04년 2회차

독성의 세기는 허용농도(TLV)가 낮을수록 크며, 보기 중 염소($Cl_2$)의 허용농도가 가장 낮아 독성이 가장 크다.

일산화탄소·산화질소·시안화수소도 독성가스이지만 염소보다 허용농도가 높아 상대적으로 독성이 약하다.

액화산소 저장탱크의 방류둑은 저장능력에 상당하는 용적의 60% 이상으로 설치하도록 규정되어 있다.

이는 가연성·독성가스 저장탱크의 방류둑이 저장능력 상당용적의 100% 이상을 요구하는 것과 구별되는 산소 특유의 기준이다.

특정고압가스 사용시설의 소비설비 작동상황 점검은 1일 1회 이상 실시해야 한다. 고압가스 안전관리법령에서 특정고압가스(산소, 아세틸렌 등 위험도 높은 가스)를 취급하는 사용시설은 안전성 확보를 위해 가장 빈번한 점검 주기를 요구하며, 소비설비의 작동 여부와 이상 징후를 매일 확인하도록 규정하고 있다.

고압가스용기의 누설 확인은 비눗물 등 안전한 방법으로 해야 하며, 성냥불로 누설을 확인하는 행위는 화재·폭발 위험이 있어 금지되므로 안전점검 기준에 해당하지 않는다.

용기의 부식·도색·표시 확인, 캡·프로텍터 부착 여부 확인, 재검사 기간 도래 여부 확인은 모두 정상적인 안전점검 항목이다.

독성가스 제조시설 식별표지에서 가스 명칭을 제외한 글씨의 색상은 흑색이다. 참고로 바탕은 백색, 가스 명칭은 적색으로 표시한다.

가연성가스 제조설비의 전기설비는 원칙적으로 방폭구조로 해야 하지만, 암모니아는 브롬화메탄과 함께 방폭성능 적용 대상에서 제외되는 예외 가스이다.

수소, 프로판, 일산화탄소는 모두 방폭구조 적용 대상 가연성가스이다.

아세틸렌이 은·수은 등의 금속과 반응해 폭발성 금속 아세틸리드를 생성한 뒤 폭발하는 현상은 화합폭발에 해당한다.

분해폭발은 아세틸렌 자체가 압력에 의해 분해되며 일으키는 폭발이고, 산화폭발은 산소와의 반응, 압력폭발은 용기 내압 상승에 의한 파열을 말하므로 이 사례와는 다르다.

도시가스 배관을 철도부지 밑에 매설할 경우 배관의 외면과 지표면 사이의 거리는 1.2m 이상을 유지해야 한다.

염소는 수분이 있을 때(습윤 상태) 강재를 심하게 부식시키며, 반대로 건조한 상태에서는 부식성이 크지 않아 압축가스 상태로 취급할 수 있다. 건조한 경우 심한 부식성을 나타낸다는 설명이 틀렸다.

고온에서 철과 직접 반응하는 것, 물과 반응해 염산을 생성하는 것, 이 때문에 내산도기·유리·염화비닐 같은 재료가 적합하다는 설명은 모두 옳다.

전기시설물과의 접촉 등 사고 우려가 없는 장소에서 일반도시가스사업자 정압기의 가스 방출관 방출구는 지면으로부터 5m 이상의 높이에 설치해야 한다.

독성가스 저장탱크의 과충전 방지장치는 가스 충전량이 저장탱크 내용적의 90%를 초과하면 더 이상 충전되지 않도록 작동해야 한다.

운반 중 가스 누설부분을 수리할 수 없는 사고가 발생했을 때는 위험 요소를 적극적으로 제거해야 하며, 착화되었더라도 안전하다고 판단해 그대로 방치하는 것은 옳은 조치가 아니다.

안전한 장소로 이동, 독성가스 누설 시 제독 조치, 비상연락망을 통한 관계 기관 협조 요청은 모두 적절한 사고 대응 절차이다.

수소와 산소가 부피비 2:1로 혼합된 상태에서 점화되면 격렬히 반응해 폭발하는 혼합기체를 수소 폭명기라고 한다.

$2H_2+O_2\rightarrow2H_2O$

액화석유가스 판매업소의 충전용기 보관실에 강제통풍장치를 설치할 때 통풍능력은 바닥면적 1m²당 0.5m³/분 이상이어야 한다.

