06년 2회차

고압가스 판매시설의 용기 보관실 주위에는 2m 이내에 화기 또는 인화성·발화성 물질을 두지 않도록 정하고 있다. 따라서 보관실 8m 이내를 화기 취급 금지 범위로 규정한다는 설명은 기준과 다르다.

• 충전용기의 넘어짐·충격 방지 조치는 실제 요구되는 기준이다.
• 가연성가스와 산소 용기 보관실을 구분해 설치하는 것도 맞는 기준이다.
• 충전용기를 40℃ 이하로 유지하는 것 역시 맞는 기준이다.

고압가스가 분출될 때 정전기는 가스 속에 고체 미립자가 섞여 있을 때 마찰·충돌이 늘어나면서 가장 잘 발생한다.

가스가 충분히 건조되어 있거나 분자량이 작고 비중이 큰 것만으로는 정전기 발생 정도를 크게 좌우하지 않는다.

액화석유가스 지하매설 저장탱크는 천장·벽·바닥의 철근콘크리트 두께가 30cm 이상인 저장탱크실에 설치해야 한다.

이는 지하 매설 시 토압과 외부 충격으로부터 탱크를 보호하기 위한 안전관리 기준이다.

아세틸렌가스를 용해 충전할 때 사용하는 다공질 물질은 규조토·석면, 석회·산화철, 탄산마그네슘·다공성플라스틱처럼 불활성이고 발화 위험이 낮은 재료여야 한다.

알루미늄분말은 반응성이 크고 발화 위험이 있는 금속분말이어서 다공질 물질의 재료로 사용할 수 없다.

산화에틸렌은 물에 잘 녹는 성질을 이용해 취급 시 다량의 물을 제독제로 준비한다.

가성소다·탄산소다·소석회 수용액은 염소, 포스겐, 황화수소 등 다른 독성가스의 제독에 주로 쓰이는 약제다.

고압가스 안전관리법령에서 규정하는 일반제조시설의 저장탱크 안전장치 설치 기준에 따르면, 가스 방출장치(안전밸브 등)는 저장능력 5m³ 이상의 저장탱크에 설치하도록 되어 있다. 이는 저장용량이 증가할수록 내부 압력 상승 시 안전사고의 위험이 커지므로, 일정 규모 이상의 탱크에는 반드시 과압을 자동으로 배출하는 장치를 갖춰야 한다는 원칙에 기반한다.

고압가스 운반차량 경계표시의 가로치수는 차체 폭의 30% 이상, 세로치수는 가로치수의 20% 이상으로 한다. 경계표시는 차량 앞뒤에서 잘 보이도록 붉은 글씨로 '위험고압가스'라고 표시한다.

아세틸렌 용기 충전 시에는 온도와 관계없이 압력을 2.5MPa 이하로 유지해야 한다.

아세틸렌은 압력이 높아지면 자기분해 폭발 위험이 커지기 때문에 다공질 물질에 용제와 함께 용해시켜 이 압력 기준 이하로 충전하도록 정하고 있다.

초저온용기의 부속품에는 그 특성을 나타내는 기호로 LT를 사용한다.

압축가스용 부속품 기호 PG, 액화가스 일반용 LG, 액화석유가스용 LP와 구분되는 초저온·저온용기 전용 기호다.

액화가스 용기의 저장능력은 $W=\frac{V}{C}$이므로 $V=W\times C$이다.
$V=1{,}000\,\text{kg}\times0.80=800\,\ell$이므로 내용적은 800ℓ이다.

독성가스 제독제로 물은 용해도가 커서 흡수가 잘 되는 가스(암모니아, 산화에틸렌, 염화메탄, 아황산가스 등)에 사용할 수 있다.

반면 황화수소는 물에 대한 용해도가 낮아 물만으로는 충분히 제독되지 않으며, 가성소다 수용액이나 탄산소다 수용액 같은 별도의 약제가 필요하다.

가정이나 음식점 등에서 호스가 절단·파손되어 가스가 급격히 누출될 때, 유량 급증을 감지해 자동으로 가스를 차단하는 장치는 퓨즈콕크다.

