04년 1회차

폭발등급은 화염일주 한계인 안전간격으로 구분한다. 1등급은 0.6mm 초과, 2등급은 0.4mm 이상 0.6mm 이하, 3등급은 0.4mm 미만이므로 2등급의 안전간격은 0.4~0.6mm이다.

가연성가스·독성가스 저장탱크에는 상용의 온도에서 가스 용량이 저장탱크 내용적의 90%를 초과하는 것을 방지하는 장치(과충전방지장치)를 설치하도록 정하고 있다. 따라서 내용적의 80%를 기준으로 한 설명은 틀린 내용이다.

• 가스방출장치 설치, 저온저장탱크의 부압 파괴 방지조치, 저장탱크·지주의 온도상승 방지조치는 모두 실제 기준에 부합한다.

겨울철 LP가스 용기에 서릿발이 생겨 기화가 원활하지 않을 때는 열습포(따뜻한 물수건)로 용기를 덥혀 기화를 돕는 것이 안전한 조치다.

• 연탄불 등 직접적인 화기로 가열하면 급격한 압력 상승과 화재 위험이 있다.
• 용기를 흔드는 것은 서릿발 문제를 해결하지 못한다.
• 90℃에 가까운 뜨거운 물을 직접 부으면 용기가 급격히 가열되어 위험하다.

고압가스용기 안전점검에는 부식·도색·표시 확인, 캡·프로텍터 부착여부 확인, 재검사 기간 도래 여부 확인이 포함된다.

그러나 용기의 누설 확인을 성냥불 등 화기로 하는 것은 절대 금지되는 위험한 방법으로, 실제로는 비눗물 등을 이용해 확인해야 하므로 안전점검 기준에 해당하지 않는다.

냉동제조시설의 냉매설비 중 배관 이외 부분의 내압시험압력은 설계압력의 1.5배 이상으로 정해져 있다.

참고로 같은 설비의 기밀시험압력은 설계압력 이상으로 규정되어 있어 내압시험압력과 구분된다.

가스의 폭발범위는 온도, 압력, 가스량(조성) 등에 따라 달라진다.

비열은 물질이 열을 얼마나 흡수하는지를 나타내는 물성으로, 폭발범위를 직접 결정하는 인자로 다루지 않는다.

산소 중의 이산화탄소(CO₂)는 수산화칼륨(KOH) 수용액으로 흡수시키는 것이 일반적이다.

가스 분석에서 산소는 알칼리성 피로갈롤 용액으로, 일산화탄소는 암모니아성 염화제일구리 용액으로 별도 흡수하므로 이산화탄소 흡수제와는 구분해서 알아두어야 한다.

산소(O₂)의 임계압력은 약 50.1atm이고, 임계온도는 약 -118℃이다.

임계압력은 임계온도에서 기체를 액화시키는 데 필요한 최소한의 압력을 말한다. 임계온도보다 높은 온도에서는 아무리 압력을 높여도 기체가 액화되지 않으므로, 액화를 위해서는 먼저 임계온도 이하로 냉각해야 한다.

도시가스 사용시설에서 호스는 최단거리로 설치하되, 그 길이는 3m 이내로 하여야 한다.

독성가스 제독작업에 필요한 보호구는 3개월마다 1회 이상 착용훈련을 하도록 규정되어 있다.

가스 폭발이 일어나기 위해서는 온도, 압력, 가스의 조성 및 용기의 크기·형태 등의 조건이 관계된다.

이 중 매개체는 폭발 발생을 좌우하는 조건으로 다루지 않는다.

도시가스 사용시설(연소기 제외)의 기밀시험압력은 최고사용압력의 1.1배 또는 8.4kPa 중 높은 압력 이상으로 정해져 있다.

가연성가스의 위험도는 폭발범위의 상한과 하한 차이를 하한값으로 나눈 값 $H=\dfrac{U-L}{L}$로 평가하며, 이 값이 클수록 위험성이 크다.

