03년 3회차

주거지역·상업지역에 설치되는 액화석유가스 저장탱크는 저장능력 10톤 이상인 경우 폭발 시 피해 확산을 막기 위한 폭발방지장치를 설치해야 한다.

가스의 허용농도란 그 분위기 속에서 1일 8시간 노출되더라도 신체에 장해를 일으키지 않는 농도를 말한다.

액화산소 저장탱크의 방류둑은 저장능력 상당 용적의 60% 이상으로 설치해야 한다.

가연성·독성 가스의 저장탱크 방류둑이 저장능력 상당 용적의 100% 이상을 요구하는 것과 달리, 산소는 조연성 가스라는 특성상 완화된 60% 기준이 적용된다.

시안화수소를 저장할 때는 가스의 중합·누출 위험을 관리하기 위해 1일 1회 이상 가스 누설을 검사해야 하므로, 1일 2회 이상이라는 설명은 고압가스 저장의 기술기준과 맞지 않다.

충전용기의 전도·충격 방지 조치, 가연성가스 저장실의 체류 방지, 가연성가스 저장소에서 휴대용 손전등 외의 등화를 휴대하지 않는 것은 모두 올바른 저장 기술기준이다.

최고사용압력이 저압인 유수식 가스홀더의 시설기준은 봉수를 이용해 가스를 저장하는 구조에 맞춰 가스 방출장치, 수조의 물공급관과 물넘쳐 빠지는 구멍, 봉수의 동결방지 조치를 갖추도록 정하고 있다.

맨홀 또는 검사구 설치는 저압 유수식 가스홀더에 요구되는 항목이 아니므로 이 설명이 잘못되었다.

독성가스의 감압설비와 그 가스의 반응설비 사이 배관에는 일류방지장치가 아니라 역류방지장치를 설치해야 하므로 틀렸다. 저장시설 주위 경계표지, 사용시설의 부식 방지, 저장량 300kg 이상인 용기보관실 벽의 방호벽 설치는 모두 옳은 기준이다.

조정기를 부착할 때 나사를 무리하게 힘주어 조이면 나사산이 손상되거나 가스가 새는 원인이 되므로, 힘을 가하여 무리하게 조인다는 설명은 올바른 주의사항이 아니다.

연소하기 쉬운 물질을 근처에 두지 않고, 통풍이 양호한 곳에 설치하며, 부착 후에는 반드시 비눗물로 접속부의 누출 여부를 검사하는 것이 올바른 설치 주의사항이다.

아황산가스의 중합억제 작용과 염화칼슘의 흡습 작용이 결합된 아황산가스, 염화칼슘이 시안화수소의 중합폭발 방지에 가장 효과적이다. 시안화수소(HCN)는 중합반응이 발열반응이어서 중합폭발 위험이 높으며, 이를 방지하기 위해서는 중합반응을 억제하고 열을 제거하는 안정제가 필요하다.

아황산가스(SO₂)는 중합억제제로 작용하여 중합반응 자체를 차단하고, 염화칼슘(CaCl₂)은 흡습제로서 수분을 제거해 수용액의 농도를 낮춰 중합반응 속도를 감소시킨다. 질소, 탄산가스, 수증기, 일산화탄소는 불활성 기체 또는 흡열성이 부족해 중합반응 억제 효과가 없다.

도시가스(천연가스, LNG 등)는 공기보다 밀도가 낮아 위쪽으로 상승하기 때문에, 지하에 설치된 공급 시설에서 누출된 가스가 지표면으로 빠르게 확산되도록 하려면 충분한 통풍이 필수다. 가스안전관리법령에 따라 지하에 설치된 가스 공급 시설(정압실, 조압실 등)의 통풍구조는 흡입구와 배기구의 관경을 100㎜ 이상으로 규정하고 있으며, 이는 자연통풍 또는 강제통풍으로 실내 누출 가스를 신속하게 배출하기 위한 최소 요구사항이다.

고압가스 운반 기준상 후부취출식 탱크 외의 탱크는 탱크 후면과 차량 뒷범퍼 사이의 수평거리가 30cm 이상이 되도록 고정해야 한다.

