의 제조 재질이 아니며, 4번은 용기 내 가스온도를 초과하도록 조치하는 것으로 초저온 용기의 목적에 반대된다.

물을 제독제로 사용할 수 있는 가스는 산화에틸렌이다. 산화에틸렌은 물과 반응하여 에틸렌글리콜로 변환되면서 독성이 제거되는 특성이 있다. 염소는 물과 반응하지만 차아염소산과 염산을 생성하므로 제독제라 보기 어렵고, 포스겐도 물과 반응하면 독성 산물을 생성하며, 황화수소는 물에 용해되어도 여전히 독성을 유지하므로 물로는 제독되지 않는다.

압력용기는 「산업안전보건법」 및 관련 기술기준에서 정하는 특정설비로, 4년마다 재검사를 받아야 한다. 다만 용기의 설계압력, 용량, 사용 물질 등에 따라 차등적으로 적용되며, 일반적인 압력용기의 기본 재검사 주기는 4년이다.

아세틸렌 제조설비의 방호벽은 충전장소와 가스충전용기 보관장소 사이, 압축기와 가스충전용기 보관장소 사이, 충전장소와 충전용주관밸브 조작밸브 사이에 설치하여야 한다. 1번의 '압축기와 충전용주관밸브 조작밸브 사이'는 방호벽 설치기준에 해당하지 않으며, 오히려 이 두 설비 간에는 충전장소가 위치하므로 별도의 방호벽이 불필요하다.

용기의 내압력 부족, 규정압력 초과, 용기 안에서 폭발성 혼합가스가 발화하는 경우는 모두 용기가 파열되는 원인이다. 반면 안전밸브의 작동은 내부 압력을 밖으로 내보내 파열을 막는 정상적인 안전장치의 기능이므로 파열 원인과 가장 거리가 멀다.

액화산소 저장탱크의 방류둑 용량은 저장능력의 60% 이상으로 설치하도록 규정되어 있다. 저장탱크 용량이 1000m³일 때, 방류둑의 최소 용량은 1000m³ × 0.6 = 600m³ 이상이어야 한다.

설비 내 압력이 상용압력(정상 작동 압력)을 초과할 때 즉시 압력을 상용압력 이하로 되돌리는 안전장치를 선별하는 문항이다. 감압밸브는 상류 압력을 일정 수준으로 지속적으로 조절하는 장치로, 이미 정상 범위 내의 압력을 관리하는 것이 목적이며 과압 상황에서 즉시 배출하는 긴급 안전장치가 아니다.

• 안전밸브: 설정 압력에 도달하면 자동으로 열려 과압을 배출한다.
• 파열판: 설정 압력을 초과하면 즉각 파열되어 압력을 방출한다.
• 바이패스밸브: 과압 시 유로를 우회시켜 압력을 제어하는 역할을 한다.

도시가스안전관리법 시행규칙에서 규정하는 지하 매설 배관의 표지판 설치 기준은 200m 간격으로 1개 이상을 설치하도록 명시하고 있다. 이는 지하에 매설된 가스배관의 위치를 지표면에서 명확히 표시하여 굴착·공사 등으로 인한 배관 손상 사고를 예방하기 위한 안전 규정이다.

반밀폐형 자연 배기식 보일러는 실내 공기를 흡입하여 자연 대류로 배기하기 때문에 불완전 연소 위험과 실내 오염 방지를 위해 반드시 전용 보일러실에만 설치하도록 규정되어 있다. 도시가스 보일러의 설치 위치 규제는 배기 방식과 급기 구조에 따라 결정된다.

• 밀폐식 보일러: 실내 공기를 사용하지 않고 외부에서 직접 급·배기하므로 거실 등 일반실에도 설치 가능하다.
• 옥외에 설치하는 가스보일러: 이미 실외이므로 전용 보일러실이 불필요하다.
• 전용급기통을 부착한 강제배기식 보일러: 실내 공기를 사용하지 않으므로 일반실 설치가 가능하다.

