02년 1회차

연소의 종류는 연료와 산화제의 혼합 방식에 따라 분류되는데, 확산연소는 연료와 산화제가 연소 영역에서 만나며 혼합되면서 일어나고, 증발연소는 액체 연료가 증발한 후 기체 상태에서 연소하며, 표면연소는 고체 연료의 표면에서 직접 일어나는 연소이다. 반면 반응연소는 연소의 분류 체계에 포함되지 않는 용어로, 연소 메커니즘을 설명하는 개념이 아니며 연소의 종류를 구분하는 표준 분류법에 해당하지 않는다.

LP가스 설비를 수리·청소한 뒤 치환가스를 공기로 재치환할 때는 산소농도가 18~22% 범위에 들 때까지 치환을 계속해야 한다.

이 범위는 정상 공기 중 산소농도(약 21%)에 근접한 수준으로, 가연성·불활성 치환가스가 충분히 빠져나가 작업자가 안전하게 설비에 접근할 수 있음을 확인하는 기준이다.

용기저장실의 전기스위치는 저장실 내부가 아니라 외부에 설치해야 한다.

저장실 내부는 가스가 체류할 수 있는 위험구역이므로 스위치 조작 시 발생할 수 있는 스파크로 인한 점화를 막기 위해 스위치류는 실외에 두는 것이 원칙이다.

경계표지 설치, 분리형 가스누출경보기 설치, 방폭등 외 조명등 미설치는 모두 올바른 시설기준이다.

산화에틸렌은 가연성이면서 동시에 독성을 갖는 대표적인 가스이다.

• 프로판은 가연성이지만 독성가스로 분류되지 않는다.
• 불소와 염소는 독성가스이지만 스스로 연소하지 않는 조연성 가스이다.

산화에틸렌은 폭발성이 높은 물질로, 저장탱크 내부 분위기 관리가 매우 엄격하게 규제된다. 산화에틸렌의 저장탱크는 내부 가스를 질소가스 또는 탄산가스로 치환하여 산소 농도를 낮추고, 동시에 5℃ 이하의 저온으로 유지하여 증기압을 억제함으로써 폭발 위험을 최소화해야 한다. 이는 화학물질관리법 및 산업안전보건기준에 따른 필수 저장 조건이다.

수소취성은 고온·고압 조건에서 수소가 탄소강 중의 탄소와 반응해 발생하는 현상으로, "고온 저압"이라는 조건 설명은 틀렸다.

염소는 황녹색의 자극성 냄새를 가진 맹독성 기체이고, 염화수소는 암모니아와 접촉하면 흰 연기(염화암모늄)를 내며, 시안화수소는 복숭아(아몬드) 냄새가 나는 맹독성 기체로 쉽게 액화된다는 나머지 설명은 옳다.

염소가스의 허용농도(TLV-TWA)는 1ppm이다.

허용농도는 작업자가 1일 8시간 반복 노출되어도 건강상 나쁜 영향을 받지 않는다고 보는 농도로, 염소는 자극성·유해성이 매우 커 암모니아(25ppm) 등 다른 가스보다 훨씬 낮은 값이 적용된다.

고압설비의 안전밸브 작동압력은 상용압력의 1.2배로 설정하는 것이 원칙이다. 상용압력이 100 kg/cm²일 때, 안전밸브 작동압력 = 100 × 1.2 = 120 kg/cm²이다.

초저온용기란 영하 50℃ 이하의 액화가스를 충전하기 위한 용기로서, 단열재로 피복하거나 냉동설비 등으로 냉각해 용기 내 가스온도가 상용온도를 초과하지 않도록 조치한 것을 말한다.

단순히 강판과 동판으로 제조된 용기라거나, 가스온도가 상용온도를 초과하도록 방치된 용기는 초저온용기의 정의에 해당하지 않는다.

의료용 가스용기 도색에서 질소는 흑색으로 규정되어 있다.

산소를 회색, 헬륨을 백색, 에틸렌을 주황색으로 설명한 나머지 보기는 실제 도색 규정과 다르다.

웨베지수는 총발열량을 가스 비중의 제곱근으로 나눈 값, 즉 WI = H_g / √d 로 정의한다.

