02년 3회차

고압가스 충전용기는 이륜차(오토바이)에 적재해 운반할 수 없는 것이 원칙이며, 이 기준을 위반한 설명이 틀린 내용이다.

• 충전용기를 단단히 묶어 충격을 방지하는 것은 맞는 기준이다.
• 운반 중 용기 온도를 40℃ 이하로 유지하는 것도 맞는 기준이다.
• 독성가스 용기 운반시 목재 칸막이나 패킹을 하는 것도 맞는 기준이다.

차량통행이 가능한 지역이라도 오토바이로 고압가스 용기를 적재해 운반하는 것은 금지된다.

가스 누설을 알았을 때는 즉시 운행을 중지하고 가까운 경찰서나 소방서에 신고해야 하므로, 운행을 중지하지 않는다는 설명이 틀렸다.

• 운전 중이나 정차 중에도 허가된 장소 외 흡연을 금지하는 것은 맞는 기준이다.
• 운전자가 LPG 취급 및 소화기 사용 지식을 갖추어야 한다는 것도 맞는 기준이다.
• 주차 시 안전한 장소를 택하고 종사원이 자리를 비우지 않는 것도 맞는 기준이다.

액화가스 용기의 저장능력은 내용적을 가스정수로 나눈 $W=\dfrac{V}{C}$로 계산한다.

내용적 $V=300\,\ell$, 액화암모니아의 정수 $C=1.86$을 대입하면
$W=\dfrac{300}{1.86}\approx161\,\mathrm{kg}$이 된다.

따라서 이 저장설비의 저장능력은 약 161㎏이다.

염소가스 용기의 안전장치인 가용전(가용합금전)의 용융온도는 65~68℃로 정해져 있다.

설비 주변 온도가 이 범위에 이르면 가용합금이 녹아 내부 가스를 방출시켜 용기 파열을 막는다.

고압가스 특정 제조 시설의 철도부지 밑 매설 배관 기준은 안전거리 요건으로 규정되어 있다. 보기 1, 3, 4는 모두 현행 고압가스 안전관리법 시행규칙의 기준에 부합하나, 보기 2의 지표면과의 거리는 1m 이상이 아니라 1.2m 이상으로 규정되어 있다. 철도부지 밑 매설 배관은 지반 침하나 외부 충격으로부터 보호하기 위해 지표면으로부터 더 깊은 깊이를 요구하며, 1m은 일반 지중 배관의 기준이고 철도 등 특수 지역은 더 깊게 매설해야 한다.

차량이 통행하는 폭 8m 이상인 도로에 도시가스 공급배관을 매설할 때는 매설깊이 1.2m 이상을 확보해야 한다.

도로 폭이 좁아질수록 요구 깊이도 낮아져, 폭 4m 이상 8m 미만인 도로는 1m 이상을 확보하면 된다.

일반도시가스사업의 배관을 지상에 설치할 때는 황색으로 도색하는 것이 기준이다.

매설배관은 압력에 따라 구분해, 저압은 황색·중압 이상은 적색으로 도색한다.

아세틸렌은 가연성가스이므로 용기에는 가연성가스를 뜻하는 "연" 글자를 표시한다.

독성가스에는 "독", 가연성이면서 독성도 있는 가스에는 "독, 연"을 함께 표시하지만 아세틸렌은 독성가스가 아니므로 "연"만 표시한다.

LPG 충전소의 "충전중 엔진정지" 표지는 황색바탕에 흑색글씨로 게시하도록 정해져 있다.

충전 중 차량 엔진이 점화원이 되는 것을 막기 위한 표지로, 주위에서 보기 쉬운 곳에 설치해야 한다.

동승 기준은 가스 종류별로 다르며, 가연성 액화가스는 3,000㎏ 이상일 때 운반책임자를 동승시켜야 한다.

액화석유가스 2,000㎏은 이 기준 미만이므로 운반책임자를 동승시키지 않아도 된다.