참고로 후부취출식 탱크는 40cm 이상, 탱크 하부에 부속된 밸브 등의 조작상자는 20cm 이상의 거리 기준이 각각 별도로 적용된다.

2개 이상의 탱크를 동일한 차량에 고정하여 운반할 때 충전관(filling pipe)에 설치해야 하는 장치를 판단하는 문제다. 충전관에는 안전밸브, 압력계, 긴급 탈압밸브 등 탱크 내부의 압력과 안전을 관리하는 장치들이 설치되어야 한다. 반면 온도계는 탱크 본체나 액체 침지부에 직접 설치되는 장치로, 충전관이 아닌 별도 위치에 부착된다. 따라서 충전관에 설치하지 않는 것은 온도계다.

도시가스의 유해성분 측정 항목은 황전량, 황화수소, 암모니아로 한정되어 있어, 이산화탄소는 유해성분 측정 대상에 포함되지 않는다.

산소의 임계압력은 약 50.1atm이며, 임계온도는 약 -118.4℃이다.

염소가스에 노출되어 눈이 충혈된 경우에는 3% 붕산수로 씻어내는 것이 가장 적절한 응급처치이다.

알콜이나 비누는 자극을 더할 수 있어 부적절하고, 눈을 감고 쉬는 것만으로는 부착된 가스를 제거할 수 없어 근본적인 처치가 되지 못한다.

가스공급시설의 내압부분 및 액화가스가 통하는 부분은 최고사용압력의 1.5배 이상의 압력으로 내압시험에 합격해야 하므로, 1.1배 이상이라는 기준은 적합하지 않다.

가스공급시설을 설치하는 실은 양호한 통풍구조로 하고, 가스가 통하는 전기설비는 방폭성능을 갖추며, 액화가스가 통하는 시설에는 정전기 제거 조치를 하는 것은 모두 옳은 기준이다.

항구증가율은 영구증가량을 전증가량으로 나눈 값이다.

$\text{항구증가율} = \dfrac{20}{400}\times 100 = 5\%$

공기 중 산소농도가 증가하면 연소에 필요한 산소 공급이 원활해져 연소속도는 커지고, 더 낮은 온도에서도 착화될 수 있어 발화온도는 낮아진다.

가스 폭발처럼 급속한 압력 변화를 측정하는 데는 압력 변화에 대한 응답속도가 매우 빠른 피에조 전기 압력계가 이용된다.

부르돈관 압력계, 피스톤식 압력계, U자관 압력계는 상대적으로 응답속도가 느려 급격한 압력 변동을 정밀하게 추적하기 어렵다.

왼나사 용기 밸브임을 표시하기 위해 그랜드 너트의 6각 모서리에 V형 홈을 낸다.

가연성가스(암모니아·브롬화메탄 등 일부 제외) 용기 밸브는 오른나사와 혼동되지 않도록 왼나사를 사용하며, 그랜드 너트에 V형 홈을 새겨 육안으로 나사 방향을 즉시 식별하도록 한 것이다.

독성가스 운반차량에는 누출 시 응급조치를 위해 방독면, 고무장갑·고무장화, 제독제 등의 보호구와 제독용구를 갖추어야 한다.

소화장비는 화재·폭발 위험이 있는 가연성가스 운반차량에 요구되는 설비로, 독성가스 누출 대응에 필수적인 용구와는 목적이 다르다.

아세틸렌을 압축 충전할 때는 분해폭발을 막기 위해 반응성이 낮은 가스를 희석제로 사용하는데, 메탄·프로판·수소 등이 여기에 해당한다.

이산화황(아황산가스)은 독성·부식성을 가진 산성가스여서 아세틸렌 희석제로 쓰이지 않는다.

염소와 아황산가스는 모두 산성가스이므로 가성소다(수산화나트륨) 수용액에 흡수시켜 중화·제독하는 것이 두 가스에 공통으로 쓸 수 있는 올바른 방법이다.

