10년 2회차

아세틸렌(C₂H₂)은 기체 연료이며, 기체 연료의 연소 형식은 확산연소이다. 확산연소는 연료와 산소가 연소 영역에서 만나 혼합되면서 동시에 연소하는 방식으로, 가스 버너나 용접용 아세틸렌 불꽃이 대표적이다. 증발연소는 액체 연료가 기화한 후 연소하는 방식, 분해연소는 연료가 열에 의해 분해되면서 일어나는 연소, 표면연소는 고체 연료가 표면에서만 연소하는 방식으로 모두 아세틸렌의 주된 연소 형식이 아니다.

독성가스 제조시설의 식별표지는 백색 바탕에 흑색 글씨로 표시하며, 가스의 명칭만 적색으로 쓴다. 따라서 가스 명칭을 제외한 글씨 색상은 흑색이다.

인터록 기능의 작동시험은 사용 개시 전이나 정기적인 주기로 별도 실시하는 점검 항목이며, 운전 중 매일 실시하는 일일점검 대상은 아니다.

일일점검에는 회전기계의 진동·이상음·온도 상승 확인, 가스설비로부터의 누출 여부, 조업조건의 변동 상황 감시 등이 포함된다.

메탄은 임계온도가 약 -82℃로 상온보다 훨씬 낮아, 상온에서는 아무리 압력을 높여도 액화되지 않는다.

반면 염소·부탄·프로판은 임계온도가 상온보다 높아 상온에서 압축만으로도 액화가 가능하다.

처리능력이란 처리설비나 감압설비가 1일 동안 처리할 수 있는 가스량을 의미한다.

이 수치는 저장능력과 함께 가스시설의 규모를 판단하는 기본 기준으로 활용된다.

도시가스 배관의 압력 경보장치는 배관 압력이 상용압력의 1.05배(상용압력이 4MPa 이상인 경우에는 상용압력에 0.2MPa를 더한 압력)를 초과할 때 경보가 울리도록 설정한다.

상용압력이 4MPa이므로 경보 개시압력은 $4\,\mathrm{MPa}+0.2\,\mathrm{MPa}=4.2\,\mathrm{MPa}$가 되어, 배관압력이 4.2MPa를 초과할 때 경보가 작동한다.

정전기 제거조치 기준에 따르면 탑류·저장탱크·열교환기·회전기계·벤트스택 등은 각각 단독으로 접지하도록 하는 것이 원칙이다.

• 벤트스택도 단독접지 대상이므로, 본딩으로 묶어 공동접지한다는 내용은 기준과 맞지 않는다.
• 접지 저항치의 총합은 100Ω 이하(피뢰설비가 설치된 것은 10Ω 이하)로 해야 하므로, 220옴 이하라는 기준은 맞지 않는다.
• 본딩용 접속선 및 접지접속선의 단면적은 5.5mm² 이상이어야 하므로, 3mm² 이상이라는 기준도 맞지 않는다.

시안화수소는 중합폭발의 위험이 있어 용기에 충전할 때 순도를 98% 이상으로 규정하고 있다.

또한 충전 후 60일이 지나기 전에 다시 충전해야 하며, 순도가 98% 이상이고 착색되지 않은 경우는 이 기간 제한에서 제외된다.

액화가스의 저장능력은 다음 식으로 구한다.

$W=\dfrac{V}{C}$(V: 내용적(L), C: 충전정수)

내용적 300L, 충전정수 1.86을 대입하면 $W=\dfrac{300}{1.86}\approx161\,\mathrm{kg}$이 된다.

긴급차단장치는 저장탱크의 액상 배관(송출·이입 배관)에 설치하는 것이 원칙이며, 기체 상태(기상) 배관까지 반드시 설치해야 하는 것은 아니므로 이 설명은 틀린 내용이다.

실제로는 저장탱크 외면에서 5m 이상 떨어진 곳에서 조작할 수 있어야 하고, 액상 이입배관은 역류방지밸브로 대신할 수 있으며, 소형 저장탱크는 설치 의무에서 제외된다.

에어졸 제조시설의 가스누출시험용 온수탱크는 물 온도를 46℃ 이상 50℃ 미만으로 유지하도록 규정되어 있다.

이 온도 범위에서 충전용기를 담가 가스 누출 여부(기포 발생)를 확인한다.

위험도(H)는 폭발범위를 이용해 $H=\dfrac{U-L}{L}$(U: 폭발상한, L: 폭발하한)로 구하며, 폭발범위가 넓고 하한이 낮을수록 값이 커진다.

