13년 4회차

가장 적절한 조치는 부근의 화기를 멀리하고 즉시 밸브를 잠그는 것이다.

용기 밸브가 열려서 가스가 새는 경우, 착화원을 차단하면서 밸브를 잠그는 것이 1차 대응이며, 무조건 대피하거나 열습포로 감싸거나 가스가 실내에 체류하도록 방치하는 것은 오히려 위험을 키운다.

무색·무미·무취이며 폭발범위가 넓고 할로겐원소와 격렬히 반응·폭발하는 가연성가스는 수소(H₂)이다.

수소는 약 4~75%라는 매우 넓은 폭발범위를 가지며, 염소 등 할로겐과 접촉 시 격렬한 폭발반응을 일으킨다.

연소기 용량이 19400kcal/h를 초과하면 퓨즈콕 대신 배관용 밸브로 대용할 수 있다.

일반적인 소형 연소기에는 과류차단 기능이 있는 퓨즈콕을 개별 설치하지만, 대용량 연소기는 이 기준치를 넘으면 배관용 밸브 사용이 허용된다.

위험한 경우는 아세틸렌이 접촉하는 설비에 동함량 72%의 동합금을 사용한 것이다.

아세틸렌은 구리 함유량이 62%를 초과하는 합금과 접촉하면 폭발성 화합물(아세틸라이드)을 생성할 위험이 있어, 접촉부 재료의 동함량은 62% 이하로 제한된다.

• 충전 중 압력을 2.5MPa 이하로 하는 것, 충전 후 15℃에서 1.5MPa 이하가 될 때까지 정치하는 것, 지관에 탄소함유량 0.1% 이하 강을 쓰는 것은 모두 정해진 안전 기준을 지킨 올바른 조치이다.

탱크 내 산소농도가 16%일 때는 작업원이 저장탱크 속으로 들어가서는 안 된다.

공기 중 산소농도가 18% 미만이면 산소결핍 상태로 질식 위험이 있으므로, 그보다 낮은 16% 조건에서는 탱크 내부 진입이 금지된다.

고압가스용기 재검사 대상이 아닌 것은 용기밸브를 교체한 경우이다.

밸브 교체만으로는 용기 자체의 안전성에 변화가 없어 재검사 사유가 되지 않지만, 충전 가스 종류 변경, 합격표시 훼손, 손상 발생은 용기의 안전성을 다시 확인해야 하므로 재검사 대상이다.

제독제로 다량의 물을 사용하는 대표적인 가스는 암모니아이다.

암모니아는 물에 대한 용해도가 매우 높아 다량의 물로 살수하면 효과적으로 흡수·제독할 수 있다.

고압가스 냉매설비의 기밀시험에 압축공기를 사용할 때, 공기의 온도는 140℃ 이하로 하여야 한다.

온도가 지나치게 높은 압축공기를 주입하면 설비 손상이나 이상반응의 우려가 있어 기밀시험용 공기 온도의 상한이 정해져 있다.

LP가스 저온 저장탱크에 반드시 설치하지 않아도 되는 장치는 감압밸브이다.

저온 저장탱크는 압력 상태를 감시·보호하기 위해 압력계, 진공안전밸브, 압력경보설비를 갖추어야 하지만, 감압밸브는 이러한 필수 안전장치에 해당하지 않는다.

반드시 방폭성능 구조로 하지 않아도 되는 가연성가스는 암모니아이다.

암모니아는 가연성가스이지만 폭발범위가 좁고 발화점이 높아 폭발 위험성이 낮게 평가되며, 관련 기준에서도 암모니아와 브롬화메탄은 전기설비 방폭구조 대상에서 제외되는 예외 가스로 다뤄진다.

도시가스 품질검사 허용기준으로 틀린 것은 암모니아 10mg/㎥ 이하라는 항목이다.

실제 도시가스 품질검사 항목은 전유황 30mg/㎥ 이하, 할로겐총량 10mg/㎥ 이하, 실록산 10mg/㎥ 이하이며, 암모니아는 이 품질검사 허용기준 항목에 해당하지 않는다.