아세틸렌은 폭발범위가 약 2.5~81%로 $H=\dfrac{81-2.5}{2.5}\approx 31.4$가 되어 보기 중 위험도가 가장 크다.

• 산화에틸렌(약 3~80%)은 약 25.7, 수소(약 4~75%)는 약 17.8, 프로판(약 2.1~9.5%)은 약 3.5로 모두 아세틸렌보다 작다.

일산화탄소(CO)의 폭발범위는 압력이 증가할수록 좁아진다. 일반적으로 가연성 가스의 폭발범위는 압력 변화에 민감하게 반응하는데, CO의 경우 고압 조건에서 연소 반응이 더 빠르고 격렬하게 진행되면서 폭발 가능 범위가 상대적으로 제한된다. 특히 상한(Upper Flammable Limit, UFL)이 저압보다 낮아지는 경향을 보이며, 이로 인해 전체 폭발범위가 축소된다.

하리슨 시험지는 포스겐(COCl₂) 가스의 검지에 사용되는 시험지이다.

• 염소는 요오드화칼륨전분지로 검지한다.
• 아세틸렌은 염화제일구리 착염지로 검지한다.
• 황화수소는 연당지(초산납 시험지)로 검지한다.

도시가스 배관에는 상용압력이 4MPa 이상인 경우 상용압력에 0.2MPa를 더한 압력 이하에서 압력 상승을 경보하도록 설정한다.

상용압력이 4MPa이므로 $4\ \mathrm{MPa}+0.2\ \mathrm{MPa}=4.2\ \mathrm{MPa}$가 되어, 4.2MPa를 초과할 때 경보가 울리기 시작한다.

고압가스 안전관리 기준상 가연성가스와 산소의 저장설비는 화기를 취급하는 장소로부터 8m 이상의 우회거리를 두어야 한다. 그 밖의 가스설비에 요구되는 우회거리(2m 이상)보다 훨씬 엄격한 기준이다.

산소는 그 자체가 타지는 않지만 다른 물질의 연소를 강하게 돕는 조연성 가스여서 화기와 가까우면 화재·폭발 위험이 크게 높아지기 때문에, 가연성가스와 같은 수준의 이격이 요구된다.

아세틸렌 충전 시에는 분해폭발을 방지하기 위해 질소, 메탄, 일산화탄소, 에틸렌 등을 희석제로 사용하며, 프로판·수소 등도 희석제로 쓸 수 있다.

이산화황은 아세틸렌의 희석제로 사용되지 않는 가스이다.

산소 중에서의 폭발범위는 공기 중보다 오히려 넓어진다. 산소 농도가 높을수록 연소가 활발해져 폭발상한이 크게 확대되기 때문이다.

• 공기 중 아세틸렌의 폭발범위(약 2.5~81%)는 실제 수치와 일치한다.
• 고온·고압일수록 폭발범위가 넓어지는 경향은 일반적으로 옳다.
• 한계산소농도 이하에서는 폭발성 혼합가스가 생성되지 않는다는 설명도 옳다.

가연성가스 폭발위험장소는 0종, 1종, 2종 장소의 세 가지로 분류된다.

'3종 장소'라는 구분은 존재하지 않는다.

호스가 절단·파손되어 다량의 가스가 누출될 때 유량이 설정치를 초과하면 자동으로 가스를 차단하는 제품은 휴즈콕크(퓨즈콕)이다.

산소를 취급할 때는 유지류와의 접촉을 피하고, 과잉 산소가 인체에 해로울 수 있음을 유의해야 하며, 산소의 화학반응에서 생기는 과산화물의 위험성도 고려해야 한다.

그러나 납(Pb)은 산소 설비의 내산화성 재료로 사용되는 금속이 아니므로, 이는 실제 유의사항에 해당하지 않는 잘못된 설명이다.

가스운반 중 사고가 발생하면 부근의 화기를 제거하고, 안전한 장소로 이동하며, 독성가스가 누출된 경우 제독 조치를 해야 한다.