• 아세틸렌가스 400㎥는 가연성 압축가스 기준(300㎥ 이상)을 초과해 동승이 필요하다.
• 일산화탄소 700㎥는 독성 압축가스 기준(100㎥ 이상)을 초과해 동승이 필요하다.
• 액화염소 6,500㎏은 독성 액화가스 기준(1,000㎏ 이상)을 크게 초과해 동승이 필요하다.

액화가스의 용기와 차량에 고정된 탱크는 저장능력을 내용적을 가스정수로 나눈 $W=\dfrac{V_2}{C}$로 산정한다.

여기서 $W$는 저장능력(kg), $V_2$는 내용적(ℓ), $C$는 가스 종류에 따른 정수다.

$W=0.9dV$는 액화가스 저장탱크의 저장능력 산정식이므로 용기·차량 고정탱크에는 쓰지 않으며, 나머지 보기들은 정수나 내용적을 제곱 형태로 잘못 쓴 식이다.

산화에틸렌(C₂H₄O)은 폭발범위가 약 3~80%로 보기 중 가장 넓다.

메탄(약 5~15%), 에틸렌(약 2.7~36%), 프로판(약 2.1~9.5%)에 비해 상한이 훨씬 높아 폭발범위가 넓은 것이 특징이며, 산화에틸렌은 분해폭발성까지 지닌다.

차량에 고정된 탱크로 독성가스(암모니아 제외)를 운반할 때는 12,000ℓ 이하로 적재해야 한다.

가연성가스나 산소는 이보다 넓은 18,000ℓ 이하까지 적재할 수 있어 독성가스 기준이 더 엄격하다.

산소는 기름류(유지류)와 접촉하면 발화·폭발 위험이 크므로, 산소압축기의 내부 윤활에는 오일 대신 물(또는 묽은 글리세린수)을 사용한다.

광유나 유지류, 진한 글리세린 같은 가연성 윤활제는 산소와 만나면 급격히 반응할 수 있어 사용하지 않는다.

염소, 암모니아, 메탄올은 자체적으로 뚜렷한 자극취를 지녀 냄새만으로 쉽게 알아챌 수 있다.

반면 프레온가스, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 아르곤, 메탄은 무취여서 냄새로 누출을 감지할 수 없다. 아세틸렌·부탄·프로판도 순수한 상태에서는 거의 무취라서 누출을 알리기 위해 별도로 부취제를 첨가한다.

아세틸렌은 동(구리)과 반응하여 폭발성 물질인 아세틸화동을 생성하므로 배관 재료로 동을 사용하면 안 되며, 이는 주의 사항을 위반하는 것이다. 2번 가늘게 배관하기, 3번 마찰·충격 방지, 4번 관내 압력을 낮게 유지하기는 모두 아세틸렌의 폭발 위험을 낮추기 위한 정당한 취급 주의 사항이다.

재료 불량·부식, 액화가스의 과충전, 외부로부터의 가열은 모두 용기 파열의 직접 원인이 된다.

반면 질소 용기 내에 산소가 5% 정도 섞여 있는 것은 파열과 직접적인 인과관계가 없어 파열의 직접 원인으로 보지 않는다.

아세틸렌 용해충전용 다공질물질로는 규조토, 석면, 석회, 산화철, 탄산마그네슘, 다공성플라스틱 등을 사용할 수 있다.

알루미늄분말과 활성탄은 다공질물질로 사용할 수 없는 재료에 해당한다.

고압가스 설비의 안전밸브 작동 압력은 내압 시험 압력의 80%로 설정하도록 규정되어 있다. 내압 시험 압력이 20㎏/cm²일 때, 안전밸브 작동 압력 = 20 × 0.8 = 16㎏/cm²이다.

가정용 LPG 연소기구 부근에서 가스가 새어 나오면 가장 먼저 용기의 메인 밸브를 즉시 잠가 누출을 차단해야 한다.

누출 중인 용기를 옮기는 것은 오히려 위험하고, 물을 뿌리는 것은 LPG가 물에 거의 녹지 않아 효과가 없다. 창문을 닫아 밀폐하면 가스가 실내에 쌓여 폭발 위험만 커지므로 오히려 창문을 열어 환기해야 한다.