산소압축기는 산소와 윤활제가 접촉할 때 화학반응이나 자연발화의 위험이 있으므로, 내부 윤활제로는 불연성이고 산소와 반응하지 않는 물질을 사용해야 한다. 광유(1번)와 유지류(2번)는 유기물로서 산소 존재 하에서 산화·자연발화 위험이 높고, 황산(4번)은 부식성이 강해 부적합하다. 물은 불연성이고 산소와 화학반응하지 않으며, 산소압축기의 냉각과 윤활을 동시에 수행할 수 있어 적합하다.

용접용기에 부속품 보호를 위해 프로텍터 또는 캡을 고정식 또는 체인식으로 부착하도록 규정된 내용이 정확하다.

• 용접용기 동판의 두께 편차: 기준이 평균 두께의 5% 이하가 아니라 10% 이하로 규정되어 있어 오류이다.
• 초저온 용기 재질: 고압배관용 탄소강관으로만 제조되는 것이 아니라 스테인리스강 등 적절한 재질로 제조되므로 오류이다.
• 아세틸렌용기 다공질물: 다공도 기준이 72% 이상 95% 미만이 아니라 75% 이상 92% 미만으로 규정되어 있어 오류이다.

도시가스 배관의 이음부와 전기점멸기, 전기접속기 사이에는 15㎝ 이상의 거리를 유지해야 한다. 이는 가스 누출 시 전기 스파크에 의한 화재·폭발을 방지하기 위한 안전 기준으로, 도시가스사업법 시행규칙의 가스배관 설치 기준에서 규정하고 있다.

LG는 액화석유가스 외의 액화가스를 충전하는 용기의 부속품 기호다. 액화석유가스 용기의 부속품 기호는 LPG이다. AG는 아세틸렌, PG는 압축가스, LT는 초저온·저온 용기의 부속품을 뜻한다.

「긴급 시 독성가스에 접하고 반출할 수 있는 장소에 보관한다」의 '독성가스에 접하고'라는 표현은 보호구를 가스 자체에 노출시켜 보관한다는 의미로, 보호구 기능을 손상시키고 긴급 사용 시 효과를 잃게 하므로 절대 금지되는 사항이다.

독성가스 제독작업 보호구의 보관 원칙은 긴급 시 신속하게 착용·반출할 수 있도록 접근성 높은 장소에 비치하되, 실제 가스 누출 위험에 직접 노출되지 않도록 관리해야 한다.

• 누출 우려 장소 근처면서 관리하기 쉬운 곳: 올바른 보관 원칙이다.
• 정화통 교환·보충: 정기 점검 원칙으로 적절하다.
• 청결하고 기능이 양호한 장소: 보호구 기능 유지를 위한 필수 조건이다.

공업용 수소 용기는 주황색으로 도색한다. 회색은 별도 색상이 정해지지 않은 그 밖의 가스에 쓴다. 액화염소는 갈색, 액화암모니아는 백색, 아세틸렌은 황색이다.

액화석유가스법상 가스설비는 저장설비 외의 설비로서 액화석유가스가 통하는 설비(배관은 제외한다)와 그 부속설비를 말한다. 따라서 '배관을 포함한다'는 설명은 틀리다. 저장설비는 저장탱크·마운드형 저장탱크·소형저장탱크·용기를 말한다. 소형저장탱크는 저장능력 3톤 미만인 탱크다.

ppm(parts per million)은 100만 분의 1을 의미하므로, 1%를 ppm으로 환산하려면 백분율을 ppm으로 변환하는 관계식을 적용한다.
1% = 1/100 = 10,000/1,000,000 = 10,000 ppm = 10⁴ppm이다.

다르게 표현하면 1% = 1/100이고, ppm = 1/1,000,000이므로
1% ÷ ppm = (1/100) ÷ (1/1,000,000) = 10,000
이 되어 1% = 10⁴ppm임을 확인할 수 있다.

가스배관의 내부선원법, 이중벽 이중상법 등은 모두 방사선투과시험(라디오그래피)에서 사용되는 기법이다.