다만 이미 착화된 상태에서 누출이 계속되는데도 무리하게 완전히 소화시키는 것은 오히려 위험할 수 있다. 불이 꺼진 뒤에도 가스가 계속 누출되면 재점화·폭발 위험이 커지므로, 누출이 멈출 때까지 연소 상태를 관리하는 방식이 필요하다.

냉동제조시설의 냉매설비 기밀시험에 압축공기를 사용할 경우, 공기의 온도는 140℃ 이하로 하여야 한다.

도시가스배관의 보호판은 부식을 방지하기 위해 도막두께 80μm 이상이 되도록 방청도료를 코팅하도록 정해져 있다.

옥외 공동구의 벽을 관통하는 배관에는 지반의 부등침하에 대한 영향을 줄이는 조치, 보호관과 배관 사이에 가황고무 등을 채우는 조치, 공동구 안팎에서 배관에 작용하는 응력을 차단하는 조치 등을 하도록 정하고 있다.

배관의 바깥지름에 일정 치수를 더한 지름의 보호관을 설치하도록 정한 규정은 이 손상방지조치 항목에 포함되지 않는다.

하천을 횡단하는 도시가스배관 주위의 흙이 사질토인 경우, 방호구조물이 물에 뜨지 않도록 그 비중은 물의 비중 이상이 되도록 하여야 한다.

특정설비에는 저장탱크, 저장탱크의 안전밸브, 기화기 등이 포함된다.

조정기는 특정설비가 아니라 가스용품으로 분류되므로 해당하지 않는다.

압축기의 토출량을 조절할 때는 바이패스밸브를 서서히 조작하는 것이 올바른 운전방법이다.

• 가연성가스 경보설정값을 폭발하한 농도 그 자체로 정하면 위험 감지가 늦어지므로 하한보다 낮은 값으로 설정해야 한다.
• 이송관 누설 발견 시 긴급차단밸브는 안전관리원의 허가를 기다리지 않고 즉시 조작해야 한다.
• 계장설비의 인터록기구는 오조작 방지를 목적으로 설치하는 장치이다.

가스사고 조사는 피해 최소화, 사고 예방, 유사사고 재발 방지를 목적으로 한다.

사고 유발자에 대한 조치는 조사의 본래 목적이라기보다 별도의 처분·제재 영역에 해당하므로 관계가 적다.

임펠러를 지나는 유량은 실제 송출유량과 누설유량의 합이므로 $1.6Q = Q+0.6Q$로 주어진 조건과 일치한다.

체적효율은 $\eta_V=\dfrac{Q}{1.6Q}=0.625$이므로 62.5%가 된다.

가연성가스 용기의 충전구 나사는 원칙적으로 왼나사를 사용한다.

보기 중 가연성가스인 아세틸렌(C₂H₂)이 왼나사를 사용하는 대상이며, 암모니아·이산화탄소·산소는 오른나사를 사용한다.

이음매 없는 용기는 고압에 견디기 쉬운 구조이며 내압에 대한 응력 분포가 균일하여 맹독성 가스 충전에도 사용된다는 장점이 있다.

그러나 제조 공정이 복잡해 용접용기보다 오히려 값이 비싸므로, 값이 싸다는 설명은 이음매 없는 용기의 장점이 아니다.

보온재는 열손실을 최소화하여 에너지 효율을 높이는 재료로서, 흡습·흡수성이 작아야 한다. 수분을 흡수하면 재료 내부의 공기층이 물로 채워져 열전도율이 크게 증가하고 보온 성능이 급격히 저하되기 때문이다. 열전도율이 작을 것(1번), 비중이 작고 적당한 강도가 있을 것(3번), 시공이 용이할 것(4번)은 모두 보온재의 필수 조건이므로 정답은 2번이다.

저온 배관용 강관(SPLT)은 영하의 낮은 온도에서 사용하도록 저온 인성을 확보한 강관으로, LPG 저장탱크나 화학공업 배관처럼 빙점 이하에서 운전되는 설비에 적용된다.