안전밸브, 파열판, 바이패스밸브는 설비 압력이 상용압력을 초과하면 즉시 압력을 낮춰 주는 안전장치에 해당한다.

감압밸브는 평상시 압력을 조정하는 장치일 뿐 상용압력 초과시 즉시 압력을 되돌리는 안전장치로 분류되지 않는다.

가연성가스 폭발위험장소는 위험한 분위기가 존재하는 시간과 빈도에 따라 0종, 1종, 2종 장소로 분류한다.

3종 장소라는 구분은 존재하지 않으므로 이 분류에 해당하지 않는다.

메탄(CH₄)은 임계온도가 약 영하 82℃로 매우 낮아 상온에서는 아무리 압축해도 액화시킬 수 없다.

프로판, 염소, 이산화탄소는 임계온도가 상온보다 높아 상온에서도 비교적 쉽게 압축·액화할 수 있다.

고압가스 냉매설비의 기밀시험에서 압축공기를 사용할 때 공기의 온도는 140℃ 이하로 제한된다.

이는 압축으로 과열된 공기가 설비나 윤활유·패킹을 손상시키는 것을 막기 위한 기준이다.

LPG 충전·저장시설의 내압시험에서 공기를 사용하는 경우, 먼저 상용압력의 50%까지 승압한 뒤 상용압력의 10%씩 단계적으로 압력을 올린다.

이는 한 번에 급격히 압력을 올릴 때 발생할 수 있는 위험을 줄이기 위한 절차다.

음향검사법은 타격음을 듣고 결함 여부를 판단하는 방식이라, 검사자의 숙련도와 경험에 따라 결과 차이가 크게 나타난다.

전위차법, 설파프린트법, 자기검사법은 계측값이나 지시무늬로 판정하므로 상대적으로 검사자 간 편차가 작다.

독성가스의 허용농도 기준 수치가 틀렸다. 현행 기준으로 독성가스는 허용농도(LC50)가 100만분의 5000 이하인 가스를 말하며, 종전의 TLV-TWA 기준으로도 100만분의 200 이하였다. 어느 기준으로 보아도 100만분의 2000 이하라는 설명은 맞지 않는다.

• 액화가스를 대기압에서의 비점이 40℃ 이하 또는 상용온도 이하인 것으로 본 설명은 정의에 맞다.
• 영하 50℃ 이하의 액화가스를 저장하는 초저온 저장탱크에 대한 설명도 맞다.
• 가연성가스의 폭발한계 하한 10% 이하, 상하한 차 20% 이상이라는 기준도 맞는 정의다.

가스누출 검지경보장치는 경보가 울린 후에는 주위 농도가 변하더라도 계속 경보를 울려야 하며, 경보 정지는 수동으로 조작해야 한다.

• 누설을 검지해 농도를 지시함과 동시에 경보를 울리는 것은 맞는 기준이다.
• 암모니아는 검지에서 발신까지의 시간이 1분 이내로 정해져 있다.
• 가연성가스용 지시계 눈금을 0~폭발하한계값으로 하는 것도 맞는 기준이다.

경보 후 농도 변화에 따라 자동으로 경보가 정지된다는 설명은 이 기준과 어긋난다.

시안화수소는 중합폭발 위험 때문에 충전 후 60일이 지나면 다른 용기로 옮겨 충전해야 하지만, 순도 98% 이상이면서 착색되지 않은 경우에는 이 규정에서 예외로 인정된다.

순도가 98%에 미치지 못하거나 중합 진행을 뜻하는 착색이 나타났다면 60일이 지날 때 반드시 다시 충전해야 한다.

다중이용시설은 불특정 다수가 이용하는 시설을 말하며, 공항 여객청사, 고속도로 휴게소, 종합병원이 이에 해당한다.

문화재보호법에 따른 지정문화재 건축물은 다중이용시설로 분류되지 않는다.

왕복압축기의 실제 토출량은 1행정당 배출 부피에 회전수와 체적효율을 곱해 구한다.