중간밸브·나사콕크·체크밸브는 사용자가 직접 조작하거나 역류만 방지하는 장치로, 절단 사고 시 자동 차단 기능은 없다.

직류전철 등에 의한 누출전류(미주전류)의 영향을 받는 배관에는 배류법이 가장 적합한 전기방식이다.

배류법은 배관에 유입된 누출전류를 레일 등으로 다시 배류시켜 부식을 방지하는 방식으로, 외부전원법이나 희생양극법과 달리 미주전류가 존재하는 환경에 맞게 고안된 방식이다.

특정설비에는 저장탱크와 그 안전밸브, 기화기 등 압력을 직접 받는 주요 설비가 포함된다.

조정기는 가스 압력을 조절해 공급하는 가스용품으로 분류되어 특정설비의 범위에 해당하지 않는다.

메틸아민(CH₃NH₂)은 기체 또는 액체 상태의 유기 아민으로, 폭발 위험성이 있지만 마찰이나 타격으로 격렬히 폭발하는 특성이 있는 불안정한 고체 화합물에 해당되지 않는다.

폭발성이 예민하여 마찰 및 타격으로 격렬히 폭발하는 물질은 질소 함유 불안정 화합물들이다.

• 황화질소(N₄S₄)는 건조 상태에서 극히 불안정하며 약간의 충격이나 마찰으로도 폭발한다.
• 염화질소(NCl₃)는 매우 예민한 폭발성 물질로 접촉 시 폭발한다.
• 아세틸라이드(CuC≡CCu 등 금속아세틸화물)는 충격에 매우 민감한 폭발성 물질이다.

LP가스 저장탱크를 지상에 설치할 때 저장능력이 1,000톤 이상이면 액상 LP가스의 유출을 막기 위한 방류둑을 설치해야 한다.

저장량이 적은 소형 탱크까지 방류둑을 요구하지는 않으며, 이 기준 톤수 이상부터 의무화된다.

시안화수소 저장 중 누출검사는 1일 1회 이상, 질산구리벤젠지(초산구리벤젠지)로 하므로 "1일 2회 이상 염화제1동 착염지로 검사한다"는 서술이 틀렸다.

염화제1동 착염지는 아세틸렌 검지용이다. 시안화수소가 새면 질산구리벤젠지가 청색으로 변한다.

• 충전 시 순도 98% 이상 유지 — 시행규칙 충전 기준 그대로다.
• 안정제로 아황산가스·황산 등 첨가 — 같은 충전 기준에 있는 조건이다.
• 충전 후 60일이 지나기 전에 다른 용기에 옮겨 충전(순도 98% 이상이고 착색되지 않은 것은 예외) — 맞는 조건이다.

용기 보관 장소는 가스 누출 시 체류하지 않도록 통풍이 잘 되어야 하고, 외부에서 잘 보이는 곳에 경계표지를 설치하며, 독성가스의 경우 흡입장치를 중화설비와 연동시켜야 한다.

지붕은 화재 확산을 막기 위해 가벼운 불연성 재료를 사용해야 하므로, 쉽게 연소되는 가연성 재료를 사용한다는 설명은 기준과 반대된다.

도시가스의 유해성분 측정은 황화수소, 암모니아, 황(전황분) 함유량을 대상으로 이루어진다.

일산화탄소는 이 유해성분 측정 항목에 포함되지 않으므로 측정하지 않아도 되는 성분에 해당한다.

순도 98% 이상으로 착색된 시안화수소를 용기에 충전한 경우, 충전 후 60일이 경과하기 전에 다른 용기로 옮겨 충전해야 한다.

시안화수소는 시간이 지나면서 중합·분해 반응으로 불안정해지므로 장기간 한 용기에 보관하지 않도록 기간을 제한한 것이다.

가스의 폭발범위는 온도·압력이 높아지거나 가스량(농도)이 달라지면 넓어지거나 좁아지는 등 함께 변한다.

반면 비열은 물질이 열을 흡수하는 정도를 나타내는 값으로, 폭발범위를 직접 좌우하는 인자로 다루지 않는다.