같은 노즐·같은 공급압력에서 가스의 분출 유량은 비중의 제곱근에 반비례한다. 그래서 발열량 H_g에 이 유량 인자 1/√d 를 곱한 값이 연소기가 실제로 받아들이는 열량을 대표하고, 웨베지수가 같으면 가스 종류가 달라도 같은 연소기에서 비슷한 연소상태가 유지된다.

제곱근을 발열량 쪽에 씌워 √H_g/d 로 쓰거나, 1에서 빼거나 1에 더한 형태는 이 유량 관계를 나타내지 못하므로 웨베지수의 산식이 될 수 없다.

아세틸렌 압축 시 분해폭발을 막기 위해 넣는 희석제로는 질소, 메탄, 일산화탄소, 에틸렌이 규정되어 있으며, 그 밖에 탄산가스·수소·프로판 등도 사용할 수 있다.

산소는 아세틸렌과 만나면 격렬한 폭발성 혼합기를 형성하므로 희석제로 절대 사용할 수 없고, 염화칼슘은 기체가 아닌 고체 흡습제여서 희석제가 될 수 없다.

도시가스 계량기는 절연조치를 하지 않은 전선과 15cm 이상의 거리를 유지해야 한다.

반면 전기계량기·전기개폐기와는 60cm 이상, 전기점멸기·전기접속기와는 30cm 이상을 유지해야 하므로, 전기계량기 30cm·전기개폐기 15cm·전기점멸기 50cm로 서술한 나머지 보기는 기준 수치와 맞지 않는다.

아세틸렌을 용기에 충전할 때는 온도에 관계없이 25kg/cm² 이하로 충전하고, 충전 후에는 15℃에서 15.5kg/cm² 이하가 되도록 정치해야 한다.

$25\,\mathrm{kg/cm^2}$는 아세틸렌의 분해폭발을 방지하기 위한 상한 충전압력이며, 15℃ 기준은 온도 변화에 따른 압력 상승을 관리하기 위한 기준이다.

프로판의 위험도는 폭발상한과 폭발하한의 차이를 폭발하한으로 나눈 값으로 계산하며, 그 값은 약 3.5이다.

$H=\dfrac{U-L}{L}=\dfrac{9.5-2.1}{2.1}=\dfrac{7.4}{2.1}\approx3.5$

액화암모니아 용기의 도색은 백색이다.

수소를 회색, 아세틸렌을 주황색, 액화염소를 황색으로 설명한 나머지 보기는 실제 도색 규정과 일치하지 않는다.

일산화탄소(CO)는 고온·고압에서 철, 코발트, 니켈 등 철족원소와 반응해 니켈카르보닐, 철카르보닐 같은 휘발성 금속카르보닐 화합물을 생성한다.

황화수소, 염소, 아세틸렌은 이러한 카르보닐 화합물을 만드는 반응성을 갖지 않는다.

LP GAS 사용 시 안전 주의사항을 검토하면, 1번 완전연소를 위한 공기조절은 불완전연소로 인한 일산화탄소 중독 방지에 필수, 2번 가스렌지 콕크로의 화력조절은 기본적인 안전 조작, 4번 밸브의 서서히 개폐는 급격한 압력변화로 인한 기기 손상과 안전사고 방지에 필수다. 반면 3번 조정기 압력은 제조사 규격에 따라 고정되어 있으며, 사용자가 임의로 조절하면 안 되는 항목이므로 조절하지 않는 것이 맞다.

가연성가스 설비 부근의 가열로 주변에 스팀커텐을 설치하는 것은 누설된 가스가 화기 쪽으로 확산되는 것을 차단하는 올바른 안전조치이다.

• 계기실 출입구를 1개소로 제한하면 비상시 대피가 어려워지므로 적절하지 않다.
• 안전밸브가 작동했다고 즉시 밸브를 잠그면 안전밸브의 압력 방출 기능을 무력화시켜 위험하다.
• 운전압력이 서서히 상승하는 초기 단계에서 곧바로 긴급차단밸브로 이송량을 줄이는 것은 원인 파악 없이 취하는 조치로 근본 대응이 아니다.

