14년 3회차

건축물 내부에 매설하는 배관은 부식에 취약한 강관을 쓰지 않는다.

매설 후에는 점검·교체가 어려워 부식이 진행되면 곧바로 누출로 이어지므로, 동관·스테인리스강관·가스용 금속플렉시블호스처럼 내식성이 확보된 재료만 매설용으로 인정한다.

시안화수소를 충전한 용기는 충전 후 24시간 정치한 뒤 가스 누출검사를 하도록 되어 있다.

시안화수소는 중합폭발 위험이 있는 불안정한 가스라, 충전 직후 바로 검사하지 않고 일정 시간 안정화를 거치게 한다.

도시가스사업법 시행규칙 제11조에 따라 공사계획의 승인대상은 별표 2에서, 신고대상은 별표 3에서 정한다. 별표 2 제3호다목에 따라 밸브기지의 설치공사와 위치변경공사는 공사계획 승인대상이므로, 밸브기지의 위치변경 공사를 신고대상이라고 한 설명이 틀린 것이다.

• 제조소 안에서 저장탱크의 위치를 변경하는 공사는 별표 3 제1호가목에 따른 공사계획 신고대상이 맞다.
• 호칭지름이 50㎜ 이하인 저압의 공급관을 설치하거나 변경하는 공사는 별표 3 제3호가목 단서에 따라 신고대상에서 제외되므로 ‘신고대상에서 제외한다’는 설명도 옳다.
• 저압인 사용자공급관의 50m 기준은 같은 규칙 제12조제5항제1호(최고사용압력이 저압인 사용자공급관을 50미터 이상 설치하거나 변경하는 공사)에 규정되어 있어 옳은 설명으로 본다.

고압차단장치는 원칙적으로 수동복귀방식으로 해야 하며, 자동으로 복귀되게 하면 위험 상태가 해소되지 않은 채 재가동될 수 있다.

따라서 자동복귀방식으로 한다는 설명은 안전장치 구조 기준과 맞지 않는다.

염소가스의 재해방지용 흡수제·제독제로는 가성소다 수용액, 탄산소다 수용액, 소석회가 쓰인다.

물만으로는 염소를 충분히 흡수·중화하지 못해 단독 제독제로 인정되지 않는다.

일반도시가스사업 공급시설의 입상관 밸브는 분리·조작이 쉽도록 바닥에서 1.6m 이상 2.0m 이내 범위에 설치한다.

착화점은 인화점보다 항상 높다. 따라서 ‘인화점보다 착화점의 온도가 낮다’는 이 사실과 반대이므로 거짓이다.

인화점과 착화점의 정의를 정확히 구분해야 한다. 인화점은 액체 표면에서 발생한 증기가 점화원에 의해 순간적으로 불이 붙는 최저 온도이고, 착화점(자연발화점)은 점화원 없이 물질 자체가 스스로 연소를 시작하는 온도이다.

• ‘인화점이 낮을수록 위험성이 크다’: 인화점이 낮을수록 쉽게 불이 붙어 위험성이 크므로 참이다.
• ‘발열량이 높을수록 착화온도는 낮아진다’: 발열량이 높을수록 더 낮은 온도에서 착화 가능하므로 참이다.
• ‘가스의 온도가 높아지면 연소범위는 넓어진다’: 온도 상승으로 분자 운동이 활발해져 연소범위가 넓어지므로 참이다.

독성가스 저장시설의 제독 조치는 흡수·중화, 흡착 제거, 연소 등으로 가스를 무해화하는 것이 원칙이다.

이송설비를 이용해 처리 없이 대기 중으로 그대로 배출하는 것은 가스를 무해화하지 않은 채 확산시키는 셈이라 제독 조치로 인정되지 않는다.