도시가스의 가스발생설비·가스정제설비·가스홀더 등이 설치된 장소 주위에는 철책이나 철망으로 된 경계책을 높이 1.5m 이상으로 설치해야 한다.

이는 외부인의 무단 접근과 그로 인한 안전사고를 막기 위한 최소 기준이다.

파일박기를 하면 안 되는 범위는 가스배관과 수평거리 30cm 이내이며, 1m가 아니다. 항타기는 가스배관과 수평거리 2m 이상 떨어뜨려야 한다. 2m 이내에서 파일을 박을 때에는 도시가스 사업자가 입회한 상태에서 시험굴착으로 배관 위치를 확인해야 한다. 파일을 뺀 자리는 충분히 메워야 한다.

의료용 가스를 제외한 일반 용기의 도색 구분에서 백색은 액화암모니아에 해당한다.

참고로 산소는 녹색, 질소는 회색, 염소는 갈색으로 구분되어 서로 다른 색으로 식별된다.

일반 도시가스사업 공급시설의 입상관 밸브는 분리가 가능한 구조로 하여 바닥으로부터 1.6m 이상 2.0m 이내의 높이에 설치해야 한다.

이는 사용자가 조작하거나 점검하기에 적절한 높이를 확보하기 위한 기준이다.

공기 중 산소농도가 높아지면 연소에 필요한 산소 공급이 원활해져 연소속도는 빨라지고, 반응이 시작되는 데 필요한 에너지가 줄어들어 발화온도는 낮아진다.

즉 산소농도 증가는 연소를 더 쉽고 빠르게 일으키는 방향으로 작용한다.

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

공기를 압축하는 과정에서 온도가 과도하게 상승하면 설비 손상이나 인화성 물질과의 반응 위험이 커지므로 상한을 정해 둔 것이다.

피로카롤 또는 하이드로 썰파이드 시약을 이용한 오르잣드법으로 측정할 때, 수소의 순도는 98.5% 이상이어야 한다.

이는 수소를 연료나 공정가스로 사용하기 위해 요구되는 최소 순도 기준이다.

고압가스 충전용기의 밸브는 급격한 압력 변화를 막기 위해 서서히 개폐해야 하며, 밸브나 배관을 가열할 때는 열습포 또는 40℃ 이하의 물을 사용해야 한다.

직화나 고온의 물을 사용하면 용기·밸브가 급격히 가열되어 폭발 등 사고로 이어질 수 있어 온도 상한을 둔 것이다.

공기보다 가벼운 도시가스 공급시설을 지하에 설치하는 경우, 통풍구조의 흡입구 및 배기구 관경은 100mm 이상으로 해야 한다.

가벼운 가스가 지하 공간에 체류하지 않고 원활히 배출되도록 충분한 통풍 단면적을 확보하기 위한 기준이다.

진탕형 교반기는 반응기 전체를 흔들어 교반하는 방식으로 회전하는 교반축이 없어, 축이 통과하는 스터핑박스(패킹부)에서의 가스 누설 가능성이 오히려 적은 것이 특징이다.

따라서 스터핑박스에서 누설 가능성이 많다는 설명은 진탕형 교반기의 실제 장점과 반대되는 내용이다.

고압에 사용할 수 있고 반응물의 오손이 없다는 점, 장치 전체가 진동하므로 압력계를 본체에서 떨어뜨려 설치한다는 점, 뚜껑판의 구멍에 촉매가 끼어들 우려가 있다는 점은 맞는 특징이다.

단열층이 어느 정도의 압력을 견뎌 내층을 지지할 수 있고, 최고의 단열성능을 얻으려면 10⁻⁵Torr 수준의 높은 진공도가 필요한 방식은 다층 진공 단열법이다.

여러 겹의 반사층과 단열재를 겹쳐 복사열을 차단하는 구조이기 때문에 고진공 단열법보다도 더 높은 진공도를 요구한다.

가연성가스인 아세틸렌(C₂H₂)의 용기 밸브 충전구 나사는 왼나사로 정해져 있다.