착화점(발화점)은 발열량과 반응 활성도가 클수록, 산소농도가 클수록, 분자구조가 복잡할수록 낮아지는 경향이 있다.

분자구조가 간단할수록 착화점이 낮아진다는 설명은 이와 반대로 서술된 것이어서 틀렸다.

액화암모니아는 독성가스이면서도 차량 고정탱크 운반 시 내용적 제한에서 예외로 취급된다.

고압가스 안전관리법령상 차량에 고정된 탱크의 내용적은 가연성가스(액화석유가스 제외)와 산소는 18,000ℓ를, 독성가스(액화암모니아 제외)는 12,000ℓ를 초과할 수 없도록 정하고 있다.

• 수소는 가연성가스, 산소는 규정에 명시된 가스로 각각 18,000ℓ 상한이 적용된다.
• 액화염소는 독성가스로 12,000ℓ 상한이 적용된다.
• 액화암모니아는 이 12,000ℓ 규정에서 제외되는 예외 가스이므로, 12,000ℓ로 한정한 서술은 틀렸다.

폭발범위는 혼합가스가 폭발할 수 있는 농도 범위를 나타내며, 폭발범위가 넓을수록 폭발 위험성이 높다. 주요 가스의 폭발범위(공기 중 부피%)는 다음과 같다: H₂ 4~75%(범위 71%), C₂H₂ 2.5~80%(범위 77.5%), CH₄ 5~15%(범위 10%), CO 12.5~74%(범위 61.5%)이다.
폭발범위를 넓은 순서대로 정렬하면 C₂H₂(77.5%) > H₂(71%) > CO(61.5%) > CH₄(10%)이므로, 정답은 3번 C₂H₂, H₂, CO, CH₄이다.

두 저장탱크 사이의 간격은 원칙적으로 1m 이상이지만, 두 탱크의 최대직경을 합산한 길이의 4분의 1이 1m 이상이면 그 계산된 길이만큼 간격을 두어야 한다.

즉 저장탱크 상호간 이격거리는 1m와 최대직경 합의 1/4 값 중 더 큰 쪽을 적용하는 구조이며, 문제처럼 그 1/4 값이 1m 이상인 경우에는 그 산출된 길이 자체가 유지해야 할 간격이 된다.

염소는 가연성가스인 아세틸렌·암모니아·수소와 반응성이 커서 동일 차량에 함께 적재해서는 안 된다.

고압가스 운반기준상 염소와 이들 가연성 가스는 혼합 적재 시 사고 위험이 크므로 반드시 별도 차량으로 운반하도록 규정하고 있다.

최소점화에너지는 가연성 혼합가스를 점화시키는 데 필요한 최소한의 에너지로, 가스의 조성·온도·압력 등 물리·화학적 조건에 따라 달라진다.

온도와 압력이 높을수록, 혼합가스의 조성(농도)이 화학양론비에 가까울수록 최소점화에너지는 작아진다.

반면 가스의 색상은 연소 특성과 무관한 외관상의 성질이므로 최소점화에너지에 영향을 주는 인자가 아니다.

가연성가스 검지경보설비의 경보농도는 폭발하한계(LEL)의 4분의 1 이하로 설정한다.

아세틸렌의 폭발하한은 약 2.5%이므로 그 4분의 1인 $0.625\%$가 경보설정값이 되어 이 서술이 옳다.

• 수소는 폭발하한이 약 4%이므로 경보설정값은 그 4분의 1인 약 1%가 되어야 한다. 4%는 하한값 자체다.
• 독성가스는 허용농도(TLV-TWA) 이하로 경보값을 설정하는데, 암모니아의 허용농도는 25ppm이므로 60ppm은 기준을 넘는다.
• 일산화탄소의 허용농도는 50ppm 수준이어서 3%(30,000ppm)는 기준과 크게 어긋난다.

겨울철 LPG 용기에서 가스가 잘 나오지 않을 때는 40℃ 이하의 미지근한 물이나 열습포로 서서히 데워야 한다.