도시가스배관을 지하에 매설할 때 폭 8m 이상 도로의 보도에 대해서는 별도의 0.8m 기준이 아니라, 도로 폭에 따른 일반 기준인 1.2m 이상을 적용한다.

공동주택 등의 부지 내는 0.6m 이상, 폭 8m 이상 도로는 1.2m 이상, 폭 4m 이상 8m 미만 도로는 1.0m 이상의 유지거리가 적용되므로, 보도를 별도 기준(0.8m)으로 설명한 보기가 잘못되었다.

아세틸렌은 독성가스가 아닌 가연성가스이므로 용기에는 가연성가스를 뜻하는 "연" 문자를 표시한다.

고압가스 용기 표시문자는 독성가스에는 "독", 가연성가스에는 "연"을 각각 표시하도록 정해져 있으며, 아세틸렌은 독성이 없으므로 "독"은 표시하지 않는다.

액화석유가스 판매업소의 용기보관실 면적은 19m² 이상으로서 허가관청이 정하는 면적 이상이어야 한다.

이는 판매용으로 다수의 용기를 안전하게 보관·취급할 수 있는 최소한의 공간을 확보하기 위한 기준이다.

도시가스 사용시설의 배관을 지하에 매설할 때는 지면으로부터 0.6m 이상의 거리를 유지해야 한다.

이는 지표면 하중이나 굴착 작업 등으로부터 배관을 보호하기 위한 최소 매설 깊이 기준이다.

실내에서 사용하는 암모니아 가스누출검지경보장치의 지시계 눈금범위는 150ppm까지로 정해져 있다.

이는 암모니아의 독성·자극성을 고려해 조기에 누출을 감지할 수 있도록 설정된 검지 범위이다.

자동차 하중을 받을 우려가 있는 차도에 고압가스 배관을 매설할 때는 배관 바닥부분에서 배관 정상부 위쪽으로 30cm까지 모래로 되메우기를 한다.

모래층은 하중을 분산시키고 배관에 직접 가해지는 충격과 압력을 완화하는 역할을 한다.

도시가스배관의 보호판 재료로는 KS D 3503(일반구조용 압연강재)이 사용된다.

보호판은 배관 위에 설치되어 굴착 등 외부 충격으로부터 배관을 1차로 보호하는 역할을 하므로, 충분한 강도를 갖는 일반구조용 압연강재 규격을 만족해야 한다.

입상관 밸브는 바닥으로부터 1.6m 이상 2m 이내의 높이에 설치하는 것이 원칙이며, "2m 이상"으로 설명한 것은 기준과 다르다.

입상관은 화기와 2m 이상의 우회거리를 유지하고 환기가 양호한 곳에 설치해야 하며, 밸브는 필요시 분리가 가능한 구조여야 한다는 나머지 설명은 옳다.

독성가스 충전용기를 차량에 적재해 운반할 때 차량 앞뒤에는 "위험고압가스", "독성가스" 등 위험을 알리는 문구와 회사 전화번호 등을 붉은 글씨로 표시해야 하지만, 회사 상호까지 반드시 표시해야 하는 항목은 아니다.

회사 전화번호는 사고 시 신속한 연락을 위해 표시 대상에 포함되지만, 회사명 자체는 법정 필수 표시사항이 아니다.

산소 용기의 도색은 일반공업용은 녹색, 의료용은 백색으로, 문제에 제시된 "일반공업용은 백색, 의료용은 녹색"이라는 설명은 서로 뒤바뀌어 있다.

산소는 그 자체가 연소하지 않는 강력한 조연성가스이며, 산소압축기의 윤활유로는 물 또는 10% 이하의 글리세린수를 사용하고, 공업적으로는 물의 전기분해로도 제조할 수 있다는 나머지 설명은 옳다.

압축산소 충전용기를 눕혀서 운반하는 것 자체는 취급상 부적절한 행위이지만, 그것만으로 곧바로 용기가 파열되는 직접적인 원인이라고 보기는 어렵다.

반면 용기 내압의 이상 상승, 재질 불량에 따른 인장강도 저하, 균열이나 내부 이물질·오일 오염은 모두 용기 파열사고를 직접 유발할 수 있는 원인이다.