굴착공사 예정지역에 묻혀 있는 도시가스배관의 길이가 100m 이상이면 굴착 전에 도시가스사업자와 협의해야 한다. 굴착으로 배관이 노출되는 경우에는 중압 이상 배관이 100m 이상 노출될 때만 협의 대상이다. 따라서 3.2kPa 저압 배관이 30m 노출되거나 0.8MPa 배관이 8m 노출되는 공사는 협의 대상이 아니다. 송유관은 도시가스배관이 아니므로 해당하지 않는다.

격막 갈바니 전지방식은 산소를 검지하는 데 쓰이는 방식이라, 가연성가스 제조설비의 누출검지용으로는 설치하지 않는다.

가연성가스 검지에는 접촉연소방식이나 반도체방식을 사용하므로, 가연성가스 제조설비에 격막 갈바니 전지방식을 설치한다는 설명은 검지방식과 대상가스가 맞지 않는 틀린 내용이다.

제시된 설명은 인터록(interlock) 기구에 대한 것이다.

인터록은 설비가 잘못 조작되거나 정상적인 제조가 불가능한 상태가 되면 자동으로 원재료의 공급을 차단해 고압가스 제조설비 안의 제조 자체를 정지·제어하는 장치다. 위험한 조건에서는 운전이 성립하지 않도록 계통을 묶어 두는 것이 핵심이다.

나머지 설비는 역할이 다르다.

• 긴급이송설비: 이상사태 때 설비 안의 가스를 플레어스택·벤트스택으로 빼내는 배관·밸브 계통
• 안전밸브: 압력이 규정치를 넘으면 가스를 방출해 압력을 내리는 기계식 장치
• 벤트스택: 이송된 가스를 연소시키지 않고 대기로 확산·방출시키는 탑

일반도시가스사업자의 정압기는 2년에 1회 이상 분해점검을 하도록 되어 있다.

가스의 위험도는 $H=\dfrac{U-L}{L}$(U: 폭발상한, L: 폭발하한)로 구하며, 이 값이 클수록 위험하다.

이황화탄소는 폭발범위가 약 1.2~44%로 하한이 매우 낮고 범위가 넓어 위험도가 30을 넘고, 암모니아(약 15~28%)·황화수소·석탄가스보다 값이 훨씬 크다.

공기 중 폭발하한치는 부탄이 약 1.8%로 가장 낮다.

시안화수소(약 5.6%)·암모니아(약 15%)·에틸렌(약 2.7%)은 모두 부탄보다 폭발하한이 높다.

폭발등급은 안전간격이 넓을수록 낮은 등급으로 분류하며, 수소는 안전간격이 매우 좁아 폭발등급 Ⅲ급에 속한다.

일산화탄소·메탄·암모니아는 안전간격이 넓어 폭발등급 Ⅰ급으로 분류된다.

아세틸렌의 폭발은 분해폭발, 산화폭발, 화합폭발 3가지로 분류된다. 분해폭발은 아세틸렌 자체가 분해되면서 발생하고, 산화폭발은 산소와 반응하여 발생하며, 화합폭발은 다른 물질과 화합하면서 발생한다. 중합폭발은 아세틸렌의 폭발 분류에 포함되지 않으므로 정답이다.

용접용 아세틸렌가스는 고압가스안전관리법의 적용을 받는 대표적인 가연성 고압가스다.

• 철도차량 냉방장치 안의 고압가스는 적용 제외 대상이다.
• 냉동능력 3톤 미만의 냉동설비 안 고압가스는 적용 제외 대상이다.
• 액화브롬화메탄 제조설비 밖에 있는 액화브롬화메탄은 적용 제외 대상이다.

일반도시가스사업자는 연소기 교체 등 안전조치가 끝났는지를 도시가스 공급 이전에 확인해야 한다.

공급한 이후에 확인한다는 설명은 순서가 뒤바뀐 것으로, 안전조치 없이 먼저 가스를 공급하는 셈이 되어 절차상 옳지 않다.

고압가스설비에 장치하는 압력계의 눈금은 상용압력의 1.5배 이상 2배 이하 범위로 한다.