포스겐 취급 방법 중 틀린 것은 폐기액을 염화수소로 처리한다는 설명이다.

포스겐이 함유된 폐기액은 산성 물질인 염화수소가 아니라 가성소다(수산화나트륨) 등 알칼리성 제독제로 충분히 중화·분해한 뒤 처분해야 한다.

환기시설 확보, 방독마스크 착용, 미량 누출에도 주의하는 것은 포스겐 취급 시 올바른 안전수칙이다.

전용보일러실에는 실내를 부압(대기압보다 낮은 압력)으로 만들어 배기가스를 역류시킬 수 있으므로 환기팬을 설치하지 않는다. 따라서 반드시 설치해야 한다는 설명이 틀렸다. 보일러는 전용보일러실에 설치하고, 지하실·반지하실에는 설치하지 않으며, 거주공간과 통하는 가스렌지 배기덕트를 두지 않는다는 나머지 설명은 모두 맞다.

수소의 위험도(H)는 약 17.8이다.

위험도는 폭발상한과 하한의 차를 하한으로 나눈 값이며, 수소의 폭발범위(약 4~75%)를 대입하면 다음과 같다.

$H = \dfrac{U-L}{L} = \dfrac{75-4}{4} = 17.75$

폭발방지장치를 의무적으로 설치해야 하는 경우는 상업지역에 저장능력 15톤 저장탱크를 지상에 설치하는 경우이다.

주거지역·상업지역에 저장능력 10톤 이상인 저장탱크를 지상에 설치할 때 폭발방지장치 설치가 의무화되며, 상업지역·15톤 조건이 이에 해당한다.

• 녹지지역에 설치하는 경우는 저장능력과 무관하게 의무 대상 지역이 아니다.
• 주거지역이라도 저장능력이 10톤 미만(5톤)이면 의무 설치 대상이 아니다.

환기구 등의 조치를 반드시 갖추어야 하는 곳은 부탄 저장소이다.

부탄은 가연성가스이므로 누출 시 폭발 위험을 낮추기 위해 저장소에 환기구 설치가 필수이지만, 산소·질소·헬륨은 불연성 또는 조연성 가스로 이러한 환기 의무 대상이 아니다.

영구증가율은 내압시험에서 전증가량에 대한 영구증가량의 비율로 구한다.

$\dfrac{20}{400}\times100=5\%$

따라서 이 용기의 영구증가율은 5%이며, 통상 신규검사 시 영구증가율이 10% 이하일 때 합격으로 판정한다.

염소는 상온에서 황록색을 띠는 기체로, 스스로 타지 않는 조연성(지연성) 가스이며 가연성이 아니다.

따라서 무색이며 가연성이라는 설명이 틀린 내용이다.

• 암모니아와 반응해 염화암모늄(흰 연기)을 만든다는 설명은 옳다.
• 수분과 반응해 염산을 생성하고 철강을 부식시킨다는 설명도 옳다.
• 수돗물 살균이나 표백분 제조에 쓰인다는 설명도 옳다.

독성가스를 운반하는 차량의 경계표지를 정사각형(또는 이에 가까운 형상)으로 할 때는 그 면적을 600㎠ 이상으로 하여야 한다.

직사각형으로 할 경우에는 가로 치수를 차체 폭의 30% 이상, 세로 치수를 가로 치수의 20% 이상으로 정한다.

염소는 조연성·독성 가스일 뿐 가연성이 아니므로, 화재 진화를 위한 소화장비는 염소 운반차량에 반드시 갖춰야 할 물품에 해당하지 않는다.

대신 누출 시 대응을 위한 제독제와 누출검지기, 피부·손 보호를 위한 내산장갑 등의 보호구는 반드시 비치해야 한다.

역화(back fire)는 가스의 분출 속도가 연소 속도보다 느려질 때 불꽃이 염공 속으로 빨려 들어가는 현상이다.