내부선원법은 배관 내부에 선원을 삽입하여 투과사진을 얻는 방식이고, 이중벽 이중상법은 배관의 이중벽 구조에서 결함을 검출하기 위해 두 겹의 상(image)을 동시에 기록하는 방식으로, 모두 방사선의 투과 특성을 이용한다.

• 초음파탐상시험: 음파의 반사를 이용한다.
• 자분탐상시험: 자기장을 이용한다.
• 침투탐상방법: 침투액의 모세관 작용을 이용하므로 원리가 다르다.

차량에 고정된 저장탱크로 염소를 운반할 때는 위험물 운반 기준에 따라 용기 용량 제한이 적용된다. 염소(Cl₂)는 독성 가스로 분류되며, 도로 운반 시 차량 적재 탱크의 용량은 12,000L 이하로 제한된다. 이는 사고 시 피해 범위를 최소화하고 운전자와 주변 주민의 안전을 보호하기 위한 규제이다.

일산화탄소(CO)의 폭발범위는 공기 중에서 약 12~75%(부피)로 상당히 넓은데, 압력이 증가하면 폭발범위의 상한과 하한이 모두 중앙값으로 수렴하면서 범위 자체가 좁아지는 특성을 보인다. 이는 높은 압력이 폭발 반응의 활성화 에너지 요구도를 상대적으로 높이고, 분자의 충돌 빈도 증가로 인한 완전연소 경향이 강해져 극단적인 농도에서의 폭발 가능성을 감소시키기 때문이다. 따라서 CO와 공기 혼합가스는 압력 상승에 따라 폭발범위가 좁아진다.

도시가스 배관의 지하 매설깊이는 도로의 폭과 도로의 용도에 따라 차등 적용된다. 폭 8m 이상의 도로에 매설하는 경우, 지표면으로부터 배관의 외면까지의 깊이는 1.2m 이상으로 규정되어 있다. 이는 도로 폭이 넓을수록 차량의 통행이 많고 지반 침하 위험이 크므로 더 깊게 매설하여 안전성을 확보하기 위한 기준이다.

주요공정 시공감리 대상은 일반도시가스사업자와 도시가스사업자 외의 가스공급시설설치자가 하는 배관 설치공사이다. 가스도매사업자의 가스공급시설, 일반도시가스사업자의 정압기·제조소처럼 배관이 아닌 공급시설은 전공정 시공감리 대상이다.

고압가스 안전점검은 충전용기 자체 및 그 주변 환경·안전설비에 대한 점검을 주 대상으로 한다. 충전용기의 운반방법 및 상태는 충전 후 운반 단계에서의 관리 사항으로, 공급자의 시설 내 안전점검 항목이 아니라 운송 단계의 관리 대상이다. 반면 1번 설치위치, 3번 화기와의 거리는 저장·충전 환경에 대한 점검이고, 4번 독성가스의 합수·제해장치는 충전용기 및 시설의 안전설비에 대한 점검으로서 공급자의 안전점검 항목에 해당한다.

액화석유가스 판매업소의 우전용기(소형 용기) 보관실에 설치하는 강제통풍장치의 통풍능력 기준은 바닥면적 1m²당 0.5m³/분 이상이다. 이는 액화석유가스의 누출 시 가스 농도 상승을 방지하고 안전성을 확보하기 위해 정해진 최소 통풍 기준으로, 산업안전보건기준에 따라 규정되어 있다.

염소는 아세틸렌·암모니아·수소와 동일차량에 적재해 운반할 수 없다. 서로 반응하면 폭발하거나 유해물질이 생길 수 있기 때문이다. 산소·질소·탄산가스 같은 조합은 함께 적재할 수 있다.

캐비테이션은 펌프 흡입부에서 압력이 액체의 증기압 이하로 떨어질 때 발생하며, 방지하려면 흡입부의 압력을 높이거나 증기압을 낮춰야 한다. 펌프의 회전수를 크게 하면 흡입부의 압력강하가 증가하여 캐비테이션이 더 심해지므로 잘못된 대책이다. 흡입 배관을 크게 하면 유속을 낮춰 압력강하를 줄이고, 펌프 설치위치를 낮게 하면 흡입헤드를 높여 흡입압을 증가시키며, 흡입구 부근을 냉각하면 액체의 증기압을 낮춰 모두 캐비테이션 방지에 유효하다.

