아세틸렌 용기의 가스출구가 얼어붙었을 때는 40℃ 이하의 미온수로 녹여야 하므로, 60℃ 이하의 온수로 녹인다는 설명은 틀렸다.
고온의 물을 사용하면 국부적인 온도 상승으로 인해 아세틸렌의 분해폭발 위험이 커지기 때문에 저온에서 서서히 녹이도록 규정하고 있다.
저장소에 화기 엄금을 표시하고 산소용기와 분리 저장하며 통풍이 양호하게 유지하는 것은 모두 올바른 취급기준이다.
암모니아 냉동장치 시운전 시 사용 금지 기체는 산소다. 암모니아는 산소와 접촉할 때 폭발성 혼합물을 형성하며, 특히 고압·고온 환경에서 극히 위험하다.
- 질소는 불활성 기체로 냉동장치 시운전 시 누설 테스트와 안전 퍼지에 표준으로 사용된다.
- 공기도 질소를 주성분으로 하므로 혼입 시 문제가 크지 않다.
- 이산화탄소는 냉동 시스템에서 테스트용으로 사용 가능하다(다만 고압 시 주의 필요).
암모니아-산소 혼합물의 폭발 위험이 냉동장치 운용 규정에서 명시적으로 금지되는 이유다.
액화산소 속에 아세틸렌이 섞이면 폭발 위험이 크므로 이를 검출해야 한다. 검출에는 이로스베이(Ilosvay) 시약을 사용하며, 아세틸렌이 있으면 적색 침전이 생긴다.
독성가스 배관을 지하에 매설할 때는 그 가스가 혼입될 우려가 있는 수도시설과 300m 이상의 거리를 유지해야 한다. 이는 수도법 및 배관 관련 시설기준에서 규정하는 독성가스로부터 수도수질 보호를 위한 안전거리 기준으로, 독성가스 누출 시 확산 범위를 고려한 필수 이격 거리다.
내압시험압력은 최고사용압력의 1.5배로 산정한다.
가스설비를 수리할 때 가연성 가스의 농도는 폭발하한계의 1/4 이하로 유지해야 한다. 아세틸렌은 폭발하한이 2.5%이므로 허용 농도가 2.5 × 1/4 ≈ 0.625% 이하이고, 1%는 이 기준을 넘는다. 수소는 폭발하한 4%의 1/4인 1% 이하, 산소는 18~22%, 독성가스는 허용농도 이하를 유지해야 하므로 나머지 보기는 기준에 맞는다.
고압가스 용기의 도색은 가스 종류별로 법정 색상이 정해져 있으며, 액화암모니아 용기는 백색으로 도색한다.
- 수소 용기는 회색이 아니라 주황색으로 도색한다.
- 아세틸렌 용기는 주황색이 아니라 황색으로 도색한다.
- 액화염소 용기는 황색이 아니라 갈색으로 도색한다.
가연성가스와 산소를 동일 차량에 적재해 운반할 때는 두 충전용기의 밸브가 서로 마주보지 않도록 적재해야 하므로, 밸브가 마주 보도록 한다는 설명은 틀렸다.
밸브끼리 마주보게 되면 충돌이나 진동으로 밸브가 손상될 경우 가연성가스와 산소가 동시에 누출되어 위험이 커지기 때문이다.
촉매적 폭발은 촉매 물질의 작용으로 발생하는 폭발을 의미하며, C₂H₂(아세틸렌)의 폭발은 촉매와 무관하게 자체적인 화학 반응으로 일어나는 화학적 폭발에 해당한다. 1번 화학적 폭발은 화약의 산화·환원 반응, 2번 압력적 폭발은 내부 압력 증가로 인한 용기 파열, 4번 중합적 폭발은 중합 반응 중 급격한 열 발생(HCN의 중합)으로 각각 올바르게 분류되지만, 3번만 폭발의 종류와 그 예시가 맞지 않는다.
LPG 충전소의 "충전 중 엔진정지" 표지판은 황색바탕에 흑색글씨로 설치해야 한다.
이는 눈에 잘 띄도록 경고 표지의 배색 기준을 규정한 것으로, 충전 작업 중 화기·정전기 발생을 방지하기 위한 조치이다.