염공이 커지거나, 가스 압력이 낮거나, 콕이 충분히 열리지 않거나, 버너가 과열되면 분출 속도가 떨어져 역화가 일어난다.

반대로 염공이 작아지면 오히려 가스 분출 속도가 빨라져 불꽃이 염공에서 떨어지는 선화(lifting)의 원인이 되므로, 역화의 원인으로 볼 수 없다.

특정고압가스는 수소·산소·액화암모니아·아세틸렌·액화염소·천연가스 등 법령에서 별도로 지정한 품목만 해당한다.

이산화탄소는 이 지정 목록에 포함되지 않으므로 특정고압가스에 해당하지 않는다.

도시가스 배관이 그 밖의 좁은 수로를 횡단하여 매설되는 경우, 배관 외면과 계획하상 사이의 거리는 원칙적으로 1.2m 이상이어야 한다.

하천 횡단 시 4.0m 이상, 소하천·수로 횡단 시 2.5m 이상 기준과 달리 이 구간만 1.2m 기준이 적용되므로, 1.5m 이상이라는 설명은 틀린 내용이다.

암모니아는 가연성이자 독성가스이므로 저장능력 25톤(25,000 kg)은 독성·가연성가스의 2만 초과 3만 이하 구간에 해당한다. 이 구간의 안전거리는 제1종 보호시설 24 m, 제2종 보호시설 16 m이다. 주택은 제2종 보호시설이므로 16 m 이상을 유지해야 한다.

폭발범위(연소범위)는 가스마다 상한값과 하한값이 다르며, 문제는 그중 상한값이 가장 낮은 가스를 묻고 있다.

암모니아는 약 15~28%, 메탄은 약 5~15%, 일산화탄소는 약 12.5~74%로 상한값이 비교적 높은 반면, 프로판은 약 2.1~9.5%로 상한값이 가장 낮다.

기밀시험은 상용압력 이상의 압력으로 실시하되, 상용압력이 0.7MPa을 초과하는 경우에는 0.7MPa 이상의 압력으로 실시할 수 있다.

내압시험 압력은 통상 상용압력의 1.1배가 아니라 1.5배 이상이며, 기체로 하는 내압시험도 안전조치를 갖추면 예외적으로 허용되고, 내압시험을 했다고 기밀시험을 생략할 수도 없다.

LPG 사용시설의 가스계량기는 화기와 2m 이상의 우회거리를 유지해야 하므로, 3m 이상이라는 설명은 틀린 내용이다.

계량기 설치높이(바닥에서 1.6~2m 이내)와 굴뚝·전기점멸기와의 이격거리(30cm 이상) 기준은 옳게 서술되어 있다.

차량에 고정된 탱크의 내용적은 가스 종류별로 상한이 정해져 있는데, 암모니아는 독성가스이면서도 이 규정에서 독성가스의 12,000ℓ 제한 대상에서 제외되어 가연성가스와 같은 기준(18,000ℓ 이하)이 적용된다.

따라서 액화 암모니아 12,000ℓ라는 설명이 틀린 내용이며, 수소·산소는 18,000ℓ, 염소는 12,000ℓ 기준이 각각 옳게 적용된 예이다.

고압가스특정제조시설의 안전구역 안에 있는 고압가스설비는 그 외면으로부터 다른 안전구역 안에 있는 고압가스설비의 외면까지 30m 이상의 거리를 유지하여야 한다.

독성가스는 법령에서 정한 허용농도 기준 이하인 가스를 말하며, 아황산가스(이산화황)·암모니아·일산화탄소는 모두 이 기준에 해당하는 대표적인 독성가스이다.

반면 이산화탄소는 허용농도가 이 기준을 크게 웃돌아 법령상 독성가스로 분류되지 않으며, 불연성 가스로 소화제 등에 쓰인다.