탄소 0.25%의 킬드강으로 제조한 관은 -50℃까지, 3.5% Ni강으로 제조한 관은 -100℃까지 사용이 가능해 사용 온도 범위가 재질에 따라 달라진다.

압력 배관용·고온 배관용·고압 배관용 강관은 각각 사용압력이나 사용온도 조건에 따라 구분되는 명칭으로, 저온 사용을 전제로 한 재질 기준을 담고 있지 않다.

왕복동식 압축기는 피스톤의 왕복운동으로 가스를 흡입·압축·토출하는 용적형 압축기로, 압축이 단속적으로 이루어져 맥동(pulsation)이 발생하는 것이 특징이다.

따라서 연속적으로 압축하여 서징이 발생한다는 설명은 왕복동식이 아니라 원심식(터보형) 압축기에서 나타나는 현상을 가리키므로 왕복동식의 특징으로 볼 수 없다.

• 오일을 쓰지 않는 무급유식으로 운전할 수 있다.
• 회전수가 낮은 저속 회전 방식이다.
• 용적형 압축기 특유의 높은 압축효율을 가진다.

액체 공기의 분리법으로 얻는 대표적인 가스는 질소이다.

공기를 냉각·액화한 뒤 비점 차이를 이용해 증류(정류)하면 비점이 낮은 질소가 먼저 기화하여 분리되고, 이어 산소와 아르곤 등이 얻어진다.

수소, 염소, 암모니아는 공기의 성분이 아니므로 액체 공기 분리 공정으로는 얻을 수 없고 별도의 화학적 제조 공정을 거쳐야 한다.

운전지침에 기재할 것은 화재·누출·지진 시의 조치방법과 온도·압력 등의 운전관리 범위값이다.

운전지침은 설비를 실제로 돌리는 사람이 보는 문서라, 정상 운전에서 지켜야 할 온도·압력의 상하한 범위와 이상 사태가 났을 때의 대응 절차가 핵심 내용이 된다.

반면 두께의 계산방법과 안전밸브의 토출량 계산방법은 설비를 설계·제작할 때 쓰는 기술계산이어서 설계도서나 기술기준에 담기는 내용이지, 현장 운전지침의 기재사항이 아니다.

가스미터는 감도가 예민하면서도 구조가 간단하여 고장이 적고 유지관리가 쉬워야 한다는 조건을 갖추어야 한다.

• 크기는 소형이되 계량 용량은 클 것이 요구되므로, 용량이 적어야 한다는 조건은 맞지 않는다.
• 기차(오차)는 조정이 용이해야 하며, 조정이 어려워야 한다는 것은 필요 조건이 아니다.
• 가격이 저렴해야 하는 것은 맞지만, 수리는 사용자가 아니라 자격을 갖춘 자가 해야 하며 사용자가 임의로 손대지 못하도록 봉인한다.

브르돈관 압력계에 가스를 유입하거나 빼낼 때는 급격한 압력 변화로 브르돈관이 손상될 수 있으므로 서서히 조작해야 하며, 신속히 조작해야 한다는 설명은 옳지 않은 사용상 주의사항이다.

항상 검사를 실시해 지시의 정확성을 확인하고, 안전장치가 부착된 것을 사용하며, 온도변화·진동·충격이 적은 곳에 설치하는 것은 모두 올바른 주의사항이다.

공급 지역이 넓어져 수요가 늘면서 배관 말단의 가스 압력이 부족해질 때는 압송기(부스터)를 설치해 가스를 재가압하여 공급한다.

가스홀더는 수요 변동에 대비한 저장·조정 설비이고, 정압기는 압력을 낮추는 설비이며, 가스 계량기는 사용량을 측정하는 기기이므로 압력 부족을 보충하는 기능은 압송기가 담당한다.

햄프슨식 액면계는 액화산소·액화질소 등을 저장하는 극저온 저장탱크에 주로 사용되는 차압식 액면계로, 탱크 상부와 액 하부의 압력 차이를 이용해 액면 높이를 측정한다.