• 용기를 힘차게 흔드는 것은 급격한 액체 유동을 일으켜 안전에 좋지 않다.
• 90℃의 뜨거운 물을 붓는 것은 용기 내압을 급격히 상승시켜 위험하다.
• 화기를 직접 사용해 용기를 가열하는 것은 폭발 위험이 있어 절대 금지된다.

이동식 초저온 용기를 다룰 때는 면장갑이 아닌 방한용 가죽장갑 등을 사용해야 한다.

면장갑은 극저온 액체가 스며들면 오히려 동상을 유발할 위험이 있어 초저온 용기 취급에는 적합하지 않다.

고도의 진공 단열구조이므로 충격을 금하고, 직사광선·비·눈을 피하며 통풍이 불량한 지하실 등에 두지 않는 것은 모두 올바른 취급 요령이다.

입상관에 설치하는 밸브는 분리가 가능한 구조로, 바닥으로부터 $1.6\mathrm{m}\sim 2.0\mathrm{m}$ 이내의 높이에 설치해야 한다.

사용자가 조작하기 쉬운 높이에 밸브를 두어 유지관리와 긴급 차단이 용이하도록 정한 기준이다.

가스용기를 점검할 때는 밸브를 정상적으로 조작할 수 있는 상태를 유지해야 하며, 밸브 핸들을 임의로 제거해서는 안 된다.

핸들을 제거하면 오히려 긴급 상황에서 신속하게 밸브를 잠그거나 열 수 없게 되어 안전관리에 반하므로, 이 항목이 옳지 않은 점검사항이다.

용기의 부식 상태, 밸브 그랜드 너트 고정핀 이탈 여부, 용기 도색·표시 확인은 모두 정상적인 점검 항목이다.

옥외 공동구 벽을 관통하는 배관에 요구되는 손상 방지 조치는 지반의 부등침하가 미치는 영향을 줄이는 조치, 보호관과 배관 사이에 가황 고무 등을 충전하는 조치, 공동구 내외에서 배관에 작용하는 응력을 차단하는 조치다.

세 가지 모두 관통부에서 배관에 집중되는 변위·응력·충격을 완화해 배관이 손상되지 않도록 하는 데 목적이 있다.

반면 보호관의 지름을 배관 바깥지름에 일정 치수를 더한 값으로 정하는 내용은 이 관통부 손상 방지 조치로 열거된 항목이 아니므로 해당하지 않는다.

분해연소는 목재·석탄·종이처럼 고체 가연물이 열분해로 가연성 증기를 발생시키며 타는 연소 형태다.

수소는 상온에서 이미 기체 상태인 가연성 가스로, 열분해 과정 없이 공기와 직접 혼합되어 연소하므로 분해연소에 해당하지 않는다.

액화석유가스 지상 저장탱크는 저장능력 구간별로 제1종 보호시설(종합병원 등)과의 이격거리가 정해져 있으며, 저장능력이 클수록 이격거리도 커진다.

저장능력 15,000kg(15톤)은 10톤 초과 20톤 이하 구간에 해당하여 종합병원과 $21\mathrm{m}$ 이상의 거리를 유지해야 한다.

특정고압가스는 수소·산소·액화암모니아·아세틸렌·액화염소·천연가스 및 반도체 공정용 모노실란류 등 법령이 별도로 지정한 가스를 말한다.

이산화탄소는 불연성·비독성 가스로 이 지정 목록에 포함되지 않으므로 특정고압가스에 해당하지 않는다.

시안화수소는 중합폭발 위험이 커서 순도 98% 이상을 유지하고 아황산가스·황산 등의 안정제를 첨가하며, 충전 후 60일이 지나기 전에 다른 용기로 옮겨 재충전해야 한다.

누출검사는 염화제1동 착염지가 아니라 질산구리벤젠 시험지 등을 사용해 1일 1회 이상 실시해야 하므로, 1일 2회에 염화제1동 착염지를 쓴다는 서술은 틀렸다.

원심식(터보형) 압축기는 회전차의 원심력으로 가스를 압송하는 구조로, 저압에서 대용량 가스를 연속적으로 처리하는 데 적합하다.

왕복동식이나 회전식은 상대적으로 소·중용량, 고압 처리에 강점이 있어 대용량 저압 처리에는 원심식이 주로 쓰인다.