차압식 유량계는 유체가 흐르면서 발생하는 압력차를 이용하여 유량을 측정하는 방식이다. 오리피스 미터는 관 내부에 오리피스판을 설치하여 유체가 통과할 때 압력강하를 일으키고, 이 압력차로부터 유량을 계산하는 대표적인 차압식 유량계다. 로터 미터는 부자식 유량계로 부자의 높이로 유량을 측정하고, 마노 미터는 압력 측정기이며, 습식 가스미터는 용적식 유량계에 해당하므로 차압식이 아니다.

CO₂와 NaOH의 반응식은 CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O이며, 몰비가 CO₂ : NaOH = 1 : 2이다.

CO₂의 분자량은 44 g/mol이므로 1.0 kg = 1000 g일 때 몰수는
$\frac{1000}{44} = 22.73 \text{ mol}$
필요한 NaOH의 몰수는
$22.73 \times 2 = 45.45 \text{ mol}$
NaOH의 분자량은 40 g/mol이므로 필요한 NaOH의 질량은
$45.45 \times 40 = 1818 \text{ g} \approx 1.8 \text{ kg}$
이다.

클리어런스 밸브(언로드 밸브)에 의한 방법은 압축실의 클리어런스(유격)를 인위적으로 증가시켜 흡입 행정에서 팽창된 기체가 실린더로 들어오지 않도록 차단함으로써 용적 효율을 단계적으로 낮추는 대표적인 단계적 조절 방식이다. 클리어런스 밸브는 0%, 50%, 100% 등 단계적 용량 조절을 구현하는 표준적 방식이다.

왕복동 압축기의 용량 조정 방법은 연속적 조절과 단계적 조절로 구분되며, 단계적 조절은 압축기의 용적 효율을 변화시켜 단계별로 용량을 조절하는 방식이다.

• 회전수 변경: 연속적 조절이다.
• 흡입 주밸브 폐쇄, 타임드 밸브 제어: 더 세부적인 조정 수단이다.

LP가스에 공기를 희석하는 목적은 재액화 방지, 발열량 조절, 연소효율 증대, 누설 시 손실 감소다. 공기로 희석하면 LP가스의 분압이 낮아져 저온에서도 재액화가 잘 일어나지 않는다. 따라서 '재액화 촉진'은 목적이 아니다.

정압기의 부속설비에는 정압기 본체 외에 불순물 제거장치(필터), 이상압력상승 방지장치, 압력기록장치, 긴급차단장치 등이 있다. 이들은 모두 가스의 압력 조정과 안전 기능을 보조한다. 검사용 맨홀은 정압기의 부속설비가 아니다.

탄소강은 저온 환경에서 충격인성이 급격히 저하되어 연성-취성 전이(brittle transition)를 일으키므로 저온 재료로 적당하지 않다. 반면 2번 황동(Cu-Zn 합금)은 저온에서도 연성을 유지하고, 3번 9% 니켈강은 저온 강도와 인성을 동시에 확보한 저온용 합금강이며, 4번 18-8 스테인리스강(오스테나이트계)은 저온에서 오히려 강도가 증가하면서 연성을 잃지 않아 극저온 재료로 널리 사용된다.

터보압축기에서 서징(surging)은 압축기의 입구 유량이 감소할 때 압축기 내부의 역류로 인해 유량과 압력이 맥동하는 대표적인 불안정 현상이다. 따라서 터보압축기의 고유한 운전 불안정 현상은 서징이다.

• 수격작용: 유동 방향 급변으로 인한 충격파 현상으로 펌프에서 주로 발생한다.
• 베이퍼 록: 휘발유 공급 라인의 기화 현상으로 자동차 연료 시스템에서 발생한다.
• 캐비테이션: 액체 펌프의 저압 영역에서 발생하는 기포 현상으로 터보압축기(기체 압축)와는 무관하다.

