03년 1회차

의료용 가스 용기 도색에서 에틸렌은 자색(보라색)으로 규정되어 있어, 갈색이라는 설명은 틀렸다. 갈색은 헬륨에 해당한다.

산소는 백색, 액화탄산가스는 회색, 질소는 흑색으로 각각 규정되어 있어 나머지 항목은 도색 기준과 일치한다.

공기액화분리장치로 산소를 제조할 때는 안전관리를 위해 1일 1회 이상 가스분석을 실시해야 한다.

분석 결과 산소 순도가 낮아지거나 탄화수소 등 불순물이 기준을 초과하면 공기액화분리장치의 운전을 즉시 정지하고 방출하는 등의 조치를 하도록 되어 있다.

액화석유가스 용기보관소에는 화재경보기가 아니라 가스누출경보기(가스누설경보설비)를 설치하도록 규정되어 있어, 화재 경보기를 설치한다는 설명은 잘못되었다.

경계표지 설치, 통풍이 잘되는 구조, 불연성·난연성 재료의 지붕은 모두 용기보관소에 관한 실제 기준과 일치한다.

방류둑을 흙(성토)으로 쌓을 때의 기울기는 수평에 대해 45° 이하로 다져 쌓아야 하므로, 50° 이하라는 설명은 기준값이 틀렸다.

방류둑의 재료로 철근콘크리트·철골·흙 등을 사용할 수 있다는 점, 철근콘크리트는 수밀성 콘크리트를 쓴다는 점, 둑의 높이가 해당 가스의 액두압을 견뎌야 한다는 점은 모두 실제 구조 기준과 맞는 설명이다.

탄화수소는 탄소(C)의 수가 많아질수록 분자량과 분자 간 인력이 커져 비등점(끓는점)이 높아진다.

반대로 탄소수가 많아질수록 증기압과 폭발 하한계는 낮아지고, 발화점도 대체로 낮아지는 경향을 보여 비등점과는 반대 방향으로 움직인다.

베릴륨합금으로 만든 공구는 타격을 가해도 불꽃이 튀지 않는 방폭공구로, 오히려 가연성 가스 취급 현장에서 착화를 막기 위해 사용하는 도구이므로 착화원인이 될 수 없다.

정전기 방전, 촉매의 접촉작용에 의한 발열, 밸브를 급격히 여닫을 때 생기는 단열압축열이나 마찰열은 모두 실제 착화원이 될 수 있는 요인들이다.

일반적으로 착화점(발화점)은 인화점보다 높은 온도에서 나타나므로, 인화점보다 착화점이 낮다는 설명은 옳지 않다.

인화점이 낮을수록, 착화점이 낮을수록 그 물질은 더 쉽게 불이 붙어 위험성이 커지며, 인화점이 지나치게 높은 것도 취급상 문제가 될 수 있다는 나머지 설명은 모두 맞는 내용이다.

산소와 질소, 탄산가스는 서로 반응하거나 위험을 키우는 조합이 아니어서 동일 차량에 혼합 적재해 운반할 수 있다.

• 염소는 아세틸렌·암모니아·수소 등 가연성·환원성 가스와 반응 위험이 있어 동일 차량 적재가 금지된다.
• 가연성 가스와 산소를 함께 실을 때는 용기 밸브가 서로 마주보지 않도록 놓아야 하므로, 밸브를 마주보게 적재하는 것은 금지 사항을 어기는 것이다.
• 충전용기와 소방법이 정하는 위험물은 함께 적재할 수 없다.

광고온도계는 물체가 내는 빛(휘도)을 검출해 온도를 재는 비접촉식 온도계이므로 접촉식 온도계로 분류되지 않는다.

더미스트(서미스터) 온도계, 압력 온도계, 금속저항 온도계는 모두 감온부를 측정 대상에 직접 접촉시켜 온도를 재는 접촉식 온도계에 해당한다.