• 다량의 물은 아황산가스에는 흡수 제독 수단으로 쓰이지만 염소의 제독제로는 인정되지 않아, 두 가스를 함께 제독하는 방법이 되지 못한다.
• 연소설비로 태우는 방법은 가연성가스의 제독에 쓰이는 방식이다.
• 산성가스를 암모니아로 중화한다는 서술은 실제 제독 공정에서 쓰지 않는 방법으로, 산과 염기 관계를 잘못 적용한 오답이다.

염소가스는 독성이 매우 강한 유독가스로, 산업안전보건기준에서 정한 8시간 시간가중평균 노출기준(TWA)이 1ppm이다. 경보장치의 경보농도는 근로자 건강보호를 위해 노출기준 이하의 낮은 수준에서 작동해야 하므로 1ppm 이하로 설정되어 있다. 이는 작업환경에서 허용기준에 도달하기 전에 조기에 경보를 발생시켜 근로자를 보호하도록 한 것이다.

암모니아수를 적신 천을 누출 의심 부위에 가까이 대었을 때 흰 연기가 생기는 것으로 검지하는 가스는 아황산가스($\mathrm{SO_2}$)이다.

아황산가스가 암모니아·수분과 만나 아황산암모늄 계열의 흰색 미립자를 만들기 때문에 백연으로 누출을 확인할 수 있다.

나머지 가스는 각각 고유한 검지 시약을 사용한다.

• 시안화수소 — 초산벤지딘지(청변)
• 암모니아 — 네슬러 시약(황갈색), 붉은 리트머스지(청변)
• 일산화탄소 — 염화팔라듐지(흑변)

수소와 같은 압축가스는 이음매(용접부)가 없는 무계목 용기(이음매 없는 용기)를 사용한다.

고압으로 충전되는 압축가스는 용접부가 없어야 내압 강도와 안전성을 확보할 수 있기 때문이며, 상대적으로 낮은 압력의 액화가스는 용접 용기를 사용할 수 있는 것과 대비된다.

시안화수소(HCN)는 산소 없이도 스스로 중합 반응을 일으켜 폭발할 수 있는 가스로, 산소 없이 자기 분해로 폭발하는 물질과는 성질이 다르다.

아세틸렌·산화에틸렌·히드라진은 산소가 없어도 분자 내부 결합이 끊어지며 열을 내는 분해폭발성 가스에 해당한다.

고압가스 용기 파열의 직접적 원인은 내압 상승, 재질 결함, 오염·손상이다. 2번 내압 이상 상승, 3번 재질 인장강도 저하, 4번 균열·오염은 모두 용기 파열을 초래하는 명확한 원인이다. 반면 1번 압축산소 용기를 눕혀서 운반하는 것은 운송 방식의 차이일 뿐 파열 위험을 직접 증가시키지 않으며, 오히려 액화된 산소가 한쪽으로 몰리는 것을 방지하기 위해 권장되기도 한다.

가연성가스 취급 장소의 전기설비에 적용하는 방폭구조에는 내압방폭구조, 유입방폭구조, 압력방폭구조, 안전증방폭구조, 본질안전방폭구조 등이 있다.

'내열 방폭구조'는 이러한 표준 방폭구조 분류에 속하지 않는 명칭이다.

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.

가스사고 조사의 목적은 사고 예방과 재발 방지, 피해 최소화에 있으며, 이를 위해 사고 원인을 규명하는 것이다.

사고를 일으킨 사람에 대한 처벌·조치는 조사의 부수적 결과일 뿐, 조사 자체의 본래 목적과는 거리가 있다.

왕복압축기의 체적효율은 실린더 간극비와 압축비를 이용한 식으로 구한다.

$\eta_v = 1 - \varepsilon_o\left[\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{1/K} - 1\right]$

압축비는 $\dfrac{P_2}{P_1} = \dfrac{8}{2} = 4$이므로 $4^{1/1.4} \approx 2.69$이고, $\eta_v = 1 - 0.06 \times (2.69-1) \approx 0.90$, 즉 체적효율은 약 90%이다.