현열(顯熱)은 단위 질량의 물질의 온도를 1K(또는 1℃) 올리는 데 필요한 열량이 맞으나, 문제는 이를 "현열"이라 정의하는 것이 부정확하다는 점이다. 정확히는 단위 질량당 온도 1도 상승에 필요한 열량을 "비열(specific heat)"이라 하고, 현열은 물질의 온도 변화를 수반하는 열의 형태를 지칭하는 개념이지 그 정의 자체가 아니다.
- 열의 전달 방법 3가지(전도, 대류, 방사) 분류는 올바르다.
- 임계온도 이상에서는 압력만으로 액화 불가능한 성질은 정확하다.
- 일정 압력에서 액체의 비점 도달 후 상변화 과정에서 온도 일정의 원리는 맞다.
지하 저장탱크 설치 기준에서 탱크 정상부와 지면 간 거리는 40㎝ 이상이 아니라 60㎝ 이상이어야 한다. 1번 마른 모래 충전, 3번 인접 탱크 간 1m 이상 거리 유지, 4번 지상 경계 표시는 모두 저장탱크 설치 기준에 부합하는 올바른 사항이다.
프로판·염소·포스겐은 모두 비중이 공기보다 큰 가스로, 누출 시 낮은 곳(바닥)에 체류한다.
- 수소와 아세틸렌은 공기보다 가벼워 위로 확산되므로 바닥에 체류하는 조합이 아니다.
- 암모니아는 공기보다 가벼운 가스이므로 바닥 체류 조합에 포함될 수 없다.
독성가스의 처리·저장능력이 3만kg 초과 4만kg 이하이면 안전거리는 제1종 보호시설 27m, 제2종 보호시설 18m이다. 수용정원이 300명 이상인 공연장은 제1종 보호시설이므로 38,000kg인 액화염소 시설은 27m를 유지해야 한다.
혼합 가스의 폭발 하한값은 각 성분의 체적비와 폭발 하한값을 이용하여 역수의 가중평균으로 계산한다.
공식은
이다. 주어진 값을 대입하면
이고, 이를 계산하면
이다.
따라서
로, 약 2.4%가 된다.
가연성가스 제조시설과 산소 제조시설은 화재·폭발 위험을 방지하기 위해 10m 이상의 거리를 유지해야 한다. 이는 고압가스안전관리법 시행규칙에서 규정하는 가연성가스와 산소 등 산화제 취급시설 간의 안전거리 기준으로, 두 시설이 근접할 경우 누출·혼합 시 급속 연소의 위험성이 있기 때문이다.
아연은 아세틸렌과 반응하여 폭발성 화합물을 형성하지 않으므로, 아세틸렌 설비의 용기나 배관 재료로 안전하게 사용될 수 있어 폭발 원인과 가장 거리가 멀다. 아세틸렌은 동, 은, 수은 등과 반응하여 폭발성 금속 아세틸화물을 형성하는 특성이 있다.
- 동 아세틸화물(Cu₂C₂)은 가장 민감하여 충격·마찰·열에 의해 폭발한다.
- 은 아세틸화물(Ag₂C₂)도 고감도 폭발물이다.
- 수은 아세틸화물(HgC₂)도 고감도 폭발물이다.
따라서 아세틸렌 설비에서는 동·은·수은 함유 재료의 사용이 엄격히 제한된다.
도시가스배관 보호판의 두께는 중압 이하 배관은 4mm 이상, 고압 배관은 6mm 이상이다. 따라서 중압 배관의 보호판 두께는 4mm이다.
액화석유가스 사용시설의 엘피지 용기집합설비에서 용기, 용기밸브, 압력조정기를 직사광선, 눈 또는 빗물로부터 보호해야 하는 기준은 저장능력 100kg 이하일 때이다. 이는 소규모 LPG 설비에 대한 기본적인 안전 관리 기준으로, 용기 표면의 부식 방지와 압력조정 장치의 정상 작동을 위해 필요한 환경 조건을 규정하고 있다.