LP가스 충전설비의 작동 상황은 1일 1회 이상 점검하도록 되어 있다.

충전설비는 펌프·압축기·로딩암 등 가동부가 많아 이상을 조기에 발견해야 하므로, 액화석유가스 안전관리 기준에서 점검 주기를 하루 한 번 이상으로 정해 두고 있다.

암모니아(NH₃)는 폭발범위가 약 15~28%인 가연성가스이면서 동시에 허용농도가 낮은 독성가스다.

수소·메탄은 가연성이지만 독성이 없고, 질소는 가연성도 독성도 아닌 불활성가스다.

시안화수소는 피부에 접촉해도 흡수되어 중독을 일으킬 수 있는 맹독성 가스로, 피부에 묻으면 아무 이상이 없다는 설명은 사실과 다르다.

인화점이 낮고 오래되면 중합에 의해 자체적으로 폭발할 수 있다는 점은 시안화수소의 실제 위험 특성이다.

도시가스 배관을 지하에 매설할 때 침상재료(Bedding)는 배관 하단에서 배관 상단 30㎝까지 포설한다.

이동식 압축도시가스 자동차충전시설의 기준은 호스 길이가 5m 이하로 제한된다. 1번은 호스 길이가 6m으로 기준 초과하여 부적합하다. 2번 가스배관구 보호 구조물(높이 40㎝, 두께 13㎝ 이상)은 적합하며, 3번 이동충전차량과 충전설비 사이 거리 8m 이상 및 방호벽 설치도 기준을 만족한다. 4번 수동 긴급차단장치의 설치 위치(근처 및 6m 이상 떨어진 곳)와 가시성도 적합하다.

고정식 압축도시가스자동차 충전시설의 경계책은 방호벽 설치, 밀폐형 구조물 내 설치, 액확산방지시설 내 설치의 경우에 한해 설치를 생략할 수 있다.

긴급차단장치를 설치했다는 사실만으로는 경계책 설치 의무가 면제되지 않으므로, 해당 설명은 기준과 맞지 않는다.

다공물질을 채운 아세틸렌 용기에 침윤시키는 용제는 아세톤과 디메틸포름아미드(DMF)이다.

아세틸렌은 압축하면 자기분해 폭발을 일으키므로 그대로 충전할 수 없다. 그래서 규조토·목탄·석면 등 다공물질을 다공도 75% 이상 92% 미만으로 고루 채운 뒤, 용제에 아세틸렌을 녹여 안정한 상태로 충전한다.

이때 쓰는 용제가 아세톤과 디메틸포름아미드이며, 디메틸포름아미드는 좁은 장소나 저온에서 용해도가 커 유리하다. 물이나 알코올은 아세틸렌을 충분히 녹이지 못해 침윤제로 쓰지 않는다.

고압가스 용기의 파열은 주로 내압 이상 상승, 재질 불량에 따른 인장강도 저하, 용기의 균열처럼 용기 자체의 강도·압력 문제에서 비롯된다.

압축산소 용기를 눕혀서 운반하는 것은 밸브 손상 등 다른 사고로 이어질 수는 있어도, 그 자체가 용기 파열의 직접 원인으로 보기는 어렵다.

자연배기식 반밀폐식 보일러의 배기톱 옥상돌출부는 지붕면으로부터 수직거리로 90㎝ 이상 되도록 한다.

왕복동식 압축기의 처리능력은 $Q=0.785\,D^2LN\times60$(D, L: m 단위, N: rpm)으로 구한다.

$D=0.1\,\mathrm{m},\ L=0.2\,\mathrm{m},\ N=100\,\mathrm{rpm}$을 대입하면
$Q=0.785\times0.1^2\times0.2\times100\times60=9.42\,\mathrm{m^3/h}$

따라서 처리능력은 약 9.42 m³/h이다.