강관 절단 후 생기는 거스러미(burr)는 절단면의 날카로운 돌출 부분으로, 이를 제거하는 공구는 파이프리이머(pipe reamer)다. 파이프리이머는 절단된 파이프의 내·외부 모서리를 정리하고 거스러미를 제거하는 전용 공구이며, 절단면을 매끄럽게 마무리해 연결부 손상을 방지한다. 파이프 벤더는 굽힘, 파이프 렌치는 회전 조임, 파이프바이스는 고정 역할을 하므로 거스러미 제거와는 무관하다.

고속회전하는 임펠러의 원심력을 이용하여 속도에너지를 압력에너지로 변환하는 방식은 터보식(터보형) 압축기의 작동 원리다.

터보식은 임펠러가 고속으로 회전하면서 유체에 속도를 부여하고, 디퓨저에서 이 속도를 감소시켜 압력으로 변환한다. 이러한 구조로 인해 유량이 크고 설치면적이 작으며 연속운전이 가능한 장점이 있다.

• 왕복식: 피스톤 왕복으로 압축한다.
• 회전식: 로터나 베인의 회전으로 압축한다.
• 흡수식: 액체 흡수제를 사용하는 방식으로, 임펠러 원심력을 기본 원리로 하지 않는다.

가스홀더의 압력을 직접 이용하여 공급하는 방식은 저압공급방식이다. 저압공급방식은 가스제조공장 또는 가스홀더에서 감압 없이 저압(약 100~300 mmAq)으로 직접 공급하는 방식으로, 공급지역이 가깝고 공급면적이 좁을 때 적합하다. 고압공급방식은 고압 배관을 통해 먼 거리를 공급한 후 각 지역에서 감압기로 감압하는 방식이며, 중앙공급·초고압공급은 대규모 광역 공급에 사용되므로 문제의 조건과 맞지 않는다.

암모니아는 동과 반응하여 부식을 일으키므로 동 용기를 사용할 수 없다. LPG는 탄소강 용기에 적합하고, 수소는 크롬강(스테인리스강)이 수소 취성을 방지하므로 적합하며, 염소는 탄소강이 내식성을 가지므로 적합하다. 따라서 암모니아 용기에 동을 사용하는 것이 부적합하다.

오르자트법(Orsat apparatus)은 연소가스 분석기로, 시료가스를 순차적으로 흡수액에 접촉시켜 각 성분을 정량하는 방법이며, 정확한 분석을 위해 CO₂ → O₂ → CO 순서가 표준 절차이다.

CO₂를 먼저 분석하는 이유는 수산화나트륨(NaOH)에 가장 잘 흡수되고, O₂는 피로갈롤(pyrogallol) 또는 알칼리 용액에서 두 번째로 측정하며, CO는 염화제1구리(CuCl) 암모니아 용액에서 마지막에 흡수되기 때문이다.

이 순서를 지키지 않으면 이전 단계에서 완전히 흡수되지 않은 성분이 다음 측정을 방해하게 된다.

FID는 유기화합물에만 반응하고 무기화합물에는 반응하지 않으므로 무기화합물 검지에는 적합하지 않다는 점에서 「무기화합물의 가스검지에 적합하다」는 틀린 설명이다.

FID(수소염 이온화식) 검출기는 유기화합물을 선택적으로 검출하는 장치로, 시료를 수소-공기 화염에서 연소시켜 생성된 이온을 측정한다.

• 감도: FID의 가장 큰 장점인 높은 감도가 맞다.
• CO₂와 NO₂: 무기화합물은 검출되지 않는다는 것이 정확하다.
• 시료 파괴: 연소 과정에서 유기화합물이 파괴되는 것이 맞다.