공기 중 질소의 부피 분율(몰 분율)은 약 80%이고, 전체 압력이 20atm일 때 질소의 분압은 분압 = 전체 압력 × 질소의 몰 분율로 구한다. 따라서 질소의 분압 = 20atm × 0.80 = 16atm이다.

독성가스 관련 시설에서는 제독작업에 필요한 보호구의 장착훈련을 3개월마다 1회 이상 실시하도록 규정되어 있다.

정기적인 훈련을 거쳐야 실제 누출 사고 시 보호구를 신속하고 정확하게 착용해 대응할 수 있으므로, 이 주기를 지켜 훈련하는 것이 안전관리의 핵심이다.

액상의 염소가 피부에 닿았을 때는 즉시 맑은 물로 충분히 씻어내는 것이 기본적인 응급조치이다.

암모니아나 이산화탄소, 소금물을 끼얹는 방법은 오히려 자극을 더하거나 효과가 없어 표준적인 처치로 볼 수 없다.

습식 아세틸렌 가스발생기의 표면은 항상 70℃ 이하로 유지해야 한다.

발생기 내부에서 카바이드와 물이 반응할 때 발열량이 크므로, 필요하면 살수 등으로 냉각해 이 온도 기준을 넘지 않도록 관리한다.

격막 갈바니 전지방식의 검지기는 산소나 독성가스 농도 측정에 쓰이는 방식이어서, 이를 가연성 가스 제조설비에 설치한다는 설명은 틀렸다.

가연성 가스 검지에는 접촉연소방식이나 반도체식이 주로 쓰인다.

계기실 내부에 1개 이상 검지기를 두는 것, 경보 시 붉은 램프 점멸과 동시에 경보음이 울리도록 하는 것은 실제 설치 기준과 일치한다. 경보 설정치는 가연성 가스의 폭발하한계의 4분의 1 이하로 하므로, 폭발하한이 4%인 수소는 1% 이하가 되어 이 역시 맞는 설명이다.

도시가스 배관의 경보장치 작동 압력은 상용압력의 105% 초과일 때 울리도록 규정되어 있다. 상용압력 42㎏/cm²의 105%를 계산하면 42 × 1.05 = 44.1㎏/cm²이므로, 경보장치는 44.1㎏/cm² 초과시 작동한다.

시안화수소를 충전한 용기는 충전 후 60일이 지나기 전에 다른 용기로 옮겨 다시 충전해야 한다.

시안화수소는 시간이 지나면서 중합·분해 반응이 진행되어 불안정해지고 폭발 위험이 커질 수 있어, 순도 98% 이상이면서 착색된 경우에도 이 60일 기한을 지켜 재충전하도록 규정하고 있다.

차량에 고정된 탱크로 운반할 때 충전탱크는 온도를 항상 40℃ 이하로 유지하고, 액화가스가 충전된 탱크에는 온도계 또는 온도를 적절히 측정할 수 있는 장치를 설치하도록 규정하고 있다.

액화가스는 온도가 오르면 액이 팽창해 과충전 상태가 되고 압력이 급격히 상승하므로, 압력이 아니라 온도를 직접 감시하도록 정해 둔 것이다.

가연성 가스는 산소 중에서의 폭발범위가 공기 중보다 넓어지는 것이 일반적이므로, 산소 중에서 폭발범위가 좁아진다는 설명은 옳지 않다.

산소 농도가 높아질수록 폭발 상한계가 크게 올라가기 때문으로, 실제로 폭발 상한이 공기 중보다 훨씬 높아지는 경우가 많다.

아세틸렌의 폭발범위가 공기 중 2.5~81%라는 점, 고온·고압일수록 폭발범위가 대체로 넓어진다는 점, 한계산소농도 이하에서는 폭발성 혼합가스가 만들어지지 않는다는 점은 모두 옳은 설명이다.

방류둑(bund wall, 차단제방) 설치 기준은 저장능력 1,000톤 이상의 액화석유가스 저장탱크에 적용된다. 이는 환경오염 방지 및 안전관리 규정에서 대규모 저장시설에 대해 탱크 파손·누출 시 유출액을 차단하기 위해 요구하는 의무사항으로, 200톤, 300톤, 500톤 기준은 다른 안전관리 항목(예: 안전밸브, 압력게이지 등)과 혼동하지 말아야 한다.