이상위험도 분석(FMECA)은 설비의 고장형태와 그 영향을 정리하고, 고장형태별 위험도(치명도) 순위를 매겨 우선순위를 정하는 안전성평가기법이다.

예비위험분석(PHA)은 초기 개략 위험요인 파악, 위험과 운전분석(HAZOP)은 공정 이탈 원인·결과 분석, 결함수분석(FTA)은 사고 원인을 논리적으로 추적하는 기법으로 각각 목적이 다르다.

플런저펌프는 피스톤(플런저)의 왕복운동으로 액체를 이송하는 왕복식 펌프다.

기어펌프·베인펌프는 회전식(로터리) 펌프, 터빈펌프는 원심(터보)식 펌프로 왕복식과는 작동 원리가 다르다.

자연기화 방식은 용기 표면에서 자연스럽게 열을 흡수해 기화시키는 방식으로, 기화능력이 작아 대량 소비처에는 적합하지 않다.

대량 소비 시에는 자연기화만으로 공급량을 맞추기 어려워 강제기화 방식을 쓰며, 자연기화는 가스 조성·발열량 변화가 크고 설비 면적도 커지는 단점이 있다.

LPG를 탱크로리에서 저장탱크로 이송하는 도중에는 과충전, 화재 발생, 가스 누출 같은 위험 징후가 나타나면 즉시 작업을 중단해야 한다.

다른 충전기에서 자동차에 가스를 충전하는 것은 이송작업의 안전과 직접 관계된 상황이 아니므로 작업 중단 사유에 해당하지 않는다.

저온액화가스 탱크의 열침입은 배관을 통한 열전도, 단열재 공간에 남은 가스분자의 열전도, 외면의 열복사처럼 모두 외부에서 내부로 열이 들어오는 경로다.

탱크 내부는 저온의 액화가스이므로 내면으로부터의 열전도라는 표현 자체가 열이 들어오는 경로로 성립하지 않는다.

내압이 0.4~0.5MPa 이상으로 비교적 높고 비점이 낮은 액체를 다룰 때는 시일 면에 걸리는 압력 부담을 줄이기 위해 밸런스 시일(balanced seal) 형식을 사용한다.

압력이 낮은 경우에는 구조가 단순한 언밸런스 시일을 쓰지만, 저비점·고압 조건에서는 밸런스 시일이 누설과 마찰열 발생을 억제하는 데 유리하다.

각 단의 압축비가 동일($a=2$)한 4단 압축기이므로, 1단 흡입 절대압력과 3단 토출 절대압력 사이에는 $a^3$의 관계가 성립한다.

$P_{3,disch,abs}=2+0.1=2.1\,\mathrm{MPa}$
$P_{1,suct,abs}=\dfrac{2.1}{2^3}=\dfrac{2.1}{8}=0.2625\,\mathrm{MPa}$

이를 게이지압으로 바꾸면 $0.2625-0.1\approx0.16\,\mathrm{MPa\cdot g}$로, 1단 흡입압력은 약 0.16MPa·g이다.

제시된 특징은 레이놀드(Reynolds) 정압기의 것이다.

레이놀드식은 정압기 중 유일한 언로딩(unloading)형으로, 본체가 복좌밸브이고 상부에 다이어프램을 갖는다. 이 구조 덕분에 정특성(2차압을 일정하게 유지하는 성능)은 아주 좋지만 안정성이 떨어지고, 다른 형식보다 부피가 커서 설치 공간을 많이 차지한다.

비교되는 피셔식은 로딩(loading)형이어서 크기가 작고 안정성이 좋으며, 엑셀-플로우식은 변형 로딩형으로 정특성·동특성·유량 특성이 모두 양호하고 크기가 가장 작다. 즉 'unloading형이면서 크기가 크다'는 서술이 레이놀드식을 특정하는 결정적 단서다.

대형 저장탱크 안에서 가는 스테인리스관을 상하로 움직여 가스와 액체의 경계면을 찾아내는 방식은 슬립튜브식 액면계다.