고압식 공기액화 분리장치는 복식정류탑(이중 분별탑)을 사용하여 액체공기를 액체산소와 액체질소로 분리한다. 복식정류탑의 하부(저온부)에서 분리되는 액체산소는 고도로 정제된 제품으로, 산업용 및 의료용으로 사용되기 위해 매우 높은 순도가 요구된다. 이 공정에서 분리되는 액체산소의 순도는 약 99.6~99.8%에 이르며, 이는 복식정류탑의 효율적인 열교환과 다단계 정류 과정으로 불순물(주로 질소 및 아르곤)을 극도로 제거한 결과다.

초저온용기의 단열성능검사에서 측정하는 침입열량은 단위 시간·단위 용적·단위 온도차당 용기 안으로 스며드는 열량을 의미하므로, 그 단위는 ㎉/h·ℓ·℃가 된다.

$\mathrm{kcal}/(\mathrm{h}\cdot\mathrm{L}\cdot{}^{\circ}\mathrm{C})$

저장능력 10톤 이상의 저장탱크에 설치하는 폭발방지장치는 열전도성이 좋은 다공성의 알루미늄 박판을 재질로 사용한다.

탱크 내부 전체에 알루미늄 박판을 채워 열을 빠르게 분산시킴으로써 국부적인 과열과 폭발을 방지하는 원리이다.

긴급차단장치는 배관 내 이상 발생 시 신속히 가스를 차단하는 밸브로, 그 동력원으로는 스프링, 기압(공기압), 유압, 전기 등이 사용된다.

X선은 물질 내부를 촬영하는 검사 수단일 뿐 동력원이 될 수 없으므로 긴급차단장치의 동력원으로 부적당하다.

압력계는 압력을 직접 측정하는 1차 압력계와, 1차 압력계로 교정하여 사용하는 2차 압력계로 나뉜다.

U자관형 마노미터는 액주의 높이 차로 압력을 직접 나타내는 대표적인 1차 압력계이며, 부르동관·전기저항식·벨로우즈 압력계는 모두 2차 압력계에 해당한다.

산소압축기는 기름이 산소와 접촉하면 발화·폭발 위험이 크기 때문에, 윤활유 대신 물이나 묽은 글리세린수를 사용한다.

반대로 염소압축기는 진한 황산을, 수소·공기압축기는 양질의 광유를 윤활유로 사용하므로 나머지 설명은 틀린 내용이다.

탄소강은 저온에서 결정 구조 특성상 충격 흡수 능력이 급격히 떨어지는 저온취성이 나타나므로 저온용 재료로 적합하지 않다.

반면 니켈강, 스테인리스강, 황동(구리-아연 합금)은 저온에서도 취성 파괴에 강해 저온용 재료로 널리 사용된다.

유량 측정법은 유체의 부피나 질량을 직접 세는 직접법과, 압력차 등 간접적인 물리량으로부터 유량을 환산하는 간접법으로 나뉜다.

습식가스미터는 회전 드럼이 밀어낸 실제 부피를 세는 직접법이며, 벤투리미터·오리피스미터·피토튜브는 모두 차압을 이용하는 간접법이다.

액화가스 충전량 공식은 $W = \dfrac{V}{C}$이다(V는 내용적 L, C는 가스정수).
대입하면 $W = \dfrac{47}{2.35} =$20 kg이다.

정압기의 부속설비는 이물질을 거르는 불순물 제거장치(필터), 압력이 과도하게 오르는 것을 막는 이상압력상승 방지장치, 공급 압력을 기록하는 압력기록장치 등으로 구성된다.

이에 비해 검사용 맨홀은 저장탱크 등에 딸린 부속품으로, 정압기의 부속설비로는 분류되지 않는다.

제시된 특징을 가진 것은 왕복 펌프이다.

왕복 펌프는 피스톤·플런저가 실린더 안을 왕복하며 정해진 체적을 밀어내는 용적식이라 고압·소유량에 적합하고, 회전수에 비례해 토출량이 일정하며 행정이나 회전수를 조절해 송수량을 가감할 수 있다.