가연성가스는 원칙적으로 왼나사를 사용하지만 암모니아처럼 예외적으로 오른나사를 쓰는 경우도 있으며, 산소·이산화탄소 같은 비가연성가스는 오른나사를 사용한다.

초저온 저장탱크의 액면 측정에는 햄프슨식 액면계가 널리 쓰이며, 이는 액의 정압과 탱크 상부 증기압의 차압을 이용해 액면 높이를 산출하는 방식이다.

전기저항식은 저항 변화를, 벨로우즈식은 압력에 의한 벨로우즈의 신축을 이용하며, 크링카식은 유리를 통해 액면을 직접 들여다보는 직접식이므로 차압식과는 원리가 다르다.

디스펜서는 LP가스 자동차 충전소에서 자동차용 용기(연료탱크)에 용적을 계량하여 충전하는 기기를 말한다.

대량 이송용 압축기 부속 소량 충전기, 저장탱크 역류방지 기기, 충전소 청소용 기기와는 용도가 다르다.

저온장치의 열침입 경로는 대부분 열전도와 열복사이며, 지지요크와 같은 지지부재를 통한 열유입도 전도에 의한 것이지 방사(복사)에 의한 것이 아니다.

• 연결배관에 의한 열전도는 실제 침입 경로이다.
• 외면으로부터의 열복사도 실제 침입 경로이다.
• 밸브 등에 의한 열전도도 실제 침입 경로이다.

따라서 지지요크를 통한 열유입을 열방사로 설명한 항목은 침입 경로 자체는 맞지만 전달 방식이 잘못 기술되어 있다.

회전펌프는 회전자의 회전으로 액을 연속적으로 밀어내므로 맥동이 적다는 것이 장점이며, 연속 토출되어 맥동이 많다는 설명은 이 특성과 반대된다.

• 왕복펌프와 달리 흡입·토출밸브가 없는 구조는 회전펌프의 실제 장점이다.
• 점성이 큰 액체 이송에 적합한 점도 실제 장점이다.
• 구조상 토출압력이 높은 편인 것도 실제 장점이다.

원통형 저장탱크에는 안전밸브·드레인밸브·액면계가 기본 부속품으로 설치되지만, 승압밸브는 저장탱크의 일반 부속품에 해당하지 않는다.

프로판($\mathrm{C_3H_8}$)의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$이며, 1kmol당 5kmol의 산소가 필요하다.

프로판 10kg의 몰수는 $\dfrac{10}{44} = 0.227\ \mathrm{kmol}$이므로 필요 산소량은 $0.227 \times 5 = 1.136\ \mathrm{kmol}$이다.

공기 중 산소 비율 21%를 적용하면 필요 공기량은 $\dfrac{1.136}{0.21} = 5.41\ \mathrm{kmol}$이고, 표준상태 부피로 환산하면 $5.41 \times 22.4 \approx 121.2\ \mathrm{m^3}$이 필요 공기량이 된다.

1회전당 배출 체적은 $\mathrm{면적 \times 행정} = 50\ \mathrm{cm^2} \times 10\ \mathrm{cm} = 500\ \mathrm{cm^3} = 0.5\ \mathrm{L}$이다.

분당 회전수 200rpm을 곱하면 이론 토출량은 $0.5 \times 200 = 100\ \mathrm{L/min}$이고, 여기에 체적효율 80%를 적용하면 실제 토출량은 $100 \times 0.8 = 80\ \mathrm{L/min}$이 된다.

압축된 가스를 단열 상태에서 팽창시킬 때 온도가 낮아지는 현상을 주울-톰슨효과라 하며, 이는 저온장치나 액화 공정에서 냉각원리로 활용된다.

수소취성(고온·고압 수소 분위기에서 강재가 취약해지는 현상)을 방지하기 위해 강에 첨가하는 대표적 원소는 몰리브덴(Mo)·텅스텐(W)·티타늄(Ti) 등이다.

망간(Mn)은 수소취성 방지 첨가원소로 분류되지 않는다.