펌프 축봉장치의 온도 상승을 억제하는 냉각방법으로는 플래싱, 퀀칭, 쿨링 등이 있다.

시일링(sealing)은 축봉부 자체의 밀봉 방식을 가리키는 용어로, 온도를 낮추는 냉각 방법에 해당하지 않는다.

체절운전은 토출밸브를 완전히 닫아 유량이 0인 상태로 펌프를 운전하는 것을 말한다.

이때 펌프가 낼 수 있는 양정은 특성곡선상에서 최대값을 나타내며, 이 상태가 지속되면 축동력이 모두 열로 바뀌어 수온이 상승하므로 장시간 운전해서는 안 된다.

무계목 용기(이음매 없는 용기, seamless container)는 산소·질소·수소·아르곤 등의 압축가스나 이산화탄소 등의 고압 액화가스를 충전하는 데 사용된다.

용접부가 없어 고압에 강하므로 내압이 큰 가스의 충전에 적합하며, 용접선이 있는 용기와 구분된다.

450℃, 200㎏/cm²와 같은 고온·고압 조건에서 사용하는 오토클레이브 덮개의 가스켓 재료로는 이러한 온도·압력에 견딜 수 있는 금속 재질인 동(구리)이 적당하다.

고무나 화이버, 납은 내열성이 낮거나 녹는점이 낮아 이러한 고온에서 변형·손상되므로 저온·저압 조건에는 적합해도 이 조건에는 사용할 수 없다.

고온 배관용 탄소강관의 KS 규격 기호는 SPHT이다.

참고로 SPPH는 고압배관용 탄소강관, SPLT는 저온배관용 탄소강관의 기호로, 각각 사용 압력과 사용 온도 조건이 다른 별개의 강관이다.

액주식 압력계에 사용하는 액체는 온도가 변하더라도 밀도 변화가 작아야 정확한 압력을 측정할 수 있으므로, 온도변화에 의한 밀도가 커야 한다는 조건은 적당하지 않다.

• 화학적으로 안정되어야 한다는 것은 부식·변질을 막기 위한 타당한 조건이다.
• 모세관 현상이 적어야 한다는 것은 눈금 오차를 줄이기 위한 타당한 조건이다.
• 점도와 팽창계수가 작아야 한다는 것은 응답성과 정밀도를 위한 타당한 조건이다.

도시가스의 품질 관리에서는 열량, 압력, 연소성 측정이 핵심 항목으로 반드시 이루어져야 하지만, 농도 측정은 이러한 필수 측정 항목에 해당하지 않는다.

열량은 발열량 기준 충족 여부를, 압력은 공급압력의 적정성을, 연소성은 웨버지수 등을 통해 연소 안정성을 확인하기 위한 항목이다.

다공도는 다공물질의 전체 용적에서 아세톤 침윤 잔용적을 뺀 부분이 차지하는 비율로 구하며, 계산 결과 80%가 된다.

$\text{다공도} = \dfrac{150 - 30}{150} \times 100$

$= \dfrac{120}{150} \times 100 = 80\%$

극저온 저장탱크의 액면 측정에는 햄프슨식 액면계가 많이 사용되며, 이는 탱크 내부와 외부 기준관 사이의 차압을 이용해 액면 높이를 측정하는 방식이다.

초저온 상태에서도 안정적으로 작동해 LNG·액화산소 등의 저장탱크에 널리 쓰인다.

수송할 가스량이 많고 원거리로 이동할 때는 고압공급 방식을 주로 사용한다.

압력을 높여 배관 규모를 줄이면서도 대용량 수송이 가능하기 때문이며, 저압·중압공급은 상대적으로 근거리·소용량 공급에 적합하다.

단단 감압식 저압조정기의 입구측 기밀 시험압력은 15.6㎏/cm²이상으로 규정되어 있다. 이는 가스기술기준에서 저압조정기의 성능 시험 항목으로 명시되는 기준값으로, 조정기가 지정된 압력 이상에서 누출 없이 견딜 수 있는지를 검증하기 위한 시험 조건이다.