회전펌프는 회전자의 회전으로 액을 이송하므로 왕복펌프에 있는 흡입·토출 밸브가 없고, 점도가 높은 액체 이송에 적합하며 토출압력도 비교적 높은 편이다.

다만 액이 연속적으로 토출되므로 오히려 맥동이 적은 것이 회전펌프의 장점이며, '맥동이 많다'는 서술은 실제 특성과 반대된다.

규소는 강의 강도와 탄성을 증가시키지만 충격치(인성)는 감소시키는 원소다. 규소량이 증가하면 오히려 충격저항성이 낮아져 취성이 증가한다. 반면 탄소는 인장강도를 증가시키고(1번 ○), 황은 열간 가공 중 적열 취성을 유발하며(2번 ○), 인은 상온에서 강의 취성을 증가시키는(3번 ○) 유해원소다. 따라서 고압가스 용기용 강에서는 이들 불순물을 엄격히 제한해야 한다.

윤활유는 사용가스와 화학반응을 일으키지 않고 인화점이 높으며, 정제도가 높아 잔류탄소가 적어야 안전하게 사용할 수 있다.

점도가 적당해야 하는 것은 맞지만, 수분과 잘 섞이지 않는 성질인 항유화성은 커야 안정적으로 작동한다. '항유화성이 작을 것'은 이와 반대되는 서술이다.

강관의 스케쥴 번호(Sch No.)는 관의 호칭 지름이 같아도 사용 압력에 따라 달라지는 관 두께를 나타내는 지표이다.

스케쥴 번호가 클수록 관 두께가 두꺼워 더 높은 압력에 견딜 수 있음을 의미하며, 관의 길이·바깥지름·무게와는 직접 관계가 없다.

저장탱크 내부 압력이 외부보다 낮아져 탱크가 찌그러지는 것을 막으려면 진공안전밸브, 압력계, 압력경보설비 등으로 압력 저하를 감지하고 외기를 도입하는 설비가 필요하다.

벤트스택은 내부 압력이 과도하게 높아졌을 때 가스를 대기로 방출하는 긴급 방출 설비로, 부압(진공) 방지와는 목적이 다르다.

질소는 공기를 냉각·액화한 뒤 끓는점 차이를 이용해 분리하는 심냉 공기분리법으로 얻는 대표적인 가스이다.

이 공정에서는 질소 외에 산소·아르곤 등도 함께 분리되며, 수소·염소·암모니아는 공기 성분이 아니므로 이 방법으로 얻지 않는다.

막식(다이어프램식) 가스미터는 격막의 왕복운동으로 가스량을 계량하는 방식으로, 소용량 계량에는 적합하지만 계량 용량을 키우려면 격막실을 늘려야 하므로 대용량으로 갈수록 설치공간이 커지는 단점이 있다.

나머지 서술은 막식의 특징과 맞지 않는다.

• 막식은 값이 싸고 설치 후 유지관리가 쉬운 것이 장점이다.
• 계량이 특히 정확하고 사용 중 오차 변동이 거의 없는 것은 기준기로 쓰이는 습식 가스미터의 특징이다.
• 수위 조정이 필요한 것도 물을 채워 쓰는 습식 가스미터의 관리 사항이다.

정전용량식 액면계는 액체와 기체의 유전율 차이에 따른 정전용량(커패시턴스) 변화를 측정해 액위를 검출하는 방식이며, 초음파의 왕복 시간을 측정하는 방식은 별도의 초음파식 액면계에 해당한다.

정전용량식을 초음파 발진기로 설명한 내용은 서로 다른 두 원리를 혼동한 틀린 서술이다.

분말진공단열법의 충진재로는 열전도율이 낮고 다공질인 퍼얼라이트, 규조토, 알루미늄 분말 등이 사용된다.

가성소다(수산화나트륨)는 단열재가 아니라 산성가스 제독 등에 쓰이는 화학물질로, 진공단열 충진용 분말과는 용도가 다르다.

수은을 이용한 U자관 압력계에서 대기에 개방된 쪽의 액주가 30cm 더 높다는 것은, 계기가 연결된 설비 쪽 압력이 대기압보다 그만큼 높다는 의미이다.