헴펠법·오르자트법·게겔법은 시료가스를 시약에 흡수시켜 성분을 정량하는 화학적 흡수분석법에 속한다.

반면 산화동법은 시료가스를 산화동과 반응(연소)시켜 분석하는 연소분석법에 해당하여 흡수분석법과 원리가 다르다.

동일한 양정 특성을 가진 원심펌프를 병렬로 연결하면 각 펌프가 동시에 액을 토출하므로 전체 유량이 증가한다.

참고로 펌프를 직렬로 연결하면 유량은 그대로이고 양정이 증가하는 것과 대비된다.

탱크로리는 차량 자체에 탱크를 고정한 형태로 도로를 통해 자유롭게 이동할 수 있어 기동성이 뛰어나고, 용기 대비 다량 수송이 가능해 장·단거리 모두에 적합하다.

비체적은 단위질량당 부피이므로 분자량이 작을수록 비체적이 커진다.

각 가스의 분자량은 수소 2, 메탄 16, 질소 28, 프로판 44이므로 분자량이 작은 것부터 나열하면 비체적이 큰 순서는 수소 - 메탄 - 질소 - 프로판이 된다.

랭킨온도($\mathrm{^\circ R}$)와 켈빈온도(K) 사이에는 $\mathrm{K} = \dfrac{5}{9} \times \mathrm{^\circ R}$의 관계가 성립한다.

절대온도 K는 섭씨에 273.15를 더한 값이고, 화씨↔섭씨 환산은 $\mathrm{^\circ C} = \dfrac{5}{9}(\mathrm{^\circ F} - 32)$이며 랭킨은 화씨에 460을 더한 값이므로, 나머지 세 식은 부호나 계수가 실제와 다르다.

아세틸렌의 공기 중 폭발범위는 약 2.5~81%로, 수소의 폭발범위(약 4~75%)보다 더 넓다. 따라서 수소보다 좁다는 설명은 사실과 반대이다.

• 구리·은·수은 및 그 합금과 반응해 폭발성 화합물(아세틸라이드)을 생성하는 것은 실제 성질이다.
• 일정 압력 이상에서는 공기와 섞이지 않아도 자체 분해폭발을 일으킬 수 있는 것도 실제 성질이다.
• 공기보다 가벼운 무색 기체라는 것도 실제 성질이다.

염소는 수분이 있을 때 강재를 심하게 부식시키지만, 건조한 상태에서는 상온에서 강재에 대한 부식성이 거의 없어 건조 염소는 철제 용기·배관에 저장·이송할 수 있다. 따라서 건조한 상태로 강재를 부식시킨다는 설명은 사실과 다르다.

• 상온·상압에서 황록색의 조연성 기체라는 것은 실제 성질이다.
• 맹독성으로 허용농도가 1ppm 수준이라는 것도 실제 성질이다.
• 수소와 염소의 등량 혼합기체를 염소 폭명기라 부르는 것도 실제 성질이다.

비중 0.58인 액화부탄 1L의 질량은 $0.58 \times 1000 = 580\ \mathrm{g}$이다.

부탄의 분자량은 58g/mol이므로 몰수는 $\dfrac{580}{58} = 10\ \mathrm{mol}$이고, 표준상태 기체 부피로 환산하면 $10 \times 22.4 = 224\ \mathrm{L}$가 된다.

서로 다른 압력 표기를 절대압력 기준으로 환산해 비교하면, 게이지압 $3.1\ \mathrm{kg/cm^2 \cdot g}$는 절대압 $3.1+1.033 \approx 4.13\ \mathrm{kg/cm^2}$로 가장 크다.

절대압 $2.4\ \mathrm{kg/cm^2 \cdot a}$는 그대로 2.4이고, 760mmHg는 1기압( $\approx 1.033\ \mathrm{kg/cm^2}$ )이며, 1017mbar 역시 대기압과 비슷한 수준이므로 게이지압 3.1kg/cm²·g가 가장 높은 압력이다.