다만 흡입과 토출이 간헐적으로 반복되어 맥동이 생기기 쉬워 공기실을 달아 이를 완화한다.

원심·축류·사류 펌프는 임펠러가 연속 회전하는 비용적식이어서 토출이 연속적이고 맥동이 거의 없으며 대유량 처리에 유리하므로 위 설명과 어긋난다.

터보식 펌프 중 축류 펌프는 프로펠러 형태의 날개로 유체를 축 방향으로 밀어내는 구조여서 비교적 낮은 양정에서 큰 유량을 다루기에 적합하다.

반면 유량이나 양정이 설계점에서 벗어나면 효율이 급격히 떨어지는 특성을 가지고 있어, 원심 펌프에 비해 운전 범위가 좁다.

용기의 내압시험압력은 최고충전압력의 $\dfrac{5}{3}$배로 정한다.

$15\,\mathrm{MPa}\times\dfrac{5}{3}=25\,\mathrm{MPa}$

따라서 최고충전압력이 15MPa인 산소용기의 내압시험압력은 25MPa이다.

감압가열 방식은 먼저 조정기로 액상의 가스를 감압한 다음, 열교환기(가열기)로 가열하여 기화시켜 공급하는 방식이다.

문제의 설명처럼 열교환기로 먼저 기화시킨 뒤 조정기로 감압하는 방식은 반대로 가온감압 방식에 해당하므로, 이 설명이 틀린 내용이다.

1단 펌프의 비교회전도(발문의 η_s)는 N·√Q / H^3/4 로 정의된다.

여기서 N은 회전수[rpm], Q는 유량[m³/min], H는 양정[m]이다. 유량은 1/2제곱(제곱근), 양정은 3/4제곱으로 들어가고 회전수는 1제곱 그대로 곱해진다는 점이 식의 형태를 기억하는 요령이다.

따라서 회전수나 유량이 제곱으로 올라간 형태, 회전수와 유량이 함께 근호 안으로 들어간 형태는 모두 정의식과 다르다. 다단 펌프라면 양정 자리에 단당 양정(전양정÷단수)을 넣어 계산한다.

액체 산소는 담청색을 띠는 것이 특징이며, 이는 산소 기체가 무색인 것과 대비되는 액화 상태의 성질이다.

가정용 연료로 쓰이는 LPG(프로판·부탄)는 사슬형 탄화수소인 파라핀계(알칸) 탄화수소이며, 올레핀계(알켄)가 아니다.

따라서 올레핀계 탄화수소라는 설명이 틀린 내용이며, 물보다 가벼운 액체 비중과 기화열에 의한 동상 위험, 도시가스 원료로 혼합 사용된다는 나머지 설명은 모두 옳다.

온도가 일정할 때 기체의 부피가 절대압력에 반비례한다는 법칙은 보일의 법칙이다.

압력과 부피의 곱이 일정하게 유지되므로 $P_1V_1=P_2V_2$ 로 표현되며, 온도 변화까지 함께 다루는 것은 샤를의 법칙과 결합한 보일-샤를의 법칙이다.

표준대기압 $1\,\mathrm{atm}$은 $1.033\,\mathrm{kgf/cm^2}$이므로, g 단위로 고치면 약 1033g/cm²가 되어 올바른 환산이다.

나머지는 $1\,\mathrm{kgf/cm^2}\approx14.2\,\mathrm{lb/in^2}$, $76\,\mathrm{cmHg}\approx1.013\times10^{6}\,\mathrm{dyne/cm^2}$ 로 제시된 값과 맞지 않는다.

절대온도 0K는 분자 운동이 이론상 완전히 멈추는 최저 온도로, 섭씨온도로는 약 -273℃에 해당한다.

수소와 산소(또는 공기)의 혼합기체는 점화 시 급격히 화합하며 폭발하는 성질이 있어 이를 수소 폭명기라고 부른다.

이와 유사하게 염소와 수소의 혼합기체는 염소 폭명기로 불린다.