아세틸렌은 폭발범위가 약 2.5~81%로 매우 넓어, 계산되는 위험도 값이 프로판·일산화탄소·암모니아보다 훨씬 크다.

내압시험압력은 상용압력의 1.5배 이상으로 실시한다.

$1.6\,\mathrm{MPa}\times1.5=2.4\,\mathrm{MPa}$이므로, 이 설비는 2.4MPa 이상의 압력으로 내압시험을 해야 한다.

연소의 3요소는 가연물, 산소공급원, 점화원이며, 산소공급원의 가장 흔한 형태가 공기이므로 "가연물, 공기, 점화원"의 조합이 정답으로 인정된다.

나머지 선택지들은 가연물이나 점화원 중 하나가 빠져 있거나 산소공급원과 공기를 중복 표기하고 있어 3요소를 정확히 짝짓지 못한다.

실제 기준에서는 가스배관과의 수평거리 30cm 이내에서 파일박기를 금지하고 있어, "1m 이내"라는 설명은 틀린 내용이다.

항타기는 배관과 수평거리 2m 이상 되는 곳에 설치하고, 배관 주위를 굴착할 때는 배관 좌우 1m 이내는 인력으로 굴착하며, 줄파기 1일 시공량은 가장 느린 천공작업 속도에 맞춰 정한다는 나머지 설명은 옳다.

독성가스 제독제 기준에서 황화수소의 제독제로는 가성소다 수용액·탄산소다 수용액만 규정되어 있고 물은 포함되지 않으므로, 물을 제독제로 사용할 수 없다.

반면 암모니아·염화메탄은 물이, 아황산가스는 가성소다·탄산소다 수용액과 함께 물이 제독제로 규정되어 있어 다량의 물로 제독(살수)할 수 있다.

실제 기준에서는 인체용 에어졸 제품을 인체에서 20cm 이상 떨어뜨려 사용하도록 표기해야 하므로, "10cm 이상"이라는 설명은 틀린 내용이다.

특정 부위에 장시간 계속 사용하지 말 것, 40℃ 이상 되는 곳에 보관하지 말 것, 불 속에 버리지 말 것 등은 실제 기재 기준과 일치한다.

오토바이로 운반할 수 있는 LPG 충전용기는 충전량 20kg 이하이면서 적재 개수가 2개 이하인 경우로 제한된다.

충전량 10kg인 용기를 2개 적재하는 조합은 이 두 조건을 모두 만족하지만, 나머지 조합들은 적재 개수가 3개 이상이어서 기준을 초과한다.

가스는 폭발범위(연소범위) 안의 농도로 공기와 섞이고 점화원이 있어야 폭발이 일어나므로, "공기와 혼합만 되면 폭발한다"는 설명은 틀린 내용이다.

국내 도시가스는 대부분 메탄을 주성분으로 하는 천연가스이며, 배관을 통해 수요가에 공급되고 LPG를 원료로 쓸 수도 있다는 나머지 설명은 옳다.

저장탱크의 안전밸브는 원칙적으로 스프링식 안전밸브를 사용해야 하므로, "다이어프램식 안전밸브로 한다"는 설명은 틀린 내용이다.

가스가 머물지 않도록 환기설비를 설치하고, 공동구 내 전기설비를 방폭구조로 하며, 안전밸브·파열판에 가스방출관을 설치한다는 나머지 내용은 옳은 기준이다.

염소와 암모니아는 특유의 자극적인 냄새가 강해 낮은 농도에서도 후각으로 누출 여부를 쉽게 알아챌 수 있다.

반면 질소·이산화탄소·아르곤은 무취이고, 일산화탄소도 냄새가 없어 감지가 어려우며, 에탄·부탄도 자체적으로는 냄새가 거의 없다.

재충전금지 용기의 치수 기준은 최고충전압력 22.5MPa 이하·내용적 25리터 이하로 정해져 있는데, 이를 35.5MPa·20리터로 바꿔 쓴 설명이 잘못되었다.

납붙임 부분의 길이가 용기 몸체 두께의 4배 이상이어야 한다는 것, 최고충전압력(MPa) 수치와 내용적(L) 수치의 곱이 100 이하여야 한다는 것, 최고충전압력이 3.5MPa 이상이면 내용적이 5리터 이하여야 한다는 것은 모두 실제 기준과 일치한다.

도시가스 배관에는 사용가스명·최고사용압력·가스흐름방향을 표시하도록 정해져 있으며, 가스공급자명은 표시 의무 항목에 포함되지 않는다.