독성가스를 냉매로 사용하는 냉동설비에 기계 통풍장치를 설치하는 경우, 냉동능력 1톤당 환기능력은 2m³/분 이상으로 하여야 한다.

냉매가스가 누설되었을 때 실내에 체류하지 않도록 신속히 희석·배출시키기 위한 통풍장치 설계 기준이다.

가스사용시설의 배관은 매설 위치와 압력에 따라 색상을 구분하며, 지하매설배관이 저압인 경우는 황색으로 도색한다.

중압 이상인 배관은 적색으로 구분하여 굴착 등 지하 작업 시 압력대를 쉽게 식별할 수 있도록 한다.

연소와 직접 관계있는 항목은 연소열, 발화온도, 최소 점화 에너지로, 모두 물질이 얼마나 쉽게·강하게 연소하는지를 나타내는 연소 특성값이다.

반면 허용한도는 인체 유해성(독성) 노출 기준을 나타내는 값으로, 연소 특성과는 직접적인 관련이 없다.

암모니아 냉동장치의 시운전이나 기밀시험에는 공기·질소 등을 사용하며, 산소는 사용해서는 안 된다.

암모니아와 산소가 혼합된 상태에서 압축기 윤활유 등 가연물과 접촉하면 폭발 위험이 커지기 때문이다.

암모니아는 알칼리성이므로 적색 리트머스 시험지에 닿으면 청색으로 변하는데, 이를 갈색으로 변한다고 기술한 것이 틀린 검지법이다.

• 자극성 냄새로 발견하는 방법은 암모니아의 강한 자극취를 이용한 정상적인 검지법이다.
• 유황불꽃과 접촉시키면 백연(염화암모늄 흰 연기)이 생기는 것도 옳은 검지법이다.
• 페놀프탈레인 시험지가 적색으로 변하는 것도 암모니아의 알칼리성을 이용한 옳은 검지법이다.

내화구조가 아닌 가연성가스 저장탱크가 안전거리(간격)를 유지한 채 상호 인접해 있는 경우, 물분무장치의 방수량은 저장탱크 전 표면적 1m²당 8ℓ/분 이상으로 한다.

인접 탱크로의 화재 확산을 막기 위해 저장탱크 표면 전체를 충분히 냉각시키도록 정한 살수 기준이다.

비파괴검사 중 음향검사법은 타격음을 듣고 결함 유무를 판단하는 방식이어서, 검사자의 청력과 숙련도에 따라 판정 결과의 차이가 크게 나타난다.

• 전위차법은 전기적 신호값을 계측하는 방식이라 개인차가 상대적으로 작다.
• 설파 프린트법은 인화지에 화학반응 흔적을 기록하는 방식으로 판독 기준이 비교적 명확하다.
• 자기 검사법도 자분 무늬를 관찰하지만 결함부의 자분 집속이 뚜렷해 판정 편차가 작은 편이다.

도시가스 배관을 지하에 매설하는 경우에는 배관 위치 표시를 위해 500m마다 1개 이상의 표지판을 설치하여야 한다.

굴착공사 등으로 인한 배관 손상 사고를 예방하기 위한 표시 기준이다.

기체 연료는 이미 기체 상태로 공기와 잘 섞이므로 별도의 증발·분해 과정 없이 확산연소 형태로 연소한다.

• 증발연소는 액체 연료가 증발한 뒤 타는 방식이다.
• 표면연소는 고체 연료(숯 등)가 표면에서 직접 산화되는 방식이다.
• 분해연소는 고체·중질 액체 연료가 열분해되며 가연성 가스를 내어 타는 방식이다.

연소가 성립하려면 가연물, 산소공급원, 점화원 세 가지가 동시에 갖추어져야 하며, 이를 연소의 3요소라고 한다.