관을 서서히 내리다가 액면에 닿는 순간 관 끝에서 분출되는 상태가 액체에서 가스로 바뀌는 것을 감지해 액면 위치를 읽어낸다.

사용온도 350℃ 이하, 압력 10MPa 이상의 고압배관에는 SPPH(고압 배관용 탄소강관)를 사용한다.

SPP는 사용압력이 낮은 일반 배관용, SPPW는 수도용 아연도금강관으로 고압배관에는 쓰지 않는다.

재료가 반복하중을 받아 파괴강도보다 낮은 응력에서도 저항력이 점차 떨어지는 현상을 피로(fatigue)라 한다.

크리프는 일정 하중에서 시간에 따라 변형이 진행되는 현상이고, 응력·교축은 이 현상을 가리키는 용어가 아니다.

체적효율은 62.5%이다. 체적효율은 임펠러를 통과한 유량 대비 실제로 송출된 유량의 비율로 정의된다.

임펠러 통과유량은 $Q+0.6Q=1.6Q$이므로 $\eta_V=\dfrac{Q}{1.6Q}=0.625$, 즉 62.5%가 된다.

농도 측정은 필수 측정 항목이 아니다. 도시가스 품질을 판정할 때 반드시 확인해야 하는 것은 열량, 압력, 연소성(웨버지수 등)이다.

가스 성분의 농도 자체는 별도의 성분분석 목적으로 확인할 수는 있으나, 도시가스 품질검사에서 반드시 측정해야 하는 항목에는 포함되지 않는다.

환형유리관 액면계는 사용할 수 없다. 가연성가스나 독성가스를 냉매로 쓰는 냉동제조시설의 수액기에는 환형유리관 액면계 이외의 액면계를 설치하도록 정하고 있다.

유리관은 충격이나 급격한 온도 변화로 쉽게 파손되며, 깨지는 순간 냉매가 그대로 누출되기 때문이다.

차압식·초음파식·방사선식 액면계는 유리관 파손으로 인한 누출 위험이 없어 사용할 수 있다.

안전등형 가스검출기가 탄광에서 메탄 농도를 측정하는 데 주로 사용된다.

불꽃의 길이 변화를 관찰해 메탄 농도를 판별하는 방식으로, 광산 갱내에서 오랫동안 사용되어 온 전통적인 가연성가스 검출 방법이다.

디스펜서는 LP가스 자동차충전소에서 자동차 용기에 일정량의 LP가스를 충전하는 충전기기이다.

주유소의 주유기에 해당하는 설비로, 충전량을 표시하면서 실제 충전 작업을 수행한다.

가스 용적을 재기만 하는 계량기기나, 압축기·펌프로 탱크로리와 저장탱크 사이에서 가스를 옮기는 이송설비와는 구분된다.

일산화탄소는 산화성이 아니라 환원성(가연성)이 강한 가스이므로 해당 설명은 틀렸다.

일산화탄소는 공기보다 약간 가벼워 수상치환으로 포집하며, 개미산에 진한 황산을 반응시켜 만들 수 있고, 혈액 속 헤모글로빈과 결합해 산소 운반력을 떨어뜨리는 독성을 가진다.

이 세 가지 설명은 모두 맞는 내용이므로, 산화성이 강하다는 설명이 틀린 것이 된다.

760mmHg는 약 10.33mH₂O에 해당한다. 이는 표준대기압을 서로 다른 단위로 나타낸 값이다.

수은의 비중은 물의 약 13.6배이므로 $760\,\mathrm{mmHg}\times13.6=10336\,\mathrm{mmH_2O}\approx10.33\,\mathrm{mH_2O}$가 된다.

카르보닐을 생성하는 것은 암모니아가 아니라 일산화탄소이므로 해당 설명이 틀렸다.