흡수식 냉동설비의 냉동능력은 발생기를 가열하는 1시간의 입열량 6,640kcal를 1일의 냉동능력 1톤으로 환산하도록 정해져 있다.

한국 냉동톤(RT)의 3,320kcal/h와 수치를 혼동하기 쉬우므로 흡수식은 6,640kcal로 구분해 외워 두고, 기준이 24시간이 아니라 1시간 입열량이라는 점도 함께 확인한다.

방호벽은 압축기와 충전장소 사이, 압축기와 충전용기 보관장소 사이, 충전장소와 충전용주관밸브 조작밸브 사이 등 사람이 작업하거나 위험이 마주치는 경계에 설치하는 것이 원칙이다.

반면 압축기의 유분리기와 고압건조기 사이는 압축가스가 흐르는 배관 계통 내부의 연속된 설비 구간이라 방호벽 설치 대상에 해당하지 않는다.

습식 아세틸렌발생기는 발생기 표면온도를 70℃ 이하로 유지하도록 규정되어 있다.

이는 발생기 내부에서 카바이드와 물의 반응으로 생기는 반응열이 과도하게 축적되어 아세틸렌이 분해폭발을 일으키는 것을 막기 위한 안전기준이다.

운전 중인 액화석유가스 충전설비는 작동상황을 1일에 1회 이상 주기적으로 점검해야 한다.

독성가스 제독작업에 필요한 보호구 장착훈련은 3개월마다 1회 이상 실시하도록 정해져 있다.

초저온 압력용기, 역화방지장치, 독성가스배관용 밸브는 재검사가 면제되는 특정설비에 해당한다.

반면 차량에 고정된 탱크는 이동과 사용 중 마모·손상 위험이 크므로 재검사 면제 대상에서 제외되어 주기적인 재검사를 받아야 한다.

내용적 1리터 이하의 일회용 용기로 라이터 충전용·연료가스용 등에 쓰이는 것은 접합 또는 납붙임용기다.

이는 용접용기, 이음매 없는 용기, 융착용기와 달리 몸체를 접합이나 납붙임 방식으로 제작한 재충전금지 용기의 한 형태다.

가연성가스가 존재할 수 있는 위험장소는 0종·1종·2종 장소로 분류하고, 이들 장소에는 방폭형 전기기기를 설치해야 한다는 설명이 옳다.

• 기름 속에 전기기기를 넣어 불꽃·아크의 착화원을 차단하는 구조는 안전증방폭구조가 아니라 유입방폭구조를 설명한 것이다.
• 정상 상태에서 폭발성 분위기가 연속하여 또는 장시간 생성되는 장소는 2종 장소가 아니라 0종 장소의 정의다.
• 1종 장소에도 방폭형 전기기기라면 설치할 수 있으므로 전기설비를 원칙적으로 설치할 수 없다는 설명은 맞지 않다.

발연황산 시약을 사용한 오르자트법이나 브롬 시약을 사용한 뷰렛법으로 순도 98% 이상을 확인하고, 질산은 시약을 사용한 정성시험까지 합격해야 하는 품질검사 기준은 아세틸렌의 기준이다.

진탕형 오토클레이브는 가스 누출 가능성이 적고 고압에서도 반응물 오손이 없다는 장점이 있지만, 교반효과는 교반형에 비해 오히려 떨어진다는 한계가 있다. 따라서 교반효과가 뛰어나고 교반형보다 크다는 설명은 틀렸다.

뚜껑판에 뚫린 구멍으로 촉매가 끼어들어갈 우려가 있다는 것도 진탕형의 알려진 단점 중 하나다.

압축기에서 두압은 실린더 헤드 쪽, 즉 피스톤 상부 공간의 압력을 가리키는 용어다.

저장탱크 및 가스홀더는 가스가 누출되지 않는 구조로 하되, 저장능력이 5m³ 이상인 경우에는 가스방출장치를 설치해야 한다.

과충전 시, 가스 누출 시, 안전밸브 작동 시는 모두 즉시 충전작업을 중단해야 하는 이상 상황이다.

반면 탱크 상부로 충전하는 방식 자체는 정상적인 충전 방법의 하나이므로 작업을 중단할 사유가 되지 않는다.

팽창기와 팽창밸브를 함께 갖춘 이 계통도는 클라우드식 공기 액화장치다.

그림에서 압축공기는 오른쪽 열교환기를 지난 뒤 일부가 왼쪽의 팽창기로 들어가 외부에 일을 하면서 온도가 크게 내려가고, 나머지는 아래쪽 팽창밸브를 지나며 줄-톰슨 효과로 액화되어 액화기에 모인다.