표에 제시된 쌍극자모멘트의 알짜변화, 진동·짝지음, Nernst 백열등, Fourier 변환분광법은 모두 적외선(IR) 분광분석법의 핵심 개념이다. 분자가 진동할 때 쌍극자모멘트의 알짜변화가 있어야 적외선을 흡수하며, Nernst 백열등은 적외선 광원으로, Fourier 변환분광법은 적외선 스펙트럼을 얻는 대표적 기법으로 사용된다.

표준상태에서 기체의 몰부피는 22.4 L/mol이다. 부탄(C₄H₁₀)의 분자량은 $4 \times 12 + 10 \times 1 = 58 \text{ g/mol}$이다. 1000 L의 부탄이 포함하는 몰수는 $\frac{1000}{22.4} = 44.64 \text{ mol}$이고, 질량은 $44.64 \times 58 = 2589 \text{ g} \approx 2.6 \text{ kg}$이다.

일반 기체상수는 $PV = nRT$에서 $R = \frac{PV}{nT}$이므로 단위는 일/(몰·온도), 즉 kg·m/kmol·K이다. 공학단위로는 $R = 848\ \text{kg·m/kmol·K}$이다. 이는 8.314 kJ/kmol·K와 같다.

열역학 제1법칙은 에너지 보존의 법칙으로, 계에 가해진 열에너지는 내부에너지 변화와 계가 하는 일로 분배된다는 원리이다. 보기 1, 3, 4는 모두 제1법칙의 핵심 내용이다. 반면 보기 2의 "열은 항상 고온에서 저온으로 흐른다"는 열역학 제2법칙(엔트로피 법칙)의 내용으로, 제1법칙과는 무관하다. 제1법칙은 에너지의 '보존'만을 다루며 열 흐름의 방향성을 규정하지 않는다.

이론공기량은 완전연소에 필요한 산소량을 공기의 산소 함유율(21%)로 나눈 값이며, 메탄의 9.5배가 정확한 계산값이다.

메탄(CH₄) 1m³ 완전연소: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O에서 산소 필요량은 2m³
이론공기량 = 2 ÷ 0.21 ≈ 9.5배

프로판(C₃H₈) 1m³ 완전연소: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O에서 산소 필요량은 5m³
이론공기량 = 5 ÷ 0.21 ≈ 23.8배(약 24배)
이므로 「프로판 : 30배」도 실제값과 맞지 않는다.

액화의 난이도는 임계온도와 임계압력에 따라 결정되는데, 임계온도가 낮을수록 액화가 어렵다. 각 기체의 임계온도는 H₂ 약 33K, He 약 5.2K, N₂ 약 126K, CH₄ 약 190K이다. He의 임계온도(5.2K)가 가장 낮아서 상온에서 매우 높은 압력을 가해도 액화되지 않으며, 실제로 He은 절대영도 근처에서도 고체 상태로 만들기 어려운 가장 액화하기 어려운 기체다.

아세틸렌은 칼슘카바이드(CaC₂)와 물의 반응으로 발생하는데, 이 반응의 특성상 물과의 접촉이 필수 조건이다. 1, 2, 3번은 모두 물을 이용한 발생 방식들로, 주수식(물을 천천히 떨어뜨림), 투입식(카바이드를 물에 넣음), 접촉식(소량씩 반응)은 반응 속도와 안전성 제어 방법만 다를 뿐 모두 물과의 화학반응을 기반으로 한다. 반면 4번 가열식은 카바이드만 가열하는 것으로 물이 관여하지 않아 아세틸렌 발생의 원리와 맞지 않으며, 따라서 실제 아세틸렌 발생 방식이 아니다.

이상기체의 등온과정(T=상수)에서 엔탈피는 온도에만 의존한다. 이상기체의 엔탈피는 $H = nC_p T$로 나타나며, 온도가 일정하면 $dH = nC_p dT = 0$이다. 압력 변화는 이상기체 상태방정식 $PV = nRT$에서 온도 일정 시 $V \propto 1/P$로만 작용하여 부피만 변하고 엔탈피에는 영향을 주지 않는다. 따라서 등온과정에서 압력이 증가하더라도 엔탈피는 일정하다.