수소는 암모니아 합성의 원료로 쓰이며, 이렇게 만들어진 암모니아가 비료의 원료가 되는 것이지 수소 자체가 비료 제조용으로 직접 사용되는 것은 아니다.

환원성이 커서 금속 제련(환원제)에 쓰이거나, 밀도가 낮아 기구(비행선) 부양용 가스로 쓰이는 것은 수소의 실제 용도이다.

LNG는 약 -162℃의 초저온 액체이므로 취급설비 재료는 저온에서도 충격인성을 유지해야 한다.

일반 탄소강은 저온에서 저온취성(충격값 급감)이 발생해 파손 위험이 크므로 부적합하며, 스테인레스강·알루미늄합금·9%니켈강은 저온용 재료로 사용된다.

액화석유가스 설비의 내압시험압력은 원칙적으로 상용압력의 1.5배 이상으로 하며, 공기·질소 등 기체를 사용하는 경우에 한해 별도의 완화 기준이 적용된다.

이 문제는 기체에 의한 내압시험을 제외한 경우이므로 상용압력의 1.5배 이상이 기준이 된다.

1cal ≈ 4.184J의 환산 관계를 이용하면, $10\ \mathrm{J} \div 4.184 \approx 2.39\ \mathrm{cal}$가 된다.

단열 팽창 액화법은 가스를 갑자기 팽창시켜 온도를 낮추는 방식으로, 이는 LP가스 제조에서 주요 방법으로 적용되지 않으며 오히려 냉동공정의 냉동사이클(조닝 냉동기 등)에 해당하는 원리로, LP가스 제조의 일반적인 공정이 아니다.

LP가스 제조법은 천연가스와 원유로부터 프로판·부탄 등 액화석유가스를 분리·회수하는 공정이며, 다음 방법은 모두 실제 산업 공정에서 사용된다.

• 압축 냉각법은 가스를 압축하면서 냉각하여 LP가스를 액화시키는 표준 방법이다.
• 흡수법은 흡수유(absorption oil)를 사용해 LP가스 성분을 선택적으로 흡수하는 방법이다.
• 활성탄 흡착법은 활성탄의 물리흡착을 이용해 LP가스를 회수하는 방법이다.

열의 일당량은 열량을 일량으로 환산하는 상수로, 그 단위는 $\mathrm{kg \cdot m/kcal}$로 표시하는 것이 옳다.

• 엔탈피의 단위는 kcal/kg이지 kcal/kg·℃(비열의 단위)가 아니다.
• 밀도의 단위는 kg/m³이지 kcal/kg이 아니다.
• 비체적의 단위는 m³/kg이지 kg/m³(밀도의 단위)가 아니다.

천연가스는 채굴 과정에서 황화합물(황화수소 등)이 상당량 함유되어 있는 경우가 많아, 정제 과정에서 이를 제거해야 한다.

천연가스의 주성분은 메탄이며, 액화 공정에는 팽창법 외에도 캐스케이드(다단 냉동)법 등 여러 방식이 쓰이고, 채굴 시 혼입된 고분자 탄화수소는 분리·제거하는 것이 일반적이다.

천연가스의 주성분인 메탄은 공기보다 가벼워 누출 시 위로 확산되므로, 공기보다 무거워 바닥에 고인다는 설명은 사실과 다르다.

• 독성이 없고 청결한 가스라는 것은 실제 성질이다.
• 주성분이 메탄이라는 것도 실제 성질이다.
• 발열량이 약 9,500~11,000kcal/m³ 수준이라는 것도 실제 값에 해당한다.

황화수소(H₂S)는 약산성 비금속 산화물로서 1번 유황천의 주성분이며 물에 잘 녹고, 2번 알카리와 반응하여 황화물 염을 생성하며, 3번 무색이고 계란 썩은 냄새가 나는 특성이 모두 참이다. 반면 4번은 황화수소가 산소 중에서 연소할 때 이산화황(SO₂)을 생성하며 파란색 불꽃을 내지만, 육불화황(SF₆)은 황과 불소의 화합물로서 황화수소의 직접적인 산화 생성물이 아니다. 따라서 4번이 정답이다.