포스겐(COCl₂)은 극독성 기체로, 누설·취급 시 안전 관리가 매우 중요한 물질이다. 포스겐을 함유한 폐기액은 산성물질로 처리하면 안 되며, 대신 염기성 용액(수산화나트륨 등)으로 중화하여 처리해야 한다. 산성물질 처리는 포스겐의 화학적 성질상 부적절하다. 반면 2번 방독마스크 착용, 3번 환기시설 설치, 4번 극소량 누설도 주의하는 것은 모두 포스겐 취급의 올바른 안전 수칙이다.
LNG(액화천연가스)의 주성분은 메탄()이다.
천연가스는 지하에서 채취한 상태 그대로 대부분 메탄으로 구성되며, 이를 냉각·액화하여 수송·저장하는 것이 LNG이다.
KS D 3507(배관용 탄소 강관)은 상온·저압 일반 배관용으로, 고압가스설비에는 부적합하다. 상용의 온도에서 사용압력이 12kg/cm²인 고압가스설비 배관재료의 적합성은 KS 규격의 용도 정의에 따라 결정되며, 12kg/cm²는 고압가스 범위이므로 일반 배관용 규격인 3507이 배제된다.
- KS D 3562(압력배관용 탄소 강관)는 고압 환경에 설계되어 고압가스설비에 적합하다.
- KS D 3570(고온 배관용 탄소 강관)은 고온 고압 조건에 설계되어 고압가스설비에 적합하다.
- KS D 3576(배관용 스테인리스 강관)은 부식 및 고압 환경에 설계되어 고압가스설비에 적합하다.
고압가스 특정제조시설의 배관을 해저에 설치할 때는 다른 배관과 수평거리로 30m 이상을 유지해야 하므로, 20m 이상이라는 기준은 틀렸다.
배관을 해저면 밑에 매설하고 원칙적으로 다른 배관과 교차하지 않도록 하며, 입상부에는 보호시설물을 설치하는 것은 올바른 기준이다.
고압가스 용기는 항상 40℃ 이하로 유지·관리해야 한다.
온도가 높아지면 용기 내부 압력이 상승하여 파열 등 안전사고 위험이 커지므로, 직사광선을 피하고 온도를 관리하도록 규정하고 있다.
도시가스배관 주위를 굴착할 때 배관의 좌우 1m 이내에서는 인력으로 굴착해야 한다.
이 범위 안에서 굴착기계를 사용하면 배관 손상 위험이 크기 때문에, 사람이 직접 조심스럽게 파내도록 규정한 것이다.
이상기체 상태방정식을 이용해 절대압력 기준으로 온도 변화에 따른 압력을 구하면 된다.
절대압력으로 환산하면 , 절대온도는 , 이다.
정적과정이므로 이고, 다시 게이지압력으로 바꾸면 가 된다.
일산화탄소는 니켈(Ni)과 반응하여 니켈카르보닐()이라는 금속카르보닐을 생성한다.
이 반응은 니켈 정련 공정(몬드법)에 이용되며, 철 역시 카르보닐을 생성하는 대표적인 금속이다.
가연성가스를 압축하는 압축기와 충전용 주관 사이의 배관에는 역화방지장치가 아니라 역류방지밸브를 설치한다. 역화방지장치는 가연성가스 압축기와 오토클레이브 사이 배관, 아세틸렌 고압건조기와 충전용 교체밸브 사이 배관, 아세틸렌 충전용 지관에 설치한다.
냄새로 쉽게 구분할 수 있는 가스는 자극적이고 강한 특유의 냄새를 가진 것들로, 이를 가장 많이 포함한 것은 염소, 암모니아, 메탄올이다. 염소는 자극적인 노란색 기체로 강한 냄새가 있고, 암모니아는 알칼리성의 자극적인 냄새로 즉시 감지되며, 메탄올은 알코올 냄새가 난다.
반면 프레온가스·질소·이산화탄소, 일산화탄소·알곤, 아세틸렌·부탄·프로판은 무색무취이거나 냄새가 약해서 육안과 후각으로 구분하기 어렵다.
액화 아세틸렌은 아세톤에 용해된 상태로 다공질 물질(규조토 등)을 담은 실린더에 저장되므로 이중각식 구형저장 탱크가 필요하지 않다. 액체 산소·질소·에틸렌은 극저온 액화가스로서 기화열이 크고 누출 시 위험성이 높아 이중각식 구형탱크(내조와 외조 사이의 단열재)로 보온·안전성을 확보해야 한다. 아세틸렌은 화학적 특성상 가압 액화 상태로 존재할 수 없어 아세톤 용액 형태로만 저장 가능하므로, 일반 실린더 저장이 표준이다.