전기저항식·벨로우즈식·크링카식 액면계는 각각 다른 측정 원리를 사용하는 방식으로 극저온 차압 측정에 특화된 방식이 아니다.

습식 가스미터는 회전 드럼이 가스 부피만큼 직접 회전하며 유량을 세는 직접(실측식) 유량계로, 압력차를 이용해 유량을 환산하는 간접식과는 구분된다.

피토우관, 오리피스 미터, 벤튜리 미터는 모두 유체가 지날 때 발생하는 차압을 측정해 유량을 간접적으로 산출하는 간접 유량계에 해당한다.

펌프 운전 중 토출구와 흡입구의 압력계 바늘이 주기적으로 흔들리면서 동시에 유량이 줄어드는 현상은 맥동현상(서징)이다.

공동현상은 유체 내 기포 발생·소멸에 의한 손상 현상이고, 수격작용은 급격한 밸브 조작 시 배관에 충격압이 발생하는 현상으로, 압력계 지침의 주기적 진동과 유량 감소라는 설명과는 다르다.

저온장치 단열법의 종류는 고진공 단열법, 상압 단열법, 분말진공 단열법으로 분류된다. 고진공 단열법은 진공 상태에서 열전도를 차단하고, 상압 단열법은 공기층이나 단열재로 상온·상압 환경에서 단열하며, 분말진공 단열법은 분말 단열재를 진공 상태에 배치하여 복합적으로 단열 성능을 높인다. 고압 단열법은 저온장치의 표준 단열법 분류에 포함되지 않으며, 오히려 고압 환경에서의 열 관리와는 다른 개념이므로 정답이다.

절대압력은 대기압에 계기압력을 더한 값으로 구한다.

$P_{abs} = P_{atm} + P_{gauge} = 1.0332 + 10 = 11.0332\ \mathrm{kgf/cm^2}$

황화수소(H₂S)는 건조한 상태에서는 금속과 거의 반응하지 않으며, 수분이 있는 습윤 상태에서 수은·동(구리) 등의 금속과 반응해 황화물을 만든다.

따라서 건조된 상태에서 수은, 동과 같은 금속과 반응한다는 설명은 옳지 않다.

고압 배관에는 내식성이 좋은 스텐레스강을 사용하고, 고농도를 흡입하면 즉사할 정도로 독성이 강하며, 농질산·발연질산 같은 강산화제와는 격렬히 반응한다는 나머지 설명은 모두 타당하다.

이중결합 하나를 가지고 감미로운 냄새가 나며 각종 유도품의 출발 원료가 되는 기체는 에틸렌(C₂H₄)이다.

C=C 이중결합이 있어 수소·염소·물 등이 달라붙는 부가반응을 일으키고, 이 반응을 통해 아세트알데히드·산화에틸렌·에탄올 같은 유도품을 얻는다. 무극성 분자여서 물에는 거의 녹지 않고 알코올·에테르에는 잘 녹는다.

• 프로판은 포화탄화수소라 이중결합이 없고 부가반응을 하지 않는다.
• 아세틸렌은 삼중결합을 가지며, 물보다 아세톤에 약 25배 잘 녹는 용해 특성이 대표 성질이다.
• 프로필렌도 이중결합을 갖지만 그 유도품은 아세톤·이소프로판올·산화프로필렌 쪽이고, 산화에틸렌·에탄올 계열의 원료는 에틸렌이다.

일산화탄소(CO)는 산과도 염기와도 잘 반응하지 않는 중성 산화물이므로, 염기와 작용하여 염기물을 생성한다는 설명은 옳지 않다.

공기보다 약간 가벼워 수상치환으로 포집할 수 있고, 개미산(포름산)에 진한황산을 가하면 탈수 반응으로 CO가 생성되며, 혈액 속 헤모글로빈과 결합해 산소 운반 능력을 떨어뜨리는 독성을 가진다는 나머지 설명은 모두 옳다.

비점이 가장 낮은 기체는 수소(H₂)로, 상압에서 약 -253℃에서 액화한다.