수은주 30cm에 해당하는 압력은 $13.6 \times 30 = 408\ \mathrm{g/cm^2} = 0.408\ \mathrm{kg/cm^2}$이다.

따라서 이 설비의 압력은 대기압을 더한 $1 + 0.408 = 1.408\ \mathrm{kg/cm^2}$, 즉 1.408kg/cm²이 된다.

벤트스택은 가능한 공기보다 무거운 가스를 방출해야 한다는 설명이 틀렸다. 벤트스택은 대기 중으로 가스를 안전하게 방출하는 장치인데, 공기보다 무거운 가스를 방출하면 지표면 근처에 축적되어 폭발 위험이 증가한다.

따라서 벤트스택에서는 공기보다 가벼운 가스(또는 중립적)를 방출하거나, 무거운 가스라도 충분한 높이와 속도로 상층부로 확산되도록 설계해야 한다.

• 후레아스택의 역화방지장치는 고압가스 관련 기술기준에 부합하는 올바른 내용이다.
• 스팀 주입을 통한 흑연 방지도 고압가스 관련 기술기준에 부합하는 올바른 내용이다.
• 긴급용 벤트스택 높이의 착지농도 기준(폭발하한계 미만)도 고압가스 관련 기술기준에 부합하는 올바른 내용이다.

열전대는 기전력이 크고 안정적이며 내열성·내식성이 크고, 전기저항과 열전도율이 작아야 응답 특성이 좋다.

다만 온도와 기전력의 관계는 온도가 올라가면 기전력도 함께(가급적 직선적으로) 커져야 정확한 온도 측정이 가능하며, '온도 상승에 따른 기전력이 일정할 것'이라는 서술은 오히려 열전대의 측정 원리에 어긋난다.

액산탱크에서 12시간 동안 4.8kg이 증발했으므로, 1시간당 증발량은 $\dfrac{4.8}{12} = 0.4\ \mathrm{kg/hr}$이다.

증발잠열이 60kcal/kg이므로, 1시간당 침입 열량은 $0.4 \times 60 = 24\ \mathrm{kcal}$로 계산된다.

따라서 탱크에 매시간 침입하는 열량은 24kcal이다.

압축기의 다단 압축은 압축 과정을 여러 단으로 나누어 소요 일량을 줄이고, 각 단의 압축비를 낮춰 이용효율을 높이며 힘의 평형도 양호하게 만드는 것이 목적이다.

특히 각 단 사이에 냉각기를 두어 토출가스 온도의 지나친 상승을 억제하는 것이 다단압축의 중요한 목적이므로, '토출온도 상승 효과'는 실제 목적과 반대되는 서술이다.

화씨온도를 섭씨온도로 바꾸는 식은 $C = \dfrac{5}{9}(F-32)$이다.

$C = \dfrac{5}{9}(100-32) = \dfrac{5}{9}\times 68 \approx 37.8$

따라서 100℉는 약 37.8℃에 해당한다.

부취제는 화학적으로 안정하고 가스배관·가스미터 등에 잘 흡착되지 않으며 가격도 저렴해야 한다.

배관 내 응축수 등에 녹아 흘러 나가지 않도록 물에 잘 녹지 않아야 하므로, '물에 잘 녹고'라는 서술은 부취제의 구비조건과 맞지 않는다.

황화수소($\mathrm{H_2S}$)는 수분이 있으면 철과 반응해 황화철을 생성하며 일반 강재를 부식시키는 대표적인 가스이다.

일산화탄소·수소·질소는 수분이 있어도 일반 강재를 직접 부식시키는 성질이 뚜렷하지 않다.

무색투명한 액체이며 특유의 복숭아(아몬드) 향을 갖고, 고농도 흡입 시 치명적인 맹독성을 나타내는 가스는 시안화수소(HCN)이다.

일산화탄소는 무색무취, 포스겐은 자극적인 풋내(마른 풀 냄새), 메탄은 무색무취의 가연성가스로 각각 향과 독성 특성이 다르다.