점화원(에너지원)이 없으면 가연물과 산소가 있어도 연소 반응이 시작되지 않는다.

고압가스를 운반할 때 휴대해야 하는 서면에는 고압가스의 명칭, 성질 및 상태, 이동 중 재해방지를 위한 주의사항 등을 기재하도록 법령에서 정하고 있다.

고압가스의 압력은 이러한 서면 기재사항에 해당하지 않는다.

터보식 펌프 가운데 축류 펌프는 비교적 저양정·대유량에 적합하며, 유량 변화에 따른 효율 변화가 급격하게 나타나는 특성을 가진다.

원심 펌프는 효율 곡선이 완만한 편이고, 왕복펌프·치차펌프는 터보형이 아닌 용적형 펌프에 해당한다.

왕복펌프는 피스톤의 왕복운동으로 인해 유량이 맥동하는데, 이를 줄이기 위해 펌프 토출측에 공기실(air chamber)을 설치한다.

공기실 내 압축된 공기가 완충 역할을 하여 유량과 압력의 변동을 평활화시켜 준다.

압축기를 다단으로 나누어 압축하면 각 단 사이에서 가스를 냉각시킬 수 있어 압축일은 감소하고 체적효율은 증가하는 효과를 얻을 수 있다.

단단 압축보다 등온압축에 가까워지기 때문이며, 토출가스 온도 상승도 억제할 수 있다.

저온 저장탱크의 부압(진공) 방지를 위해서는 압력계로 탱크 내압을 감시하고, 압력이 낮아지면 진공 안전밸브가 작동해 외기를 유입시키며, 송액설비로 액을 보충해 내부 압력을 유지한다.

반면 벤트스택은 이상 시 가스를 대기로 방출시키는 설비로, 부압 방지가 아니라 과압 방지·방출 목적의 설비이다.

체크 밸브는 유체를 한쪽 방향으로만 흐르게 하고 역류를 자동으로 차단하는 역류방지 전용 밸브이다.

조정 밸브는 압력·유량 조절용, 콕과 글로브 밸브는 유로의 개폐·유량 조절용으로 역류 방지가 목적이 아니다.

LPG 연소방식 중 적화식은 연소용 공기를 1차 공기 없이 모두 화염 주변의 2차 공기로만 취하는 방식이다.

분젠식은 1차·2차 공기를 모두 사용하고, 세미분젠식은 1차 공기 일부만, 전1차 공기식은 연소용 공기를 대부분 1차 공기로 취한다는 점에서 적화식과 구분된다.

용적형 유압펌프 가운데 플런저 펌프는 실린더 내 플런저의 왕복운동으로 유체를 가압하는 구조여서, 기어펌프·베인펌프보다 훨씬 높은 압력을 얻을 수 있다.

원심 펌프는 터보형 펌프로 고압보다는 대유량·저양정에 적합해 상대적으로 얻을 수 있는 압력이 낮다.

압력 표시 단위 중 ㎏/cm²·abs는 완전진공을 0으로 기준한 절대압력을 나타내는 단위이다.

㎏/cm²·g는 대기압을 기준으로 한 게이지압력, ㎏/cm²·VAC는 진공압력을 나타내며, ㎏·m는 압력이 아닌 일(토크)의 단위이다.

1일 생산량 10만ℓ에 비중 0.5를 곱하면 하루 생산되는 LPG의 무게를 구할 수 있다.

$100000\ \mathrm{L} \times 0.5\ \mathrm{kg/L} = 50000\ \mathrm{kg} = 50\ \mathrm{ton}$

저장탱크 1기의 저장용량이 10ton이므로, 필요한 저장탱크 개수는 $\dfrac{50\ \mathrm{ton}}{10\ \mathrm{ton}} = 5$기이다.

따라서 이 회사가 하루 생산량을 모두 저장하려면 10ton 저장탱크가 5개 필요하다.

가스 검지기는 검지하려는 가스의 비중에 따라 설치 높이를 다르게 해야 하므로, 일률적으로 지면에서 1m 이상 높이에 설치한다는 기준은 옳지 않다.