기체연료는 공기와 균일하게 혼합되어 완전연소가 쉽고 고온을 얻기 쉬우며, 연소 조절과 점화·소화도 용이하다.

다만 누출되기 쉽고 공기와 섞여 폭발성 혼합기를 형성하기 쉬워 오히려 화재·폭발의 위험성이 크다는 점이 기체연료의 단점이므로, 위험성이 적다는 설명이 틀린 내용이다.

㎩(파스칼), atm(기압), bar는 모두 압력의 단위이지만, N(뉴턴)은 힘의 단위이지 압력의 단위가 아니다.

공기비가 클수록(과잉공기가 많을수록) 배기가스량이 늘어 열손실이 커지고, 연소가스 중 SO₃와 NO₂ 생성이 늘어 저온부식과 대기오염이 촉진된다.

반면 불완전연소로 인한 매연 발생은 공기가 부족할 때(공기비가 작을 때) 나타나는 현상이므로, 공기비가 클 때의 결과로 볼 수 없다.

아세틸렌(C₂H₂)의 완전연소 반응식은 다음과 같다.

$\mathrm{C_2H_2}+\tfrac{5}{2}\mathrm{O_2}\rightarrow 2\mathrm{CO_2}+\mathrm{H_2O}$

따라서 아세틸렌 1몰을 완전연소시키는 데 필요한 산소는 2.5몰이다.

네 가지 특징을 모두 만족하는 가스는 암모니아(NH₃)이다.

암모니아는 법정 독성가스이면서 폭발범위 약 15~28%를 갖는 가연성가스여서 '독성이 강하고 연소시키면 잘 탄다'는 서술에 모두 해당한다. 또 구리·아연·알루미늄 등을 부식시키므로 이들 금속을 배관·밸브 재료로 쓸 수 없다.

비점이 -33℃로 상온에서 약 8.5기압만 걸어도 액화되어 가압·냉각으로 쉽게 액화되는 점까지 일치한다. 염화수소는 불연성이고, 일산화탄소는 임계온도가 매우 낮아 상온 가압으로는 액화되지 않으며, 아세틸렌은 독성가스가 아니다.

질소는 불연성·비활성 기체로 비료(암모니아 합성) 원료, 질산 제조, 액체질소를 이용한 냉매 등으로 널리 쓰인다.

다만 스스로 타지 않는 불연성 가스이므로 연료로는 사용되지 않는다.

27℃, 1기압 하에서 메탄가스 80g이 차지하는 부피는 약 123 L이다. 메탄(CH₄)의 몰질량은 16 g/mol이므로 80g은
$80 \div 16 = 5 \text{ mol}$이다.

27℃(300K), 1기압 조건에서 이상기체 상태방정식 $PV = nRT$를 적용하면
$V = \frac{nRT}{P} = \frac{5 \times 8.314 \times 300}{101325} \approx 0.123 \text{ m}^3 = 123 \text{ L}$이다.

또는 표준상태(0℃, 1기압)에서 1mol의 기체가 22.4L를 차지하는 성질을 이용해, 27℃에서의 부피는
$5 \times 22.4 \times \frac{300}{273} \approx 123 \text{ L}$로 계산된다.

산소 농도가 증가하면 발화온도는 오히려 낮아진다는 점에서 이 설명이 사실과 다르다.

산소가 풍부해지면 산화반응이 활발해져 연소속도가 빨라지고 화염온도와 폭발력도 커진다.

같은 이유로 더 낮은 온도에서도 연소가 스스로 이어질 수 있게 되어, 발화온도와 최소점화에너지는 모두 낮아지는 것이 일반적이다.

불화수소(HF)는 유리의 주성분인 이산화규소(SiO₂)와 반응해 유리를 부식시키므로 유리 용기에 보관할 수 없다.

• 벤젠(C₆H₆)은 유리와 반응하지 않는 유기용제다.
• 탄산수소나트륨(NaHCO₃)과 브롬화칼륨(KBr)은 유리를 부식시키지 않는 안정한 무기염이다.