즉 팽창기에 의한 단열팽창과 팽창밸브의 교축팽창을 함께 쓰는 것이 이 방식의 특징이다.

• 린데식은 팽창기 없이 팽창밸브의 줄-톰슨 효과만으로 액화하므로 그림처럼 팽창기가 그려지지 않는다.
• 캐피자식은 왕복 팽창기 대신 터빈식 팽창기와 축열기를 쓴다.
• 필립스식은 실린더 안에서 피스톤과 치환기가 움직이는 냉동사이클 방식으로 계통 구성이 전혀 다르다.

암모니아는 구리 및 구리합금(황동·청동 등)을 부식시키므로, 암모니아용 부르동관 압력계의 재질로는 구리합금 대신 연강이 가장 적합하다.

증기압축식 냉동기에서 냉매는 압축기 → 응축기 → 팽창밸브 → 증발기 순서로 순환한다.

강관의 접합에는 나사접합, 용접접합, 플랜지접합이 사용된다.

압축접합은 동관·폴리에틸렌관(PE관) 등에 쓰이는 기계적 접합 방식이라 강관 접합방법에는 해당하지 않는다.

축류 펌프는 터보식 펌프 중에서 저양정·대유량에 적합하며, 효율 변화가 급한 특성을 보인다. 원심 펌프는 중·고양정에 적합하고 효율 곡선이 완만하며, 왕복 펌프와 베인 펌프는 용적식 펌프로 터보식이 아니다. 축류 펌프는 임펠러 날개가 축에 평행하게 배치되어 유량은 크지만 양정은 낮으며, 운전 조건에서 약간 벗어나면 효율이 급격히 저하되는 특징을 가진다.

배기가스를 흡수액에 화학적으로 흡수시켜 그 부피 감소로 가스 농도를 분석하며, 3개의 피펫과 1개의 뷰렛, 2개의 수준병으로 구성된 장치를 쓰는 방법은 오르자트(Orsat)법이다.

차압식 유량계는 유체가 조리개(오리피스·벤투리관 등)를 지날 때 생기는 압력차를 이용해 유량을 구하며, 그 바탕이 되는 원리는 베르누이의 정리다.

온도계는 피측정 대상과 화학반응을 일으키는 등 서로 영향을 주고받지 않아야 하므로, 화학반응 등으로 온도계에 영향이 있어야 한다는 설명은 틀렸다.

지시·기록이 쉽고, 견고하며 내구성이 있고, 취급과 측정이 간편해야 한다는 나머지 조건은 온도계 선정의 올바른 기준이다.

아세틸렌 용기에 충전하는 다공성 물질로는 석면, 목탄, 다공성 플라스틱, 규조토, 석회 등이 쓰이며, 폴리에틸렌은 여기에 해당하지 않는다.

표준대기압 1atm은 1.033kgf/cm²에 해당하며, 이를 g 단위로 바꾸면 1atm ≒ 1,033g/cm²가 되어 옳은 환산이다.

• 76cmHg(1atm)를 dyne/cm²로 바꾸면 약 1,013,000dyne/cm²이 되므로 1,013dyne/cm²이라는 값은 자릿수가 어긋난 환산이다.
• 1kgf/cm²는 약 14.2lb/in²에 해당하므로 13.7lb/in²이라는 값도 실제와 차이가 있다.
• 1lb/ft²는 약 0.00049kgf/cm² 수준이라 0.142kgf/cm²과는 크게 어긋난다.

고압가스안전관리법령에서 압축가스의 압력 기준으로 규정하는 1MPa은 게이지압력을 뜻한다.

활성탄 흡착법, 산화철 접촉법, 몰리큘러시이브 흡착법은 모두 건식법에 속한다.

시이볼트(Seaboard)법은 탄산소다 수용액 등으로 황화수소를 흡수시키는 습식법이라 건식법에 해당하지 않는다.

표준대기압에서 물의 동결온도는 0℃·273K·화씨로는 32°F(약 492°R)에 해당하므로, 0°F로 표시한 값이 틀렸다.

포스겐(COCl₂)은 수산화나트륨 수용액에 빠르게 흡수·분해되는 성질이 있어, 이를 이용해 제독 처리에 활용한다.

• 순수한 포스겐은 무취가 아니라 특유의 자극성 냄새(마른풀 냄새 등)를 가진다.
• 포스겐은 독성이 강할 뿐 폭발성이나 인화성이 큰 가스는 아니다.
• 포스겐의 화학식은 COCl이 아니라 COCl₂이다.