왕복펌프는 피스톤의 왕복운동으로 인해 흡입과 토출이 반복되면서 유량이 맥동(변동)하는 특성을 가지며, 이러한 맥동을 감소시키기 위해서는 공기실(에어실)을 설치한다. 공기실 내 압축된 공기가 쿠션 역할을 하여 펌프 토출 시 압력 상승을 완화하고, 펌프 비토출 시 공기가 팽창하면서 계속 유량을 공급함으로써 유량의 맥동을 평활화한다.

• 서지탱크는 수압변동 완화 용도로 맥동 감소와는 무관하다.
• 스트레이너는 여과 장치로 맥동 감소와는 무관하다.
• 체크밸브는 역류 방지 장치로 맥동 감소와는 무관하다.

원통형 저장조의 경판은 형상에 따라 내압강도가 달라지며, 반구형 경판이 압력을 가장 균등하게 분산시켜 내압강도가 가장 높다.

일반적으로 내압강도는 반구형, 반타원형, 접시형, 원추형 순으로 낮아진다.

방류둑 설치 여부는 액화가스의 증발속도가 아니라 저장능력(저장량)을 기준으로 정해진다.

가연성·독성 액화가스 저장탱크는 일정 저장능력 이상일 때 방류둑을 설치하도록 규정되어 있으므로, 증발속도가 빠른 가스에만 저장량과 무관하게 설치한다는 서술은 틀렸다.

나머지 보기인 충전량 제한, 가연성 저온저장탱크의 부압방지 조치, 안전밸브의 기상부 설치는 모두 액화가스 저장탱크 기준에 맞는 내용이다.

가스배관의 마찰저항에 의한 압력손실은 관의 길이·유속의 제곱·가스비중에 비례한다.

또한 압력손실은 관벽의 조도(거칠기)에도 영향을 받는데, 관벽이 거칠수록 마찰계수가 커져 압력손실이 증가하므로 관벽 상태와 무관하다는 서술은 틀렸다.

LPG 저장탱크에는 평행투시식·차압식·고정튜브식 액면계 등이 주로 사용된다.

브르돈관식은 관 내부 압력 변화를 이용해 압력을 측정하는 압력계로, 액위를 측정하는 액면계가 아니다.

공기 액화분리장치에서는 공기 중 산소가 액화되어 장치 내부에 액체산소로 축적되는데, 이 액체산소가 가연성 단열재(코르크 등)에 스며들면 강한 산화·폭발 위험이 생긴다.

따라서 공기 액화분리장치에는 가연성 단열재 대신 불연성 단열재를 사용해야 하며, 그 이유는 바로 이 산소($\mathrm{O_2}$) 때문이다.

다이어프램식 압력계는 금속 다이어프램의 탄성 변형으로 압력을 측정하는 기기로, 온도 변화에 따라 금속의 탄성계수와 열팽창이 발생하므로 측정값에 영향을 받는다. 1번 반응속도는 기계적 변형이 즉각적이어서 빠르고, 2번 정확성은 정밀 기계식 압력계 중 하나로 높으며, 4번 점도가 큰 유체(예: 기름, 진흙)는 액체 압력계처럼 유속에 방해받지 않으므로 다이어프램식이 적합하다. 따라서 온도에 따른 영향이 적다는 것이 다이어프램식의 특징이 아니다.

주철관 접합에는 기계적 접합, 소켓 접합, 빅토릭 접합 등이 사용된다.

플레어 접합은 동관 등 얇고 유연한 관을 나팔모양으로 벌려 이음쇠로 조이는 접합법으로, 주철관 접합법에 해당하지 않는다.

고압가스 설비에서 수소취성(강재가 수소를 흡수해 취약해지는 현상)을 억제하기 위해 몰리브덴·크롬·티탄 등을 첨가한 내수소성 합금강을 사용한다.

백금은 이러한 내수소성 향상용 합금 원소로 쓰이지 않으므로 해당하지 않는다.

저온에서 초저온까지 널리 쓰이는 금속재료로는 알루미늄과 동합금이 대표적이다.

이들은 면심입방 구조라 저온에서도 연성을 잃지 않고 저온취성이 거의 없어 극저온 배관·용기 재료로 적합하다.