가스미터의 사용공차는 실제 사용 상태에서 허용되는 오차로 ±4%이다. 검정을 받을 때 적용하는 검정공차는 ±1.5%이다.
플랜지 패킹은 플랜지 접합부의 누수를 방지하기 위해 두 플랜지 사이에 삽입되는 밀폐재로, 압축성 재료로 만들어져야 한다. 합성수지, 석면, 금속 패킹은 모두 플랜지 패킹의 일반적인 종류이며, 특히 금속 패킹(메탈 가스켓)은 고온·고압 배관에서 광범위하게 사용된다. 반면 모울드 패킹은 회전축 주변에서 누수를 방지하기 위해 사용되는 동적 밀폐장치로, 플랜지 정적 접합부에 적용되지 않는 별개의 패킹 유형이다.
사염화탄소(CCl₄)는 비극성 유기용제로 물을 섞지 않으며, 금속과의 반응성이 낮고, 휘발성이 우수해 건조가 용이하고, 극저온에서도 안정적이어서 정밀기기 세정에 표준적으로 사용된다. 공기액화 분리장치는 극저온(-196℃ 이상)에서 작동하는 정밀기기로, 세정액은 낮은 휘발성, 금속 부식성 없음, 극저온에서 안정성을 갖춰야 한다.
- 탄산나트륨과 가성소다는 수용성 알칼리로 물을 포함하며 금속 부식을 유발하고 극저온에서 동결·결정화 위험이 있다.
- 염산은 산성으로 금속 부식성이 매우 강하다.
도시가스 측정 항목은 가스의 안전성과 품질 관리를 위해 규정되어 있다. 압력 측정은 배관 시스템의 안전성 확보를 위해 필수이고, 연소성 측정은 가스의 착화 위험성 판단을 위해 반드시 확인해야 하며, 열량 측정은 공급되는 가스의 품질 기준 충족 여부를 판정하는 핵심 항목이다. 반면 농도 측정은 도시가스 품질 규정에서 명시된 필수 측정 항목이 아니며, 누출 감지나 특정 상황에서만 선택적으로 실시되므로 반드시 측정하지 않아도 되는 항목이다.
펌프의 상사법칙에 따르면 유량은 회전수에 비례하고 양정은 회전수의 제곱에 비례한다.
따라서 유량은 1.75배, 양정은 3.06배가 된다.
탄소강은 저온이 될수록 연신율이 감소하여 취성이 커지는 특성을 보인다.
- 오스테나이트계 스테인리스강은 저온에서도 저온취성이 거의 없어 극저온용 재료로 널리 쓰인다.
- 알루미늄은 저온에서도 취성이 잘 나타나지 않아 저온용 재료로 적합하다.
- 탄소강은 저온이 되면 인장강도가 저하하는 것이 아니라 오히려 증가하면서 연성이 떨어진다.
고온·고압의 가스 배관에서 사용되며 필요할 때 분해·정비가 가능한 접합 방식은 플랜지 접합이다.
볼트로 체결하는 구조이므로 배관을 절단하지 않고도 분리·재조립할 수 있어 유지보수가 잦은 배관에 적합하다.
원심펌프를 병렬로 연결해 운전하면 유량은 증가하지만 양정은 단독운전 때와 거의 동일하게 유지된다.
이는 같은 배관계에 각 펌프가 동일한 토출압(양정)을 형성하며 유량만 합쳐지는 병렬운전의 특성 때문이다.
가스 검지기는 가스의 비중에 따라 설치 높이를 달리해야 하므로, 무조건 지면에서 1m 이상 높이에 설치해야 한다는 설명은 틀렸다.
공기보다 무거운 LPG 등은 바닥 가까운 낮은 위치에, 공기보다 가벼운 도시가스는 천장 가까운 높은 위치에 검지기를 설치하는 것이 원칙이다.