• 수소는 고온·고압에서 강재 중의 탄소와 반응해 탈탄작용을 일으킨다.
• 아세틸렌은 구리 등과 반응해 아세틸라이드를 생성한다.
• 염소는 수분과 만나면 부식성을 나타낸다.

암모니아는 구리 및 구리합금에 대한 부식·응력부식균열이 문제이지, 카르보닐 생성과는 관계가 없다.

100J은 약 24cal이다.

$1\,\mathrm{cal}=4.184\,\mathrm{J}$이므로 $100\div4.184\approx23.9\,\mathrm{cal}$, 즉 약 24cal가 된다.

비열비 k는 정압비열을 정적비열로 나눈 값, 즉 $k=\dfrac{C_p}{C_v}$로 정의된다.

이상기체의 경우 $C_p>C_v$이므로 k는 항상 1보다 크다.

액화가스는 성질이 아니라 상태에 따른 분류이므로 해당하지 않는다.

고압가스는 성질에 따라 가연성·조연성·불연성 가스로 나뉘고, 상태(저장·운반 형태)에 따라 압축가스·액화가스·용해가스로 나뉜다.

메탄(CH₄)의 확산속도가 가장 빠르다. 그레이엄의 확산법칙에 따라 기체의 확산속도는 분자량의 제곱근에 반비례한다.

분자량은 산소 32, 질소 28, 메탄 16, 이산화탄소 44로, 넷 중 분자량이 가장 작은 메탄의 확산속도가 가장 빠르다.

0K는 랭킨온도로도 0°R이 되어야 하므로, 0K를 460°R로 나타낸 설명이 틀렸다.

랭킨은 화씨 눈금 간격을 쓰는 절대온도로 °R = ℉ + 460 의 관계이며, 절대영도에서 켈빈과 랭킨은 모두 0이 된다.

0℃=273K, 32℉=492°R, 0K=−273℃는 모두 올바른 환산이다.

수증기의 합성은 수소의 공업적 용도로 보기 어렵다. 물은 수소의 연소 결과물일 뿐, 별도의 공업적 이용 목적으로 다루는 대상이 아니다.

수소는 실제로 경화유 제조(불포화 유지에 수소를 첨가하는 반응), 메탄올 합성, 암모니아 합성 등 화학공업의 원료로 널리 쓰인다.

압력이 일정할 때 기체의 절대온도와 체적은 비례한다(샤를의 법칙).

온도가 오르면 분자운동이 활발해져 같은 압력을 유지하기 위해 부피가 함께 늘어나기 때문이다.

공기액화분리법은 산소·질소를 얻는 방법이지 수소 제조법이 아니다.

수소는 석유 분해법, 천연가스 분해법, 일산화탄소 전화법(수성가스 반응) 등 탄화수소나 물을 원료로 한 반응을 통해 얻는다.

프로판의 완전연소 반응식은 C₃H₈+5O₂→3CO₂+4H₂O이다.

탄소 3개는 모두 이산화탄소로, 수소 8개는 물 4분자로 산화되며, 이때 필요한 산소는 5몰이 되어 반응식의 계수가 맞춰진다.

촉매를 이용해 400~800℃에서 탄화수소와 수증기를 반응시키는 방식은 접촉분해 프로세스이다.

이 반응으로 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소 등 저급 탄화수소 혼합가스가 얻어지며, 도시가스 원료가스 제조에 쓰인다.

분자량 44인 기체의 표준상태 밀도는 약 1.96g/L이다.

표준상태에서 기체 1몰은 22.4L를 차지하므로 $\dfrac{44\,\mathrm{g}}{22.4\,\mathrm{L}}\approx1.96\,\mathrm{g/L}$가 된다.

부탄은 공기보다 무거워 바닥에 체류하기 쉬우므로 저장소 바닥부 환기에 특히 중점을 두어야 한다.

부탄의 분자량은 58로 공기(약 29)보다 무거운 반면, 메탄·아세틸렌 등은 공기와 비슷하거나 가벼워 위로 확산되기 쉽다.