공기보다 무거운 가스는 바닥 가까이, 공기보다 가벼운 가스는 천장 가까이에 검지기를 설치하는 것이 원칙이다.

압력계·온도계·차압식 유량계에 관한 설치 원칙은 모두 옳은 설명이다.

저온 장치용 금속재료로는 저온에서도 취성 파괴가 잘 일어나지 않는 9%니켈강이 대표적으로 사용된다.

탄소강은 저온에서 저온취성이 나타나 깨지기 쉬워지므로 저온 장치용 재료로는 적합하지 않다.

가스크로마토그래피의 캐리어가스로는 시료 성분과 반응하지 않는 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N₂) 등 불활성에 가까운 기체가 사용된다.

일산화탄소(CO)는 캐리어가스로 사용되지 않으며, 반응성·독성 문제로 캐리어가스 선정 대상에서 제외된다.

고순도 수소 제조 과정에서 수소 중에 남아 있는 미량의 산소를 제거하는 방법으로는 심랭 분리법이 사용된다.

수소와 산소는 비등점(끓는점)이 다르므로, 초저온으로 냉각·액화시키는 심랭 분리 과정을 통해 산소 성분을 분리 제거할 수 있다.

고압가스 설비 중 소형저장 탱크는 용량이 3000kg 미만의 것을 말한다. 이는 고압가스 안전관리법령에서 정하는 기준으로, 소형저장 탱크는 대형 산업용 저장시설과 구별되는 소규모 저장 설비로 분류되며, 3000kg을 기준으로 그 이상의 용량은 대형저장 탱크로 분류된다.

공기액화분리기에서 이산화탄소는 가성소다(NaOH) 등 건조제와 반응시켜 제거하며, 반응식은 $\mathrm{CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O}$이다.

이 반응에서 CO₂ 44kg당 NaOH 80kg이 필요하므로, CO₂ 7.2kg을 제거하는 데 필요한 건조제 양은 $7.2\ \mathrm{kg} \times \dfrac{80}{44} \approx 13\ \mathrm{kg}$이다.

따라서 필요한 건조제의 양은 약 13kg이다.

프레온(플루오르화탄소)계 가스는 화학적으로 안정하고 독성이 낮아, 주로 냉동기의 냉매로 널리 사용된다.

형광등 등 방전관의 충진제로는 네온·아르곤 같은 희가스가, 합성고무 제조 원료로는 아세틸렌·부타디엔 계열 물질이, 알루미늄 절단·용접용 보호가스로는 아르곤 등이 사용된다.

일산화탄소는 상온에서 염소와 반응하면 포스겐(COCl₂)을 생성하며, 인화수소인 포스핀(PH₃)이 생성된다는 설명은 틀렸다.

일산화탄소는 무색·무취의 강한 독성 기체이고, 환원성이 강해 금속 산화물을 환원시키며, 철족 금속과 반응해 금속 카르보닐을 생성하는 성질은 모두 옳은 설명이다.

제시된 기체 중 수소(H₂)는 분자량이 약 2로 공기(평균 분자량 약 29)보다 매우 가볍다.

산소(O₂, 32), 이산화황(SO₂, 64), 이산화탄소(CO₂, 44)는 모두 공기보다 무거운 기체이다.

질소는 불연성·불활성 기체이므로 연료로는 사용되지 않는다.

질소는 비료·질산 제조의 원료로 쓰이거나, 액체질소 상태로 급속 냉동(냉매) 용도로 활용된다.

동일 압력에서 기체의 부피는 절대온도에 비례한다는 샤를의 법칙을 적용한다.

$\dfrac{V_1}{T_1} = \dfrac{V_2}{T_2}$

0℃는 절대온도 273K, 273℃는 절대온도 546K이므로, $V_2 = 5\ \mathrm{L} \times \dfrac{546\ \mathrm{K}}{273\ \mathrm{K}} = 10\ \mathrm{L}$이다.