고장력강의 인장강도와 항복점 기준값을 지나치게 높게 제시한 설명이 잘못되었다. 인장강도 100㎏/mm², 항복점 50㎏/mm²는 일반 구조용 고장력강에 요구되는 값보다 훨씬 높은 수치이다.

• 고압가스 용기 재료에 망간을 첨가한 고장력강이 많이 쓰인다는 설명은 타당하다.
• 탄소 외 합금원소를 소량 첨가한 강을 저합금강이라 하는 것은 정의상 옳다.
• 고장력강이 항복점을 기초로 허용응력을 결정하는 것이 강도설계상 유리하다는 설명도 타당하다.

오토클레이브는 고온·고압하에서 화학적인 합성이나 반응을 진행하기 위한 고압 반응솥을 가리키는 명칭이다.

내부에 교반장치를 갖추고 밀폐 상태에서 반응을 진행시키며, 합성탑·반응기·기화장치와는 구조와 용도가 구분된다.

카피자(Kapitza) 공기액화 사이클은 압축비가 낮은 저압식 사이클로, 공기의 압축압력이 $7\,[\mathrm{atm}]$ 수준이다.

팽창기(터빈)를 이용해 저압에서도 효율적으로 냉동효과를 얻을 수 있도록 설계된 것이 특징이다.

1시간당 탱크에 침입하는 열량은 12시간 동안 방출된 액산량과 증발잠열로부터 구하며, 계산 결과 24kcal가 된다.

$Q = \dfrac{4.8\,[\mathrm{kg}] \times 60\,[\mathrm{kcal/kg}]}{12\,[\mathrm{h}]}$

$= \dfrac{288}{12} = 24\,[\mathrm{kcal/h}]$

SNG는 대체 천연가스(합성 천연가스)를 의미한다.

천연 산지에서 채굴한 순수 천연가스가 아니라 나프타나 석탄 등을 원료로 화학적으로 제조해 천연가스와 유사한 성상을 갖도록 만든 가스이다.

한편 LNG는 천연가스를 냉각·액화시킨 액화천연가스이므로, 액체 상태의 나프타를 LNG라 하는 설명은 옳지 않다.

염소는 화학적으로 활성이 강한 가스이지만, 탄소·질소·산소와는 직접 화합하지 않는다는 특성을 가진다.

대신 수소·금속 등 다른 원소와는 잘 반응하며, 자극성이 강하고 독성이 있는 황록색 기체이므로 푸른색이라는 서술은 옳지 않다. 또 수분이 존재하면 염산이 생성되어 철을 부식시키는 것이지 염화암모늄이 생기는 것이 아니다.

물 1.5㎏을 20℃에서 100℃까지 가열한 뒤 그 절반을 증발시키는 데 필요한 열량은 현열과 잠열을 더해 구하며, 계산 결과 525㎉가 된다.

현열: $Q_1 = 1.5\,[\mathrm{kg}] \times 1\,[\mathrm{kcal/kg\cdot^\circ\!C}] \times (100-20) = 120\,[\mathrm{kcal}]$

잠열: $Q_2 = \dfrac{1.5}{2}\,[\mathrm{kg}] \times 540\,[\mathrm{kcal/kg}] = 405\,[\mathrm{kcal}]$

합계: $Q_1 + Q_2 = 120 + 405 = 525\,[\mathrm{kcal}]$

섭씨 40℃를 화씨절대온도(랭킨온도)로 환산하면 564°R가 된다.

화씨온도: $^\circ\!F = \dfrac{9}{5} \times 40 + 32 = 104\,[^\circ\!F]$

화씨절대온도: $^\circ\!R = 104 + 460 = 564\,[^\circ\!R]$

가스의 위험도는 폭발범위(상한-하한)를 폭발하한으로 나눈 값으로, 값이 클수록 위험성이 크다.

수소는 폭발범위가 약 4~75%로 매우 넓어 위험도가 $H = \dfrac{75-4}{4} \approx 17.8$에 달해, 프로판·부탄·암모니아보다 위험도가 높다.

상온에서 안정하나 100℃ 이상되면 분해한다는 설명은 암모니아의 실제 특성과 맞지 않는다. 상온에서 암모니아는 극히 안정하며 일반적인 가열 조건에서는 분해되지 않는다—암모니아 분해는 높은 온도(보통 450℃ 이상)와 촉매(철 등)가 필요하므로 단순히 100℃에서 분해되지 않는다.