1행정당 부피는 단면적×행정 = $50\,\mathrm{cm^2}\times10\,\mathrm{cm}=500\,\mathrm{cm^3}=0.5\,\ell$이다.
이론 토출량은 $0.5\,\ell\times200\,\mathrm{rpm}=100\,\ell/\mathrm{min}$이 된다.

여기에 체적효율 80%를 곱하면
$100\times0.8=80\,\ell/\mathrm{min}$으로, 실제 토출량은 80ℓ/min이다.

고압에 사용하기 적합한 펌프는 왕복 펌프이다.

왕복 펌프는 피스톤이 액체를 직접 밀어내는 용적식이라 토출량이 적어도 높은 압력을 낼 수 있다. 반면 원심펌프는 저압·대유량에, 축류펌프와 사류펌프는 저양정·대유량 이송에 적합해 고압 조건에는 맞지 않는다.

프로판 용기의 재료로는 탄소강을 사용한다.

주철은 충격에 약해 고압가스 용기에 부적합하고, 내산강이나 듀랄루민은 프로판 용기의 표준 재질이 아니다.

450℃·200㎏/㎠의 고온·고압 조건에서 오토클레이브 덮개에 쓰는 개스킷으로는 동(구리)이 적당하다.

개스킷 재질은 사용온도·압력에 따라 저온저압용(고무·화이버), 중온용(석면 등), 고온고압용(구리·연강 등 금속)으로 구분되며, 고무나 화이버는 내열성이 부족해 이러한 고온에서는 사용할 수 없다.

• 납은 융점이 약 327℃로 낮아 450℃에서는 녹아버려 사용할 수 없다.
• 고무 또는 화이버, 화이버는 저온·저압용 개스킷 재료이다.

니켈(Ni) 라이닝은 일산화탄소를 충전하는 용기에 적합하지 않다.

CO는 상온에서도 니켈과 반응해 맹독성인 니켈카르보닐[Ni(CO)4]을 생성하므로 니켈 라이닝 용기는 CO 충전에 사용할 수 없다. 반면 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 라이닝은 CO와의 반응성이 낮아 사용이 가능하다.

단열재 자체는 열침입을 막기 위한 재료이므로 단열재를 직접 통한 열전도는 저온 액체 저장조의 외부열 침입 요인으로 꼽지 않는다.

실제 침입열은 단열이 온전한 몸체가 아니라 단열층을 두를 수 없는 부속 구조물을 통해 들어온다.

• 외면으로부터의 열복사는 대표적인 침입열 요인이다.
• 연결 파이프를 통한 열전도도 침입열 요인이다.
• 밸브 등에 의한 열전도도 침입열 요인이다.

오르자트 가스분석기에서 CO₂ 흡수에는 수산화칼륨(KOH) 30% 수용액을 사용한다.

오르자트법은 시료가스를 흡수액에 순서대로 통과시켜 성분을 정량하는 방식으로, O₂는 알칼리성 피로갈롤 용액에, CO는 암모니아성 염화제1구리 용액에 흡수시킨다.

• 포화 식염수는 흡수액이 아니라 가스뷰렛의 봉액으로 쓰인다.
• 염화 제1구리용액은 CO 흡수용이다.
• 알칼리성 피로가롤 용액은 O₂ 흡수용이다.

저압식(Linde-Frankl식) 공기액화분리장치의 정류탑 하부 압력은 약 5기압 정도이다.

고압식은 압축기로 150~200기압까지 승압해 운전하는 반면, 저압식은 팽창기를 사용하므로 상대적으로 낮은 압력에서 운전하도록 설계된다.

abs가 붙은 압력 표시가 절대압력의 단위이다.

g(게이지압)는 대기압을 0으로 기준 삼은 압력이고, abs(절대압)는 완전진공을 0으로 기준 삼은 압력이다.

• ㎏/㎠·g는 게이지압 단위이다.
• ㎏/㎠·VAC는 진공압을 나타낼 때 쓰는 표기이다.
• ㎏·m은 압력이 아니라 일(에너지)의 단위이다.

루트(로터리)식 가스미터는 대유량 가스 측정에 적합하다는 것이 장점이다.