1kW를 kcal/h로 환산하려면 에너지 단위 변환을 이용한다. 1kcal = 4.184kJ이고, 1kW = 1kJ/s = 3,600kJ/h이므로, $1\text{kW} = \frac{3,600\text{kJ/h}}{4.184\text{kJ/kcal}} = 860.1\text{kcal/h}$이다. 따라서 1kW는 약 860kcal/h에 해당한다.

섭씨온도(C)와 화씨온도(F)의 변환 공식은 $F = \frac{9}{5}C + 32$이고, 두 값이 같을 때를 구하면 $C = F$를 대입하여 $C = \frac{9}{5}C + 32$에서 $C - \frac{9}{5}C = 32$, $-\frac{4}{5}C = 32$, $C = -40$이다. 따라서 -40℃일 때 화씨온도도 -40℉으로 같으며, 이는 두 온도 척도가 만나는 유일한 지점이다.

1기압의 정의와 환산값을 확인하면, 1atm = 760mmHg = 101.325kPa ≈ 10.332mH₂O이다. 보기 1번은 정확히 1atm의 정의값이고, 3번과 4번도 표준 환산값이다. 2번의 0.9807bar는 1atm ≈ 1.01325bar이므로 약 96.7kPa에 해당하며, 1기압보다 작은 값이다.

이상기체 법칙 $PV = nRT$에서 기체의 양(n)이 일정하므로 $\frac{P_1V_1}{T_1} = \frac{P_2V_2}{T_2}$를 적용한다. 초기 상태: $P_1 = 1\text{ atm}, V_1 = 10000\text{ L}, T_1 = 30 + 273 = 303\text{ K}$ / 최종 상태: $P_2 = 0.6\text{ atm}, V_2 = ?, T_2 = -20 + 273 = 253\text{ K}$
$V_2 = V_1 \times \frac{P_1}{P_2} \times \frac{T_2}{T_1} = 10000 \times \frac{1}{0.6} \times \frac{253}{303}$
$= 10000 \times 1.667 \times 0.835 = 10000 \times 1.392 \approx 13920\text{ L}$
따라서 부피는 약 14000 L에 가깝다.

절대온도는 열역학적 영점(분자의 운동이 완전히 멈추는 상태)을 기준점 0으로 하는 온도 척도이다. 켈빈(K)은 국제단위계(SI)의 공식 절대온도 단위이며, 랭킨(°R)도 절대온도 단위이나 주로 영미권에서만 사용된다. 화씨(℉)와 섭씨(℃)는 상대온도로, 물의 어는점과 끓는점 같은 임의의 참조점을 기준으로 하므로 절대온도 단위가 아니다.

정적(定積) 조건에서는 부피가 고정되어 있으므로, 이상기체의 상태방정식 $PV=nRT$에서 V가 상수입니다. 따라서 가열에 의해 T가 증가하면 P도 T에 비례하여 증가하게 됩니다($P \propto T$ at constant V). 결론적으로 가열 시 압력과 온도 모두 증가하므로 정답은 3번입니다.

산소는 조연성 물질(다른 물질의 연소를 돕는 성질)이지만, 자신이 연소하지는 않는다. 산소는 연소를 촉진하는 조연제 역할을 할 뿐 자체적으로 연소 반응을 일으키지 않으므로 「강력한 조연성 가스이므로 자신이 연소한다」가 틀린 설명이다.

• 액화점: 산소의 액화점은 약 -183℃(더 정확히는 -182.95℃)로 맞다.
• 액체산소: 연한 청색을 띠며 비중 약 1.13으로 정확하다.
• 기체 성질: 산소는 무색·무취의 기체이며 물에 약간 녹는 것이 맞다.

메탄의 비점은 -161.5℃ (약 -162℃)이다. 비점은 액체가 기체로 변할 때의 온도로, 메탄은 매우 낮은 비점을 가지고 있어 상온에서 기체 상태로 존재한다. 도시가스의 주원료인 메탄을 액화천연가스(LNG)로 저장·운송하려면 -162℃ 이하의 극저온으로 냉각해야 한다.