• 암모니아(NH₃)가 물에 매우 잘 녹는 성질(800배)은 알려진 사실이다.
• 액화가 용이한 것은 암모니아의 분자 간 수소결합으로 인한 특성이다.
• 할로겐과의 반응은 암모니아가 염소·브롬 등 할로겐과 반응하여 질소 기체를 발생시키는 산화 반응(예: 2NH₃ + 3Cl₂ → N₂ + 6HCl)이다.

수소는 가연성 가스 중에서도 연소범위가 매우 넓은 편이지만, 가장 넓은 것은 아니며 아세틸렌이 더 넓은 연소범위를 가진다.

• 수소는 무색·무취이지만 다량 존재 시 산소를 밀어내어 질식성을 나타낼 수 있다.
• 수소는 분자량이 작아 가스 팽창 비율이 크다.
• 수소는 비점이 약 -252.9℃로 가연성 가스 중 가장 낮다.

가스의 밀도는 분자량에 비례하므로, 분자량이 가장 작은 메탄(CH₄, 분자량 16)이 프레온·프로판·부탄보다 밀도가 작다.

프로판(44)과 부탄(58)은 탄소수가 많아 분자량이 크고, 프레온류는 할로겐 원소를 포함해 분자량이 훨씬 크다.

도시가스(천연가스)는 무색무취이므로 누출 감지가 어려워 사고 예방을 위해 부취제(메르캅탄, 티오펜 등)를 첨가합니다. 도시가스 공급 규정에서 부취제의 첨가 비율은 0.1% 이하로 정하고 있으며, 이 농도에서 사람이 쉽게 냄새를 감지할 수 있으면서도 가스의 물성에 영향을 주지 않습니다.

기체의 비중은 분자량에 비례하므로(공기 29 기준) 분자량이 가장 작은 가스의 비중이 가장 작다. CO는 28, Cl₂는 71, NH₃는 17이다. 보기 2의 CH₈은 C₃H₈(프로판, 분자량 44)의 오기로 보인다. 따라서 비중이 가장 작은 가스는 NH₃이다.

산화에틸렌을 충전한 용기는 정해진 온도·압력 조건을 지켜야 하지만, 충전 후 24시간 정치해야 한다는 요건은 산화에틸렌이 아니라 아세틸렌 충전 시에 적용되는 기준이므로 옳지 않다.

• 저장탱크를 질소나 탄산가스로 치환하고 5℃ 이하로 유지하는 것은 실제 취급 기준과 일치한다.
• 용기 충전 전 질소·탄산가스로 치환하고 산·알칼리를 함유하지 않은 상태로 충전하는 것도 실제 기준과 일치한다.
• 저장탱크에 45℃에서 내부압력이 4㎏/cm² 이상 되도록 질소·탄산가스를 충전하는 것도 실제 기준과 일치한다.

도시가스 배관이 수직으로 상승하면 가스와 공기의 밀도 차이로 압력이 변화하며, 계산 결과 4.52mmAq만큼 상승한다.

$h = 1.293 \times (1 - S) \times H$

$= 1.293 \times (1 - 0.65) \times 10 \approx 4.52\,[\mathrm{mmAq}]$

헨리법칙은 물에 대한 용해도가 작은 기체에 잘 적용되는데, 암모니아는 물에 대한 용해도가 매우 커서 헨리법칙이 잘 들어맞지 않는다.

수소·산소·이산화탄소는 상대적으로 용해도가 작아 헨리법칙을 적용해 압력과 용해량의 관계를 잘 설명할 수 있다.

랭킨온도 540°R를 화씨온도로 환산하면 80°F가 된다.

$^\circ\!F = ^\circ\!R - 460 = 540 - 460 = 80\,[^\circ\!F]$

밀도와 비체적은 서로 역수 관계에 있으므로 $\rho = \dfrac{1}{v}$로 나타낸다.

비체적은 단위질량이 차지하는 부피를, 밀도는 단위부피당 질량을 나타내므로 서로 반대되는 개념이다.