맞물려 회전하는 두 개의 로터로 유량을 적산하는 용적식 계량기로, 대용량 계측에 유리하지만 값이 비싸고 스트레이너 설치 등 유지관리에 시간이 들며 소유량 측정에는 부적합하다.

초대형 지하탱크의 액면 측정에는 부자식(플로트식) 액면계가 적합하다.

대형 저장탱크에서는 플로트가 액면을 따라 상하로 이동하며 그 위치를 지시부로 전달하는 부자식이 널리 사용된다.

저온장치에 많이 사용되는 팽창기는 터보식이다.

초기에는 왕복동(피스톤)식 팽창기가 쓰였으나, 효율이 높고 소형화가 가능한 터보식이 오늘날 저온 공기액화분리장치 등에 널리 채택되고 있다.

가늘고 긴 수직형 반응기에서 유체 자체의 순환에 의해 교반이 이루어지는 오토클레이브는 가스교반형이다.

오토클레이브는 교반방식에 따라 진탕형(용기 전체를 흔듦), 교반형(회전축의 날개로 저어 섞음), 회전형(반응기 자체가 회전), 가스교반형(반응가스를 순환시켜 유체를 섞음)으로 구분된다.

감압가온 방식은 실제로 조정기 등으로 먼저 감압한 뒤 열교환기로 가열·기화시키는 방식이므로, 열교환기로 먼저 기화시킨 뒤 조정기로 감압한다는 서술은 틀렸다.

기화방식은 액을 먼저 가열·기화시킨 뒤 조정기로 감압하는 가온감압 방식과, 먼저 감압한 뒤 가열·기화시키는 감압가온 방식으로 구분되며, 해당 보기는 이 두 방식의 순서를 뒤바꿔 서술했다.

이산화탄소 7.2㎏을 제거하는 데 필요한 건조제(가성소다, NaOH)의 양은 약 13㎏이다.

제거 반응은 $2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$이며, CO₂ 44㎏당 NaOH 80㎏이 필요하다.

$7.2 \times \dfrac{80}{44} \approx 13.1\ \mathrm{kg}$

부취제는 물에 잘 녹지 않아야 하므로 물에 잘 녹는다는 서술은 구비조건에 맞지 않는다.

부취제는 화학적으로 안정하고 가스배관·가스미터 등에 흡착되지 않으며 독성이 없고 가격이 저렴해야 하지만, 수용성이 크면 배관 내 응축수에 녹아 냄새 성분이 옅어지므로 비수용성이 요구된다.

부탄은 공기보다 비중이 무거워 누출 시 바닥에 체류하므로 저장소는 바닥 환기에 특히 유의해야 한다.

메탄·에틸렌·아세틸렌은 공기와 비중이 비슷하거나 가벼워 위쪽으로 확산되기 쉬운 반면, 부탄은 무거워 바닥에 고이기 쉽다.

고농도의 산소(O₂)를 장시간 흡입하면 폐에 출혈을 일으켜 어린이나 작은 동물에게 실명·사망을 일으킬 수 있다.

이는 산소중독 현상으로, 아르곤·질소·이산화탄소는 이와 같은 독성 작용을 일으키지 않는다.

헥사메틸렌디아민은 프로필렌이 아니라 부타디엔(아디포니트릴 경로) 등을 원료로 나일론66을 만드는 데 쓰이는 물질로, 프로필렌의 용도가 아니다.

프로필렌은 아세톤, 아크릴로니트릴, 폴리프로필렌 등 다양한 석유화학 제품의 원료로 사용된다.

Rn은 극히 방사성이 강한 원소로 실제 사용이 불가능하고, 용접 보호 가스로는 일반적으로 Ar이나 He이 사용되므로, Rn을 보호용 가스로 사용한다는 것은 거짓이다.

• 희가스는 원자가 전자가 8개(He는 2개)로 완전히 찬 안정한 상태이므로 분자 간 힘이 매우 약해 비등점이 낮다(참).
• He은 가장 가벼우면서 비활성이므로 캐리어 가스, 풍선 부양용 가스로 사용된다(참).
• Ar은 적색, Kr(크립톤)은 녹자색 방전을 나타낸다(참).