암모니아는 약 -33℃, 프로판은 약 -42℃, 질소는 약 -196℃로 모두 수소보다 비점이 높다.

화씨온도를 섭씨온도로 변환하는 공식은 $C = \frac{5}{9}(F - 32)$이다. 주어진 값 86°F를 대입하면 $C = \frac{5}{9}(86 - 32) = \frac{5}{9} \times 54 = \frac{270}{9} =$이므로 86°F는 30℃에 해당한다.

비열은 물이 공기보다 훨씬 커서, 비열은 물보다 공기가 크다는 설명은 옳지 않다.

비열이 큰 물질일수록 같은 온도를 올리는 데 더 많은 열량이 필요하므로 열용량도 크고, 열은 항상 고온에서 저온으로 흐르며, 1kcal는 1cal의 1000배에 해당한다는 나머지 설명은 모두 옳다.

암모니아는 비점이 -33.4℃로 상온에서도 비교적 낮은 압력으로 쉽게 액화되는 기체이므로, 액화하기 어려운 기체라는 설명은 적합하지 않다.

상온·상압에서 강한 자극성을 가진 공기보다 가벼운 가연성·독성 가스이고, 산이나 할로겐 원소와 잘 반응하며 물에 매우 잘 용해되고, 허용농도는 25ppm으로 중화제로 물을 사용한다는 나머지 설명은 모두 타당하다.

압력이 일정할 때 기체의 절대온도와 체적은 비례한다는 것이 샤를의 법칙이다.

$\dfrac{V_1}{T_1} = \dfrac{V_2}{T_2} = \mathrm{constant}$ 관계로부터 온도가 오르면 체적도 같은 비율로 늘어난다.

각 성분의 중량은 몰수에 분자량을 곱해 구하며, 부탄의 중량 비율은 전체 중량 중 부탄이 차지하는 비율이다.

$\text{에탄} = 2\,\mathrm{mol}\times 30 = 60\,\mathrm{g}$
$\text{프로판} = 5\,\mathrm{mol}\times 44 = 220\,\mathrm{g}$
$\text{부탄} = 3\,\mathrm{mol}\times 58 = 174\,\mathrm{g}$

$\text{부탄 중량\%} = \dfrac{174}{60+220+174}\times 100 = \dfrac{174}{454}\times 100 \approx 38.3\%$로 부탄의 중량비가 정해진다.

프레온(CFC) 가스는 탄소·염소·불소로 이루어진 화합물로, 산소는 프레온의 구성 원소에 포함되지 않는다.

스스로 타는 가연성 가스끼리 묶인 것은 천연가스와 수소다.

천연가스는 주성분이 메탄으로 공기 중 폭발범위가 5~15%이고, 수소는 4~75%로 가연성 가스 가운데 폭발범위가 매우 넓은 축에 든다.

• 산소는 자신은 타지 않고 다른 물질이 타도록 돕는 조연성(지연성) 가스다.
• 탄산가스는 이미 완전히 산화된 불연성 가스로 오히려 소화에 쓰인다.
• 염소도 산소와 마찬가지로 연소를 돕는 조연성이며 동시에 독성 가스로 분류된다.

시안화수소는 중합 반응이 일어나기 쉬워 충전 후 60일이 경과하기 전에 다른 용기에 옮겨 충전해야 하므로, 30일이 경과되기 전에 옮겨 충전한다는 설명은 옳지 않다.

충전하는 시안화수소의 순도는 98% 이상이어야 하고, 충전 후 24시간 이상 정치하며, 충전용기는 1일 1회 이상 질산구리 벤젠지 등의 시험지로 누출을 검사해야 한다는 나머지 설명은 모두 옳다.

표준상태에서 기체 1몰의 부피는 $22.4\ \mathrm{L}$이므로, 가스 $1\,\mathrm{m^3} = 1000\,\mathrm{L}$은 $\dfrac{1000}{22.4} \approx 44.6\ \mathrm{mol}$에 해당한다.

천연가스의 주성분인 메탄의 공기 중 폭발범위는 약 5%~15%이다.