임계온도는 가스를 아무리 압력을 높여도 액화시킬 수 있는 최고 온도이므로, 이 온도를 넘어서면 압력을 아무리 높여도 액화가 일어나지 않는다.

• 절대 0도는 물의 어는점이 아니라 분자의 열운동이 이론적으로 정지하는 온도를 기준으로 한다.
• 임계온도를 '액화시킬 수 있는 최소 온도'라 한 서술은 최고와 최소가 뒤바뀐 오류이다.
• 절대온도는 온도의 상한이 아니라 하한(절대 0도)을 기준으로 정한 온도 체계이다.

천연가스를 채굴할 때는 황화수소 등 황화합물이 함께 섞여 나오는 경우가 많아, 이를 정제 과정에서 제거해야 한다.

• 천연가스의 주성분은 에탄·프로판이 아니라 메탄이다.
• 천연가스 액화에는 팽창법 외에도 냉동사이클(캐스케이드법 등) 여러 방식이 함께 쓰인다.
• 채굴 시 섞여 있는 고분자 탄화수소는 액화 전 별도로 분리·제거하는 공정을 거친다.

수성가스(water gas)는 코크스를 고온에서 수증기와 반응시켜 얻는 가스로, $\mathrm{C + H_2O \rightarrow CO + H_2}$ 반응에 따라 일산화탄소와 수소로 이루어진다.

0℃, 1atm의 표준상태에서 기체 1몰의 부피는 $22.4\ \mathrm{L}$이고, 메탄($\mathrm{CH_4}$)의 분자량은 16이다.

따라서 메탄의 비용적은 $\dfrac{22.4}{16} = 1.4\ \mathrm{m^3/kg}$으로 계산된다.

암모니아는 염기성 가스이므로 건조제로는 산성이 아닌 소다석회와 같은 물질을 사용해야 한다.

• 진한 황산은 강산이어서 암모니아와 반응(중화)해 버리므로 건조제로 쓸 수 없다.
• 할로겐 화합물도 암모니아와 반응성이 있어 건조제로 부적합하다.
• 황산동 수용액은 암모니아 검지 시약으로 쓰이는 것이지 건조제가 아니다.

아세틸렌은 흡열화합물로, 압축 시 $\mathrm{C_2H_2 \rightarrow 2C + H_2}$ 반응으로 분해되면서 폭발적으로 열을 방출한다.

이때 방출되는 분해폭발열은 약 +54.2kcal/mol로 알려져 있다.

일반적으로 가연성가스는 압력이 높아지면 연소범위가 넓어지지만, 일산화탄소(CO)는 예외적으로 압력이 높아질수록 오히려 연소범위가 좁아지는 특이한 성질을 가진다.

LNG는 메탄을 주성분으로 에탄·프로판·부탄 등이 소량 포함되며, 액화 시 부피가 약 1/600로 줄어들고 발열량이 높은 무독·무공해 청정 연료이다.

다만 LNG는 기체 상태에서는 공기보다 가볍지만, 액체 상태의 비중은 물보다 작아(약 0.42~0.5) 물보다 가볍다. '액체 상태에서는 물보다 무겁다'는 서술은 이와 반대되는 틀린 내용이다.

수소와 질소가 암모니아로 반응하는 화학양론식은 $\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3}$이다.

질소 0.2몰을 모두 반응시키는 데 필요한 수소는 $0.2 \times 3 = 0.6$몰로, 주어진 수소량과 정확히 일치한다.

따라서 생성되는 암모니아는 $0.2 \times 2 = 0.4$몰이 된다.

표준상태에서 기체의 비중은 그 기체의 분자량을 공기의 평균분자량(약 29)으로 나눈 값이다.

$\dfrac{58}{29} = 2.0$

따라서 부탄가스의 비중은 2.0으로, 공기보다 무거워 누출 시 바닥에 체류하기 쉽다.

현열은 물질의 상태 변화 없이 온도만 변할 때 출입하는 열을 말한다.

이와 달리 온도 변화 없이 상태(고체·액체·기체)만 변할 때 필요한 열은 잠열이라고 하며, 현열과 잠열을 구분하는 기준은 상태 변화 여부이다.