압력계는 전용 "금유" 압력계를 사용하고, 온도계는 감온부 반응이 정확한 것을 쓰며, 차압식 유량계는 교축부 전후 압력차가 있는 곳에 설치하는 것은 모두 올바른 기준이다.
공기 액화 사이클 중 축냉기는 클로우드식이 아니라 카피자식 공기 액화 사이클의 구성 장치이므로, 클로우드식과 축냉기를 연결한 설명은 틀렸다.
클로우드식은 팽창기(피스톤 팽창기)를 이용해 단열팽창시키는 방식이 특징이다.
린데식의 액화기, 필립스식의 보조 피스톤, 카피자식의 압축기 구성은 각 사이클의 특징과 올바르게 대응한다.
연소용 공기를 전부 2차 공기로만 취하는 연소 방식은 적화식이다.
적화식은 버너 주위에서 공기를 미리 섞지 않고 불꽃 주변에서 확산에 의해 공기를 취하는 방식으로, 예혼합 없이 연소가 이루어지는 것이 특징이다.
자유 피스톤식 압력계의 압력은 추와 피스톤의 무게를 피스톤 단면적으로 나눈 값이다.
피스톤 직경이 4cm이므로 반지름은 2cm이고, 단면적은 이다.
고압가스 제조시설에서 안전밸브는 감압밸브의 뒤쪽(출구측) 배관에 설치해야 하므로, 감압밸브 앞의 배관에 설치한다는 설명은 잘못되었다.
압축기 토출측, 반응탑, 저장탱크에 안전밸브를 설치하는 것은 모두 올바른 기준이다.
압축기를 이용한 LP가스 이송 방식은 저온에서 부탄이 재액화되기 쉽다는 단점이 있으므로, 재액화되지 않는다는 설명은 잘못되었다.
압축기 이송은 잔가스 회수가 쉽고 베이퍼록 현상이 없으며 펌프 방식보다 이송시간이 짧다는 장점이 있지만, 저온에서의 부탄 재액화는 대표적인 단점으로 꼽힌다.
감압가열 방식은 먼저 조정기(감압밸브)로 압력을 낮춘 뒤 열교환기로 가열하여 기화시키는 방식이므로, 열교환기로 먼저 기화시킨 후 조정기로 감압한다는 설명은 순서가 뒤바뀐 틀린 설명이다.
열교환기로 먼저 액을 기화시킨 다음 조정기로 감압하는 방식은 가온감압 방식에 해당한다.
기화기는 LP가스 종류에 관계없이 한냉기에도 충분히 기화시킬 수 있고, 기화부·제어부·조압부로 구성되며, 증발 형식에 따라 순간증발식과 유입증발식으로 나뉜다는 설명은 모두 옳다.
표준상태에서의 기체 부피는 몰수에 22.4L를 곱해 구한다.
부탄()의 분자량은 이므로, 580g은 이다.
다음 보기와 같은 반응은 어떤 반응인가?
수소 원자가 염소 원자로 하나씩 바뀌면서 HCl이 떨어져 나가는 치환반응이다.
메탄이 염소와 만나면 메탄의 수소 한 개가 염소로 자리바꿈하고, 밀려난 수소는 염소와 결합해 HCl로 빠져나간다. 이 과정이 반복되어 CH2Cl2까지 진행되는데, 이처럼 어떤 원자(원자단)가 다른 원자로 교체되는 반응을 치환이라 하며 포화탄화수소인 메탄의 대표 반응이다.
- 첨가는 이중·삼중결합이 끊기면서 원자가 더해지는 반응이라 불포화탄화수소에서 일어난다.
- 중합은 같은 단위체가 여러 개 이어져 고분자가 되는 반응이고, 축합은 두 분자가 결합하면서 물 같은 작은 분자를 내놓는 반응이다.
절대압력은 게이지압력에 대기압을 더한 값이라는 정의가 옳다.
- 액두압은 저장탱크 상부(기상부)의 압력이 아니라 액체 기둥의 깊이에 의해 생기는 압력을 말한다.
- 고압가스법에서 사용하는 압력은 별도의 언급이 없는 한 절대압력이 아니라 게이지압력을 기준으로 한다.
- 대기압보다 낮은 압력은 절대압력이 아니라 진공압(부압)이라고 한다.