반면 탄소강·주강·주철은 저온에서 취성이 커져 깨지기 쉬우며, 18-8 스테인리스강은 저온용으로 쓰이지만 함께 묶인 Mo강은 초저온용 재료로 보기 어렵다.

냉매는 화학적으로 안정해 분해성이 작아야 하며, 비체적이 작고 부식성이 적으며 증발잠열이 커야 냉동효율이 높다.

따라서 분해성이 클 것이라는 서술은 냉매 구비조건과 정반대의 내용이다.

SPP는 배관용 탄소강관이며, 스테인리스 강관이 아니다. 배관용 스테인리스 강관의 기호는 STS×TP이다. 3150은 관 길이(mm), 3/4B는 관의 호칭지름 3/4인치, '백'은 아연도금한 백관을 뜻한다.

촉매를 사용해 $400\mathrm{^\circ C}\sim 800\mathrm{^\circ C}$에서 탄화수소와 수증기를 반응시켜 메탄·수소·일산화탄소·이산화탄소로 전환하는 방법은 접촉분해공정(수증기 개질법)이다.

이 공정은 도시가스 원료 제조에서 널리 쓰이는 대표적인 가스화 방법이다.

펌프의 소요동력은 $P(\mathrm{kW}) = \dfrac{\gamma \cdot Q \cdot H}{102 \times \eta}$로 구한다.

유량 $Q = 90\,\mathrm{m^3/h} = 0.025\,\mathrm{m^3/s}$, 양정 $H = 90\,\mathrm{m}$, 효율 $\eta = 0.6$을 대입하면
$P = \dfrac{1000 \times 0.025 \times 90}{102 \times 0.6} \approx 36.7\,\mathrm{kW}$가 된다.

따라서 이 펌프의 소요동력은 약 36.7kW이다.

부탄의 분자량은 약 58로, 공기의 평균분자량 약 29의 두 배에 가까워 부탄가스의 비중은 공기를 1로 할 때 약 2가 된다.

• 메탄(분자량 16)은 프로판(분자량 44)보다 가벼우므로 메탄이 프로판보다 무겁다는 서술은 틀렸다.
• 프로판(분자량 44)은 공기보다 무거워 비중이 1보다 크므로 공기보다 가볍다는 서술은 틀렸다.
• 프로판의 비중은 약 1.5 정도이며 약 3이라는 서술도 틀렸다.

아세틸렌의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_2H_2 + 2.5\,O_2 \rightarrow 2CO_2 + H_2O}$로, 아세틸렌 $1\mathrm{m^3}$를 연소시키는 데 필요한 산소는 $2.5\mathrm{m^3}$이다.

공기 중 산소 비율이 21%이므로 필요한 공기량은 $\dfrac{2.5}{0.21} \approx 11.9\,\mathrm{m^3}$로, 약 $12\mathrm{m^3}$가 된다.

온도가 일정할 때 일정량의 기체 부피가 절대압력에 반비례하는 것은 보일의 법칙이다.

즉 $PV = \text{일정}$의 관계가 성립하며, 이는 이상기체 상태방정식의 기초가 되는 법칙 중 하나다.

천연가스는 기체 상태로 지하 지층에 매장되어 있으며, 이를 냉각·압축해 액화천연가스(LNG)로 만들어 수송·저장한다.

따라서 천연가스가 애초에 액체 상태로 매장되어 있다는 서술은 틀렸다.

주성분이 $\mathrm{CH_4}$이고 채굴 시 이산화탄소·프로판 등이 일부 섞여 있으며, 기화 시 부피가 약 600배로 팽창하는 것은 모두 맞는 설명이다.

국내에서 사용하는 LP가스는 프로판을 주성분으로 하며, 부탄이 일부 혼합된 형태로 공급된다.

메탄은 LNG(천연가스)의 주성분이고 부타디엔이나 도시가스는 LPG의 조성 성분이 아니므로, LPG에 가장 많이 함유된 것은 프로판이다.

일산화탄소는 산소와 반응해 연소하는 가연성가스이면서 독성도 지닌 가스다.

산소와 불소는 다른 물질의 연소를 돕는 조연성 가스이고, 염소도 그 자체는 타지 않는 조연성·독성 가스이므로 가연성가스에 해당하지 않는다.

보기의 세 가지 성질을 모두 만족하는 것은 이산화탄소(CO₂)다.