옳은 설명은 위도 45° 해면에서 0℃ 760mmHg가 누르는 힘이라는 정의와 10.332 mH₂O라는 환산값이다.

표준 대기압 1atm은 760mmHg = 1.0332 kgf/cm² = 10.332 mH₂O = 10,332 mmH₂O = 1.01325 bar = 101.325 kPa 로 모두 같은 크기를 다른 단위로 적은 것이다.

여기서 1.0332는 kgf/cm² 단위의 값이지 bar 값이 아니다. bar로 나타내면 1.01325 bar 이므로 '1.0332 bar'는 값에 엉뚱한 단위를 붙인 잘못된 설명이다.

라울의 법칙에 따라 혼합가스의 증기압은 약 5.84㎏/㎠ abs이다.

각 성분의 증기압을 절대압력으로 바꾸면 프로판은 $7.4+1=8.4$, n-부탄은 $1.0+1=2.0\ \mathrm{kg/cm^2\,abs}$이다.

몰분율을 곱해 합하면 $P = 0.6\times 8.4+0.4\times 2.0 = 5.84\ \mathrm{kg/cm^2\,abs}$이다.

캘빈온도와 섭씨온도의 관계식 $T_K = t_C + 273.15$가 옳다.

화씨-섭씨 관계는 $t_C = \dfrac{5}{9}(t_F-32)$이고, 랭킨온도는 $T_R = \dfrac{9}{5}T_K$, 화씨온도는 $t_F = T_R-460$이므로 다른 관계식들은 모두 틀렸다.

부탄의 완전연소 반응식은 $2C_4H_{10} + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O$이다.

부탄(C₄H₁₀) 1몰을 완전연소시키려면 산소 6.5몰이 필요해 정수 계수로 맞추려면 부탄과 산소를 각각 2배, 13배로 곱해야 한다.

나머지 보기는 프로판(C₃H₈)의 반응식이거나 계수가 맞지 않는 식이다.

아세틸렌은 산소와 함께 사용해 고온의 불꽃을 내는 용접 및 절단용 가스로 널리 쓰인다.

• 질소는 불활성 봉입·냉각용 등으로 쓰이며 염료용 가스로 짝지을 수 없다.
• 프레온은 냉매용이지 연료로 쓰이지 않는다.
• 에틸렌은 석유화학 원료이지 소화제가 아니다.

그레이엄의 확산법칙에 따르면 분자량이 작을수록 확산속도가 빠르며, 보기 중 분자량이 가장 작은 메탄(CH₄, 16)의 확산속도가 가장 빠르다.

산소(32), 질소(28), 이산화탄소(44)는 메탄보다 분자량이 커서 확산속도가 상대적으로 느리다.

필요한 LPG의 양은 약 0.7㎏이다.

물이 얻어야 할 열량은 $Q = 50 \times (90-20) = 3500\ \mathrm{kcal}$이다.

열효율 50%를 고려하면 $\text{LPG량} = \dfrac{3500}{10000 \times 0.5} = 0.7\ \mathrm{kg}$이다.

대기압(1atm)에서 물의 동결점은 32°F이다.

산소의 비등점은 -183℃, 질소의 비등점은 -196℃인데, 두 값을 서로 바꿔 서술한 보기는 틀렸고 물의 동결점을 0°F로 나타낸 보기도 틀렸다.

단열팽창 액화법은 습성천연가스·원유로부터 LP가스를 제조하는 방법이 아니다.

습성천연가스·원유로부터의 LP가스 제조법에는 압축냉각법, 흡수법, 활성탄에 의한 흡착법이 있으며, 단열팽창 액화법은 주로 공기 등 다른 가스의 액화 공정에 이용되는 방법이다.

고온·고압의 암모니아 가스장치에는 오스테나이트계 스테인리스강이 적합하다.

탄소강은 고온·고압에서 암모니아에 의해 질화·취성이 발생하기 쉽고, 동 및 알루미늄 합금은 암모니아와 반응해 부식되므로 사용할 수 없다.