아세틸렌 발생법은 카바이드와 물을 접촉시키는 방식에 따라 투입식·주수식·침지식으로 나뉘며, 이 중 투입식은 물에 카바이드를 조금씩 투입하는 방식으로 발생량과 온도 조절이 쉬워 대량 생산에 적합하다.
주수식은 카바이드에 물을 부어 반응시키는 방식으로 불순물이 많고 소량 생산에 쓰이며, 침지식은 발생량 조절이 어려워 이동식·소형에 주로 쓰인다. 고압식·축열식은 아세틸렌 발생법으로 쓰이는 방식이 아니다.
암모니아의 폭발범위는 공기 중에서 15~28%이지만, 산소 중에서는 이보다 훨씬 넓은 범위로 확대되므로 산소 중에서도 15~28%라는 설명은 옳지 않다.
암모니아는 물에 매우 잘 녹으며 수용액은 알칼리성을 띠고, 반응식은 올바른 연소 반응이다.
표준대기압 하에서 물 1kg을 1℃ 올리는 데 필요한 열량의 단위는 kcal이다.
B.T.U는 물 1lb를 1℉ 올리는 열량, C.H.U는 물 1lb를 1℃ 올리는 열량 단위로 각각 다른 기준을 사용한다.
화씨온도를 섭씨온도로 환산하는 공식은 이다.
LPG는 공기보다 비중이 커서 누설되면 낮은 곳(바닥)에 고이는 성질이 있다.
이 때문에 LPG를 사용하는 공간은 환기구를 바닥 쪽에 두는 등 누출가스가 정체되지 않도록 관리해야 한다.
질소는 안정한 가스이지만 고온에서 Mg, Ca, Li 등의 활성 금속과 반응하여 질화물을 생성하므로, 반응하지 않는다는 설명은 틀렸다.
질소는 고온에서 산소와 반응해 산화질소가 되고, 고온·고압에서 수소와 반응해 암모니아를 생성하며, 탄화칼슘과 반응해 칼슘시안아미드(석회질소)를 생성한다는 설명은 모두 옳다.
카바이드() 제조·반응 과정과 관련된 물질은 원료인 석회석(), 중간 생성물인 생석회(CaO), 물과의 반응 생성물인 아세틸렌()이며, 염화칼슘()은 이 과정과 관련이 없는 물질이다.
액비중은 액체의 밀도를 물의 밀도(4℃, 1 atm에서 1 g/cm³)와 비교한 값으로, 같은 부피에서 액체가 물보다 얼마나 가볍거나 무거운지를 나타낸다. 각 물질의 액비중을 비교하면: 휘발유는 약 0.70~0.75, 산소(액체)는 약 1.14, 염소(액체)는 약 1.56, 프로판(액체)은 약 0.58이다. 따라서 프로판이 0.58으로 가장 작은 액비중을 가지며, 이는 프로판이 같은 부피의 물보다 가장 가볍다는 의미다.
의 관계가 성립한다.
이는 열의 일당량(약 4.2 J/cal)의 역수에 해당하는 값이다.
아르곤은 상온에서 액화시키기 어려운 불활성기체로, 기체 상태로 탄소강 용기에 압축 충전하여 사용한다.
프레온, 이산화탄소, 프로필렌은 상온에서도 비교적 쉽게 액화되는 가스로 액화가스 형태로 충전하여 사용한다.
지연성(조연성) 가스는 그 자체는 타지 않지만 다른 물질의 연소를 돕는 가스로, 산소와 산화질소가 이에 해당한다.
- CO와 H2는 스스로 연소하는 가연성 가스이다.
- N2와 Ar은 연소를 돕지도 스스로 타지도 않는 불활성 가스이다.
- 석탄가스와 수성가스는 CO, H2 등을 포함한 가연성 혼합가스이다.
엔탈피 I는 내부에너지 U와 외부에 대해 한 일(유동일) W를 더한 값으로 정의된다.
즉 형태로 나타내며, 압력-부피 곱으로 표시되는 유동일을 내부에너지에 합산한 것이 총 엔탈피이다.
차·나눗셈·곱셈 형태로 표시한 나머지 관계식들은 엔탈피의 정의와 맞지 않는다.