대기 조성에서 약 0.03%를 차지하는 기체가 이산화탄소이고, 물에 자기 부피와 거의 같은 부피만큼 녹아 탄산(H₂CO₃)을 만들어 약산성을 띤다. 분자량이 44로 공기(29)보다 무겁고 이미 완전히 산화된 상태여서 더 이상 타지 않는 불연성이라 소화약제로 쓰인다.

• 일산화탄소는 무색·무취지만 가연성이면서 독성이고, 분자량 28로 공기와 무게가 거의 같아 '공기보다 무겁고 불연성'에 어긋난다.
• 암모니아는 강한 자극취가 있고 물에 매우 잘 녹아 염기성을 나타내며 가연성이다.
• 시안화수소는 맹독성 가연성 가스로 대기 중에 상시 존재하는 성분이 아니다.

LP가스는 증발잠열이 커서 다량 사용 시 기화에 필요한 열을 주위에서 빠르게 빼앗아 용기 외벽에 서리가 맺힐 수 있다.

• 액체 LP가스가 기화하면 부피가 약 250배 정도로 커지며, 500배는 과장된 수치다.
• LP가스 용기 내 증기압은 주위 온도가 오르면 함께 상승하므로 온도와 무관하게 일정하지 않다.
• LP가스의 연소속도는 메탄·수소 등보다 오히려 느린 편이다.

절대압력은 게이지압력과 대기압의 합이므로 $P_{abs} = P_{gauge} + P_{atm}$이고, 게이지압력은 $P_{gauge} = P_{abs} - P_{atm}$이다.

따라서 $P_{gauge} = 1.0332 - 1.0332 = 0\,\mathrm{kgf/cm^2\,g}$로, 이는 절대압력이 대기압과 같은 상태, 즉 게이지압력이 0인 표준 대기 상태를 의미한다.

공기를 압축할 때는 일반적으로 왕복동식 압축기가 널리 사용된다.

왕복동식은 구조가 비교적 간단하고 다양한 압력·용량 범위에 대응할 수 있어 산업 현장의 범용 공기압축에 주로 쓰인다.

냉동장치의 냉매는 CO₂의 용도가 아닌데, 드라이아이스 자체는 냉각제로 사용되지만 냉매(heat transfer fluid)로서 순환 냉동사이클에 사용되는 것은 아니다. 냉매로는 암모니아, 프레온(CFC), HFC 등 휘발성 액체가 사용되며, CO₂는 이러한 냉매 용도로는 적합하지 않다.

• 탄산수, 사이다 등의 청량제: 탄산음료의 발포제로 쓰이는 실제 산업용도다.
• 드라이아이스(고체 CO₂) 제조는 실제 산업용도다.
• 요소(NH₂COONH₂) 합성의 원료도 실제 산업용도다.

산화에틸렌은 산화철이나 산화알루미늄과 접촉하면 중합반응을 일으켜 폭발성 물질을 생성할 위험이 있다.

이 때문에 산화에틸렌 저장·충전설비는 이러한 금속 산화물과의 접촉을 피하고 질소나 이산화탄소 등 불활성가스로 봉입하는 조치를 취한다.

시안화수소·에틸렌·아세틸렌은 이 같은 중합 특성이 문제되는 가스가 아니다.

이상기체 상태방정식 $PV=nRT$를 이용하면 수소 1g, 부피 1ℓ, 0℃(273K) 조건에서의 압력을 구할 수 있다.

수소의 분자량은 2이므로 몰수는 $n=\dfrac{1}{2}=0.5\ \mathrm{mol}$이다.

$P=\dfrac{nRT}{V}=\dfrac{0.5\times0.0821\times273}{1}\approx 11.2\ \mathrm{atm}$으로, 약 11기압이 된다.

기체의 비중은 같은 조건에서 공기(평균분자량 29)에 대한 분자량의 비로 구한다.

$\text{비중}=\dfrac{58}{29}=2.0$이므로 표준상태의 부탄가스 비중은 2.0이다.

기체 비중은 공기의 평균분자량(29)에 대한 상대값이므로, 분자량은 $M=29\times\text{비중}$으로 구한다.

$M=29\times2=58$이므로 분자량은 58이다.