비중 13.6인 액체 표면에서 수직으로 15m 깊이의 압력은 20.4kgf/cm²이다.

액체 압력은 $P(\mathrm{kgf/cm^2}) = \dfrac{S \times h(\mathrm{m})}{10}$ 관계로 구할 수 있는데, 이는 물기둥 10m가 약 1kgf/cm²에 해당한다는 사실에서 나온 식이다.

$P = \dfrac{13.6 \times 15}{10} = 20.4\ \mathrm{kgf/cm^2}$

아세틸렌은 분해폭발성이 있는 불안정한 가스라서 압력을 가해 단독으로 압축·충전할 수 없고, 그래서 다공물질과 용제를 채운 용기에 녹여 충전하는 방식을 쓴다.

• 아세틸렌은 염소가 아니라 염화수소(HCl)와 반응해 염화비닐을 생성한다.
• 염화수소와의 반응 생성물은 사염화에탄이 아니라 염화비닐이며, 사염화에탄은 염소와 반응했을 때 생기는 물질이다.
• 아세틸렌의 융점은 약 82℃가 아니라 영하 81℃ 부근이다.

냉매로 사용되는 물질들의 독성과 상태를 구분해야 한다. CCl₂F₂(CFC-12, 프레온-12)는 냉매로 널리 사용되었던 물질로 무독성의 기체이다. NH₃(암모니아)는 냉매로 사용되지만 강한 자극성과 독성이 있으며, CO(일산화탄소)는 극도로 독성이 강한 기체이고, SO₂(이산화황)도 독성과 부식성이 있는 기체다. CCl₂F₂는 안정성과 무독성으로 인해 냉동·에어컨 등에서 오랫동안 표준 냉매로 사용되었으며, 이러한 특성이 정답의 근거다.

에틸렌은 나프타, 에탄올, 프로판 등을 열분해(크래킹)하여 만드는 것이 일반적이며, 염화메탄은 에틸렌 제조의 원료로 쓰이지 않는다.

공기 중 주요 구성 성분은 질소(약 78%), 산소(약 21%), 아르곤(약 0.93%), 네온(약 0.0018%), 헬륨(약 0.0005%) 순서다. 따라서 네온, 아르곤, 헬륨 세 가지 중 함유량을 비교하면 아르곤 > 네온 > 헬륨 순서가 맞다.

필요한 프로판 가스량은 약 5.6kg이다.

물 1000kg을 20℃에서 80℃까지 올리는 데 필요한 열량은 $Q = 1000 \times 1 \times (80-20) = 60{,}000\ \mathrm{kcal}$이다.

열효율 90%를 감안한 실제 필요 열량은 $Q' = \dfrac{60{,}000}{0.9} \fallingdotseq 66{,}667\ \mathrm{kcal}$이고, 이를 프로판 발열량 12,000kcal/kg로 나누면 $\dfrac{66{,}667}{12{,}000} \fallingdotseq 5.6\ \mathrm{kg}$이 된다.

동일 온도·압력에서 기체 혼합물의 전체 부피가 각 성분 기체의 부분부피의 합과 같다는 법칙은 Amagat(아마갓)의 법칙이다.

전체 압력이 각 성분의 분압의 합과 같다는 Dalton의 법칙과 짝을 이루는 개념으로, 부피 기준이라는 점에서 구분된다.

수소와 산소가 2:1의 부피비로 혼합된 것을 폭명기(수소폭명기)라 한다.

이는 $2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O}$ 반응의 양론비에 해당한다.

메탄은 -162℃·1기압에서 액화하며, 이때 부피는 기체 상태의 약 1/600로 줄어든다.

액화천연가스의 주성분인 메탄은 대기압에서 비점이 약 -162℃이므로 그 온도까지 냉각해야 액체가 된다.

부피비는 주어진 값으로 바로 확인된다.
$\dfrac{0.0024\,\mathrm{m^3}}{1.4\,\mathrm{m^3}}=\dfrac{1}{583}\fallingdotseq\dfrac{1}{600}$

-42.1℃는 프로판의 비점이고 -62℃는 메탄의 비점이 아니며, 1/250로 보면 액화 후 부피가 0.0056㎥이 되어야 해 주어진 0.0024㎥과 맞지 않는다.

석탄의 공업분석(근접분석)은 수분·회분·휘발분·고정탄소를 대상으로 하며, 탄소·수소·질소는 원소분석(정밀분석) 항목에 해당한다.