따라서 가열 후 기체의 부피는 10ℓ가 된다.

수성가스(water gas)는 코크스에 수증기를 반응시켜 얻는 가스로, 주성분은 CO와 H₂이다.

$\mathrm{C + H_2O \rightarrow CO + H_2}$ 반응으로 생성되며, 연료 및 합성원료 가스로 이용된다.

아세틸렌은 발열량이 크고 화염 온도가 높아 용접 및 절단용 가스로 널리 사용된다.

• 질소는 염료가 아니라 비료·냉매 등에 주로 쓰인다.
• 프레온은 연료가 아니라 냉매로 사용된다.
• 에틸렌은 소화제가 아니라 석유화학 원료·숙성제 등으로 쓰인다.

아르곤(Ar)은 불활성 기체로 네온사인용, 전구 봉입가스, 용접용 실드가스 등으로 널리 사용된다.

다만 냉동용 가스로는 일반적으로 사용되지 않으며, 냉매로는 암모니아나 프레온계 가스가 주로 쓰인다.

암모니아는 물에 매우 잘 녹고, 수용액은 알칼리성을 나타내며, $\mathrm{4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O}$ 반응식도 양변의 원소 수가 맞는 옳은 식이다.

암모니아의 폭발범위는 공기 중에서 약 15~28%, 산소 중에서는 약 13.5~79%로 알려져 있다. 산소 중에서는 상한뿐 아니라 하한값도 함께 낮아지므로, 산소 중 폭발범위를 15~79%로 적은 설명은 옳지 않다.

산소는 스스로 잘 타지 않고 다른 가연물의 연소를 돕는 조연성(지연성) 가스이므로, 자신이 연소한다는 설명은 틀렸다.

산소는 -182.5℃에서 액화하며, 액체산소는 비중 1.13의 옅은 청색 액체이고, 상온에서는 무색·무취이며 물에 약간 녹는 성질을 가진다.

액주식 압력은 액체의 비중과 액주 높이를 곱해 구하며, 물기둥 1000㎝가 1㎏/cm² 압력에 해당하므로 식은 $P=\dfrac{S \times h}{1000}$이다.

비중 $S=13.6$, 액주 높이 $h=3\,\mathrm{cm}$를 대입하면
$P=\dfrac{13.6\times 3}{1000}=0.0408\,\mathrm{kg/cm^2}$이 된다.

따라서 이 액주가 나타내는 압력은 0.0408㎏/cm²이다.

게이지 압력은 대기압을 0점으로 삼아 측정한 압력이며, 완전 진공을 기준으로 삼는 것은 절대압력의 정의다.

• 용기 압력계가 지시하는 값은 실제로 게이지 압력이다.
• 표준대기압을 0으로 기준한다는 설명과 절대압력에서 표준대기압을 뺀 값이 게이지 압력이라는 설명은 모두 옳다.

완전 진공 상태를 0으로 기준한다는 설명만 게이지 압력이 아니라 절대압력에 해당하므로 옳지 않다.

비중은 같은 부피의 공기 질량에 대한 가스 질량의 비로, 표준상태에서는 두 기체의 분자량 비로 계산할 수 있다.

공기의 평균 분자량을 29로 두면 부탄(분자량 58)의 비중은
$\dfrac{58}{29}=2.0$이다.

따라서 표준상태의 부탄가스 비중은 2.0이다.

염화메틸(클로로메탄)은 알루미늄 및 그 합금과 반응해 자연발화성 물질을 만들 수 있어 배관재료로 사용할 수 없다.

철, 니켈강, 동 합금은 염화메틸 배관재료로 사용이 가능하지만 알루미늄 합금은 이 반응 위험 때문에 제외된다.

비체적은 같은 조건(온도·압력)에서 분자량이 작을수록 커진다.

프로판(44), 질소(28), 메탄(16), 수소(2)의 분자량 순서를 반대로 나열하면 비체적이 큰 순서가 된다.

따라서 비체적이 큰 순서는 수소 - 메탄 - 질소 - 프로판이다.